2022年11月8日-10日，由中國汽車工業(yè)協(xié)會主辦的第12屆中國汽車論壇在上海嘉定舉辦。作為黨的“二十大”召開后的汽車行業(yè)首場盛會，本屆論壇以“聚力行穩(wěn) 蓄勢新程”為主題，共設(shè)置“1場閉門峰會+1個大會論壇+16個主題論壇”，以汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展為主線，與行業(yè)精英一起貫徹新精神，研判新形勢，共商新舉措。其中，在11月9日下午舉辦的“主題論壇3：汽車、芯片融合發(fā)展”上，湖南三安半導(dǎo)體碳化硅應(yīng)用專家施洪亮發(fā)表精彩演講。

以下內(nèi)容為現(xiàn)場演講實(shí)錄：

大家下午好，我最后一個壓力比較大，到飯點(diǎn)了，所以我加快一些速度。

我今天主要分享的題目是，我們湖南三安半導(dǎo)體作為寬禁帶設(shè)計(jì)制造的廠家，對于寬禁帶應(yīng)用給新能源汽車所帶來的，剛才Sebastian Mueller先生講到的是機(jī)遇，我想講的機(jī)遇是差不多的，我今天更多講一下挑戰(zhàn)。

我的報(bào)告主要分為以下四個部分，第一部分快速的過了，就不再展開來講了。第二部分和第三部分我會重點(diǎn)講一下，第四部分跟大家分享一下。

第一部分：

新能源汽車市場發(fā)展速度大家可以看到是非?？斓模翌A(yù)計(jì)在2030年中國會成為全球最大的市場。

這是市場滲透率的預(yù)測（如PPT所示），關(guān)于市場這一塊大家的預(yù)測都是一樣的，包括主機(jī)廠、芯片、自動駕駛的同時心理預(yù)期都是一樣的，這部分就快速過。

這一部分我想跟大家重點(diǎn)講一下，關(guān)于寬禁帶器件應(yīng)用特性的優(yōu)勢，我想這樣的故事大家已經(jīng)聽到很多了，就是SiC器件應(yīng)用給系統(tǒng)帶來的好處，這一部分Sebastian Mueller已經(jīng)講過了，寬禁帶器件如碳化硅、氮化鎵在這部分應(yīng)用是最多的，氮化鎵主要用在OBC和DC-DC，湖南三安半導(dǎo)體也在做GaN的功率器件。有人說碳化硅的電驅(qū)不夠吸引人，你們用氮化鎵能不能做牽引電驅(qū)？這樣功率密度更高？我的回答是近十年或者更長的時間是是不太可能的，因?yàn)榈壷饕堑蛪浩骷m然可以用多電平實(shí)現(xiàn)高壓的應(yīng)用，但是氮化鎵器件最大的問題是沒有短路能力，這導(dǎo)致氮化鎵用來做牽引電驅(qū)幾乎是不太可能的，所以我今天把介紹的重點(diǎn)放在碳化硅功率器件方面。

這部分是國外的寬禁帶半導(dǎo)體廠家和各大電動車整車制造商、零部件供應(yīng)商以及各大研究機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系圖，可以看出來他們和各大汽車巨頭，包括大眾、三菱、特斯拉、沃爾沃等等之間的合作非常緊密，我們可以看到在現(xiàn)在的“電動化”時代最大的變化是什么？我想說博世在傳統(tǒng)汽車時代作為汽車零部件供應(yīng)商巨頭非常成功，但是在“電動化”的現(xiàn)在和未來可能會有面臨非常大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)在幾乎所有的主機(jī)廠我在跟他們老板和技術(shù)人員交流的時候，他們都表示：我們不可能像以前內(nèi)燃車時代一樣買一個配件就能開發(fā)出最適合該款車型的牽引電驅(qū)，或者我買一個功率半導(dǎo)體買一個電驅(qū)就能達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)，用戶體驗(yàn)最優(yōu)。為什么？我們可以看到現(xiàn)在的主機(jī)廠更愿意做的事情是和我們半導(dǎo)體廠家深度合作，在產(chǎn)品開發(fā)需求定義的時候就需要參與進(jìn)來，很多汽車廠家希望根據(jù)自己企業(yè)的車型市場定位、用戶體驗(yàn)、技術(shù)特色訂制功率模塊，而不是直接夠買功率模塊。甚至他們參與了很多投資，直接投資碳化硅芯片設(shè)計(jì)、和模塊制造封裝的企業(yè)，可以看到國外在這方面已經(jīng)走到很深入了，國內(nèi)這方面也有很多造車新勢力提前布局了。

在右邊可以看到，我們的器件廠家、半導(dǎo)體廠家，像英飛凌、博世等等，他們和EV的廠家深度合作，已經(jīng)不是原來傳統(tǒng)汽車時代博世電子像這種零部件巨頭提供零部件給整車廠的生意模式了，所以“電動化”時代必須是“寬禁帶器件廠家”和“整車制造廠家”進(jìn)行深度合作才能迎來雙贏的局面。

這個圖我不仔細(xì)講了，Sebastian Mueller先生已經(jīng)講過了，這幅圖的邏輯是碳化硅材料特性導(dǎo)致應(yīng)用特性的優(yōu)勢，最后帶來的結(jié)果：開關(guān)頻率的提升帶來系統(tǒng)尺寸減小，功率密度帶來提升，直接結(jié)果是：同等電池包的前提下帶來續(xù)航里程的提升。

碳化硅和硅的主要不同是：硅的開關(guān)速度很慢，開關(guān)的波形很干凈，但是下面的碳化硅器件用起來確實(shí)是好，因?yàn)殚_關(guān)速度更快，所以頻率可以更高，但是它同時也帶來很多的挑戰(zhàn)，需要大家一起來合作進(jìn)行解決。。

這些問題是主機(jī)廠比較擔(dān)心的，高dv/dt帶來的電機(jī)絕緣問題怎么辦？，那么高的開關(guān)速度，會給電機(jī)的絕緣材料帶來巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)殡妷簭?00伏到800伏，以后甚至?xí)懈叩碾妷?，絕緣問題、材料問題、局放問題，電機(jī)端部電腐蝕問題怎么解決？ 

最后是EMI的問題，也是需要功率器件廠家和主機(jī)廠一起來緊密合作，從器件端到系統(tǒng)應(yīng)用端進(jìn)行解決。

所以主機(jī)廠他們一方面想用碳化硅，但是另一方面他們對于這些問題也有很多顧慮，所以剛才Sebastian Mueller先生也提到，像大眾在傳統(tǒng)汽車時代是特別大的公司，但是他們對碳化硅在牽引電驅(qū)里面的應(yīng)用是有相當(dāng)?shù)谋Ａ魬B(tài)度的，不同的汽車制造廠家對這個事情機(jī)遇與挑戰(zhàn)的認(rèn)識是不太一樣的，這里面最大的原因是大家對于SiC功率器件在電動車中的應(yīng)用所帶來的的“機(jī)遇”和“挑戰(zhàn)”的認(rèn)識也不是完全一致的，我認(rèn)為這是非常正常的現(xiàn)象但是，從湖南三安半導(dǎo)體作為碳化硅器件制造廠家的角度來看，我們自己、我們正在合作和即將合作的客戶以及我們的投資人，大家都是非?？春眠@個行業(yè)長期的成長性的，盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但是在這些挑戰(zhàn)中必將迎來更大的機(jī)遇。

這是我們湖南三安半導(dǎo)體在做這個行業(yè)時候總結(jié)出來的一些我們目前看到的，以及我們自己的一些思考。我有時候跟主機(jī)廠的領(lǐng)導(dǎo)和客戶交流，他們對我們推出器件的速度、對模塊的封裝和對我們推出新產(chǎn)品的進(jìn)度并不是十分滿意，他們覺得你這個模塊怎么可以選擇的封裝和種類這么少，在這里我要講一下為什么？回應(yīng)一下廣大客戶對湖南三安的關(guān)切和期待

首先碳化硅的器件可靠性有一個還沒有完全解決的問題，就是門級域值電壓有漂移的問題，在高電壓、高溫度等惡劣工況下下長期運(yùn)行缺乏大量的可靠性數(shù)據(jù)積累。跟IGBT比起來，，IGBT已經(jīng)非常成熟了，積累了大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，IGBT從晶圓、芯片、分立器件到功率模塊已經(jīng)非常成熟了，可靠性不存在問題，而SiC器件在這一塊還存在很多挑戰(zhàn)。 

在高壓器件的可靠性問題和高壓器件芯片和模塊封裝，還有非常多的挑戰(zhàn)，我們?nèi)矁淞撕芏嗉夹g(shù)人才，我們對芯片設(shè)計(jì)研發(fā)、模塊封裝研發(fā)、器件系統(tǒng)應(yīng)用等方面的核心人才團(tuán)隊(duì)建設(shè)都進(jìn)行了提前布局。湖南三安半導(dǎo)體長沙的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室圍繞這些關(guān)鍵的問題進(jìn)行重點(diǎn)突破，采購專門的機(jī)臺，重點(diǎn)解決這些問題。我們的長期目標(biāo)是：在盡最大努力提供高質(zhì)量碳化硅器件的同時也希望給客戶提供“全方位”的技術(shù)服務(wù)。

還有就是碳化硅襯底目前處于嚴(yán)重短缺狀態(tài)，據(jù)預(yù)測未來十年甚至更長時間可能都跟不上市場快速增長的需求了。碳化硅確實(shí)有很多機(jī)會，但是依然有很多的挑戰(zhàn)需要大家一起來努力解決。。

GaN缺陷的問題，晶圓缺陷高，在高壓器件制造方面有很多的難題，但是氮化鎵在600伏級或者900伏級以下在OBC領(lǐng)域有很好的應(yīng)用，比如說安克充電器是非常好的體驗(yàn)，但是快充主要集中在200瓦以下。如果想用氮化鎵做幾十kW的高壓電力電子變換器，其實(shí)還存在非常多的挑戰(zhàn)。 

我們把這些問題放出來就是希望能夠有機(jī)會和大家一起解決。

未來應(yīng)該有應(yīng)用需求驅(qū)動，器件廠家和汽車廠家一起合作，這個問題才能解決，我們不能等著這個問題別人解決了我們再去做，這個時候已經(jīng)晚了。

第三部分在電動汽車領(lǐng)域是非常重要的，關(guān)于寬禁帶的牽引逆變器。

牽引逆變器是最重要的汽車唯一動力，是汽車的心臟，有五個方面非常重要：

1.功率模塊

功率模塊一定要低損耗、低寄生電感、低熱阻。

2.母排

低寄生電感、回路面積小的母排。 

3.支撐電容

DC-Link電容在這里面占了非常大的體積和成本，如果這個東西出問題整個系統(tǒng)也是不能正常工作的。

4.智能驅(qū)動

我想這個事情僅僅依靠半導(dǎo)體廠家是做不到的，我想和像地平線、恩智浦、芯馳這樣的企業(yè)一起來合作，這個事情我會重點(diǎn)講一下，特別有意思。

5.高集成度問題

這是碳化硅汽車電驅(qū)功率拓?fù)鋱D，從原來的分立器件到后面二合一到最后的all in one IGBT模塊，它也是從單顆到兩顆到六顆越來越集成，跟恩智浦不斷走向集成的思路也是差不多的。

這一部分三安半導(dǎo)體有專門的專家在做，因?yàn)槲覀冇X得這個事情對主機(jī)廠來說非常的重要，這些多物理場，流場、電磁場、熱場，是多物理場耦合的，是非常難解決的問題，我們怎么通過優(yōu)化母排，讓均流的特性更好、器件長期運(yùn)行可靠性更高這是很大的挑戰(zhàn)。

這一部分可以從這個圖里很明顯的看出來，任何電驅(qū)都有DC-Link的電容，這個東西非常龐大，現(xiàn)在有新的技術(shù)就是用陶瓷電容，這正好是和“集中”相反的思路，采用分布式多電容并聯(lián)去取代單一的大電容。

以前大家都喜歡集中多合一，但是這是分布式的。為什么？這是一顆大的電容，如果壞了整個系統(tǒng)就完蛋了，怎么辦？現(xiàn)在已經(jīng)有一些新的技術(shù)，，用PCB板陶瓷電容來代替膜電容，這樣寄生電感可以減小，其中如果某個小的出了一點(diǎn)問題，OK的，是開路的模式。所以這也是未來技術(shù)比較關(guān)鍵的部分。 

關(guān)于“智能驅(qū)動”我要重點(diǎn)講一下這個，這個東西很有意思，本來功率半導(dǎo)體和信息處理的芯片是分開的，我們是功率半導(dǎo)體，跟芯片處理信息差異性很大，但是現(xiàn)在這個東西要融合到一起，驅(qū)動電路是連接功率電路和控制電路非常重要的一個部件，原來傳統(tǒng)的是導(dǎo)通、關(guān)斷電阻是固定的，這在碳化硅時代是不能發(fā)揮碳化硅器件的最大優(yōu)勢的，碳化硅開通時間在幾十個到幾百個納秒之間，我可以通過高速的氮化鎵分段控制、，提供不同的驅(qū)動電阻，可以讓開關(guān)損耗和關(guān)斷的尖峰電壓同時達(dá)到最優(yōu)，還把系統(tǒng)的損耗降下來，而且?guī)缀醪辉黾邮裁闯杀尽?/p>

這已經(jīng)是研究很多了，這還不是最核心的是功率模塊這一部分。

我們以前傳統(tǒng)的功率變換器電力電子這些東西，比如說牽引電驅(qū)，就在那工作，至于它的健康狀態(tài)，它什么時候可能會壞，是沒有數(shù)據(jù)出來的，你給我一個電池電壓我輸出的就是正弦波，我把電機(jī)轉(zhuǎn)起來推動車輛前進(jìn)或者后退，但是作為一個電動汽車的動力心臟，它很多的數(shù)據(jù)是沒有采集的，或者采集之后我不知道送給誰，也不知道這些數(shù)據(jù)如果進(jìn)行“智能診斷”，對我們電動車的“動力心臟”-牽引電驅(qū)進(jìn)行智能診斷。。

如果我們功率器件廠家和地平線或者恩智浦這樣的企業(yè)合作，我們把一些電力電子變換器的關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳送給你們，我們提供接口給你們，我們一起合作，如果做出“智能電驅(qū)”，如果我們能夠做到對用戶的電動車的動力心臟每隔一段時間進(jìn)行“智能診斷”，提前把一些風(fēng)險(xiǎn)主動告知用戶或者整車廠家，讓電動車的動力心臟變得更加“聰明”，這將是一個巨大的提升和進(jìn)步。我認(rèn)為，對于電動車車主而言，“安全性需求”永遠(yuǎn)是排在第一位的，而“牽引電驅(qū)安全”是汽車安全性的最重要的一部分。 

比如說我平時90公里每小時的時候，上海的溫度是知道的，路上的溫度我也知道，功率模塊運(yùn)行的表面溫度也是知道的，如果正常工況下這個東西都是健康的時候，比如說我這個溫度是110度，我今天只有60公里每小時，如果這時候“智能驅(qū)動”診斷系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信息，其中一個功率模塊溫度異常，經(jīng)過診斷，可能存在功率模塊失效的問題，這時候就可以提醒車主要進(jìn)行主動降速甚至是停車送到維修店進(jìn)行全面的檢查，我想地平線完全可以通過他的芯片和他的感知系統(tǒng)，可以做一套算法，能夠把我們動力的心臟診斷出來，加上電力電子判斷的機(jī)理，如果我們給用戶提供這樣智能驅(qū)動，包括EMI、故障診斷、溫度等等，其實(shí)我們不需要實(shí)時，我們只需要幾天做一次診斷就可以，能夠第一步做到這樣就已經(jīng)很吸引人了。

我們做這個事情目前是超出用戶的需求，他們會非常開心，主機(jī)廠會非常開心，因?yàn)槟阕鳛橐粋€電動汽車的心臟你沒有任何診斷，你的好壞完全依賴于它在那跑，你不能發(fā)出提前的預(yù)知，我認(rèn)為這是未來可以做的事情，但是需要和芯片的廠家、自動駕駛的廠家，我們把數(shù)據(jù)采集來，采集之后送給誰，我們?nèi)シe累，讓功率模塊和系統(tǒng)處于健康的狀態(tài)，這個事情有很大的空間可以做。

這一部分是高集成度的設(shè)計(jì)，因?yàn)殡婒?qū)是所有廠家最關(guān)注的東西，它為什么這么復(fù)雜？主要是物理場太多了，電磁場、流體、熱場、傳動、結(jié)構(gòu)，這幾部分很多都是耦合在一起的，你不可能單獨(dú)考慮。

所以兩個三合一要升級為六合一，功率拓?fù)浼珊涂刂齐娐芳尚枰酒瑥S家和我們一起合作，我們把數(shù)據(jù)變成有用的事情，怎么做這個事情未來有很多的空間和提升。

湖南三安在這方面的布局，湖南三安總投資160個億，10個月建成到投產(chǎn)，第一條線，在這也邀請大家到湖南親自考察交流，從這邊到那邊是長晶、外延、芯片、封測都在湖南三安完成，總長度1.2公里左右。所以我們是全產(chǎn)業(yè)鏈的模式，后面二期工程預(yù)計(jì)2024年完工。

碳化硅二極管三安已經(jīng)在國內(nèi)有很大的市場了，目前主要是供給OBC和光伏領(lǐng)域。大家可以看到碳化硅二極管國產(chǎn)器件起來非?？?，成本飛速下降。

這是比較有意思的，湖南三安專注功率半導(dǎo)體的器件制造，很多時候我們作為器件廠家做出來的東西如果沒有充分考慮客戶應(yīng)用需求的話客戶是不想用的，這就像我要吃一個蘋果你卻給我送來一個梨。為了解決這個問題，湖南三安半導(dǎo)體在人才招聘和研發(fā)團(tuán)隊(duì)組建方面老板充分考慮了這幾個部分，首先考慮我們做半導(dǎo)體肯定有材料，我們從材料、器件到系統(tǒng)應(yīng)用端再往上走的話都是比較有經(jīng)驗(yàn)的人做這個事情。

右邊的圖（如PPT所示），現(xiàn)在碳化硅的模塊不可能是我給你一個器件你自己用、自己設(shè)計(jì)，用戶不接受這樣的模式，怎么辦？我們從底層的材料、電路拓?fù)涞较到y(tǒng)性能參數(shù)，我們從右邊出發(fā)，給大家再一個Starting point角度，充分考量，因?yàn)槲覀冎牢覀冏约鹤龅钠骷踩墓ぷ鲄^(qū)(SOA)應(yīng)該在什么范圍，所以我們在這個范圍內(nèi)盡可能把邊界給大家摸清楚。

所以我們在材料、拓?fù)浒ù判窘Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，一直到上面怎么對接到需求、電路拓?fù)?，到最頂上比如說壽命模型成本怎樣迭代。整個全部做下來希望給主機(jī)廠訂制你們真正需要的東西，而不是就是給你賣一個器件，我們希望給用戶提供整套的解決方案。

后面，我們希望能夠和像地平線這樣的企業(yè)一起把整個電驅(qū)健康管理做起來，這樣的話用戶是非常動心的。現(xiàn)在的電驅(qū)都是沒有這些東西的。

接下來我們給大家展示一個客戶案例，我們給該客戶做了一個分析，后逆變器的故障導(dǎo)致客戶大批量的召回，他會在車輛行駛的過程中有可能失去動力，這是非常危險(xiǎn)的。我們團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了分析，對它器件的FA，對器件的并聯(lián)均流，我們發(fā)現(xiàn)最有可能有問題的是從器件的制造，柵氧層在高溫、高電壓應(yīng)力下長期運(yùn)行的時候會出現(xiàn)老化，域值電壓會有漂移。 

最后碳化硅MOS反并聯(lián)體二極管不太穩(wěn)定，可能在前期生命周期前面不會體現(xiàn)出來，但是在后面體現(xiàn)出來的話會導(dǎo)致振蕩失效，我們老板比較關(guān)注這個事情，要求我們針對性分析一下， 

我們團(tuán)隊(duì)分下下來發(fā)現(xiàn)可以按照這個思路把問題打開、呈現(xiàn)給客戶、大家一起來想辦法解決問題。

我們知道很多的半導(dǎo)體公司，比如說芯片在德國，封裝在馬來西亞，器件賣到中國，整個一大圈下來中間哪一個客戶應(yīng)用端出了問題，到底是器件的問題還是封裝的問題，需要來回轉(zhuǎn)圈圈，溝通成本非常高，導(dǎo)致效率很低。

我們的客戶也跟我們講，國外有些供應(yīng)商確實(shí)實(shí)力很強(qiáng)，但是一旦他的產(chǎn)品出了問題的時候，你讓他分析，給一個失效分析報(bào)告，那真的太痛苦了，因?yàn)樯婕暗胶芏喑镀さ氖虑?，但是我在湖南三安我們就要把這個問題在一個房間解決，各個負(fù)責(zé)人都在一起，我們怎么解決這個問題。這也是我們未來希望解決的問題，提高用戶的極致體驗(yàn)。 

這是我講的系統(tǒng)級應(yīng)用方案我們是怎么解決的，所以我們主要從功率芯片到分立器件、功率模塊、變換器、應(yīng)用控制、樣機(jī)開發(fā)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們作為國產(chǎn)功率半導(dǎo)體碳化硅的廠家，我們希望用戶能夠縮短開發(fā)時間，我們幫他們提前發(fā)現(xiàn)問題，解決在內(nèi)部避免他們產(chǎn)品大規(guī)模召回，這是我們想出來可能未來比較有幫助的方式。

謝謝大家。

 （注：本文根據(jù)現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱）

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