车用碳化硅器件市场2025年将达500亿元！国产厂商派恩杰蓄势待发

  从第三代半导体的诞生起，就有着诸多争议。碳化硅和氮化镓器件究竟哪一个更好？更是成为了整个业界共同的议题。对此，派恩杰创始人、总裁黄兴博士给了我们一个明确的答案。

  “我可以很负责的对大家说，我们大家都认为碳化硅会是更好的选择。”黄兴博士表示，因为碳化硅器件在军工、航天领域的应用历史超过20年，特别是平面型技术，没有可靠性风险。

  黄兴博士进一步指出，碳化硅在民品上使用的主要壁垒就是成本很高，但在2017年特斯拉导入碳化硅以后，每年碳化硅的成本降幅都非常可观，随着碳化硅产量规模持续不断的增加，其成本会慢慢的低。

  目前，派恩杰的SiC MOS TDDB可靠性根据理论模型提取，在正常工作状态下的常规使用的寿命为1000~100,000年，失效率低于10个ppm。

  黄兴拥有美国北卡州立大学博士学位，在碳化硅与氮化镓功率器件行业长达10余年经验，拥有20余项专利发明，曾参与投资4000万美元的美国自然科学基金委FREEDM项目，以及投资1.4亿美元的美国能源部Power America项目。

  2014-2017年，黄兴博士在美国工作期间曾发布20余款SiC/GaN量产产品，包括全球首款6英寸碳化硅3300 V MOSFET器件，发明首个可双向耐压碳化硅结终端结构。

  事实上，博士毕业后，黄兴本想回到中国工作，但当时碳化硅产业高质量发展还处于早期阶段，国内并没有适合黄兴的工作岗位，也是在这样的契机下，黄兴博士在杭州创立了派恩杰半导体。

  “中国缺乏现代工业基础，既然没有这样一个企业，我就给自己找一份工作，创造一个企业。”黄兴表示，派恩杰取自PN Junction的音译，PN Junction是功率器件的核心，不管是unipolar还是bipolar器件都一定要有PN Junction。我希望中国有一家像英飞凌、罗姆、CREE这样的半导体公司，可以支撑我们的祖国电子信息产业发展。

  黄兴认为，中国是半导体的消费大国，每年进口半导体芯片金额都超过石油，既然有这么强大的应用能力，我们就应该把半导体产业链建立完整，形成自主可控的能力，以保障国家产业链的安全。

  资料显示，派恩杰半导体（杭州）有限公司成立于2018年9月，是第三代半导体功率器件的Fabless厂商，专注于碳化硅和氮化镓功率器件设计研发与产品营销售卖，其产品有SiC SBD，SiC MOS以及GaN HEMT等，大范围的应用于服务器及数据中心电源、新能源汽车、智能电网、5G物联网、工业电机、逆变器等场景和领域。

  为保证产能，派恩杰已经与全球第一家提供150mm SiC工艺的碳化硅晶圆代工厂达成了战略合作，工厂具有30年车规芯片供应经验，因此，派恩杰的芯片也是一个全部符合车规标准的生产线制造出来的，SiC MOSFET的年产能可达100KK。

  同时，派恩杰很看重知识产权保护，已获授权专利21项。其中包含软著1项，集成电路布图3项，实用新型17项。

  由于碳化硅材料具备耐高温、耐高压、高频率、大功率、抗辐射等优异特性，其应用场景范围也从军用市场逐步向民用市场拓展，并在5G基站、新能源汽车、特高压、数据中心等场景都得到了广泛应用。

  黄兴博士认为，目前电动汽车是碳化硅MOSFET最大的应用市场，且未来汽车一定会上800V的电压平台。800V电压平台的优点是重量更轻、体积更小、效率更加高，无论是电池的充放电还是电机驱动，都要使用到这样的设备。

  据介绍，在当前的市场上，包括特斯拉model 3在内的车企目前均处于400 V的电压平台。未来如果升级到800 V的电压平台，其充电速度就能大幅度的提升，从以前的1分钟充9公里变成1分钟充27公里，充满300公里仅需要十来分钟。

  同时，电压升级至800 V以后，电流就能减小，而所需线材的成本也将减少，铜线平方毫米，使得后续在拐弯、布局布线更灵活。

  从功率器件使用成本方面来看，800 V电压平台的功率器件通常用1200 V的功率器件，而相比600 V或者700 V、400 V的功率器件，800 V电压平台的功率器件每千瓦数的成本要更便宜一些。

  国务院在新能源汽车产业高质量发展规划（2021-2035年）中明确说，到2025年纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0千瓦时/百公里， 新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。

  这也意味着，要实现12.0千瓦时/百公里能耗目标就一定要使用更高效率、更大功率密度的三电系统才能满足要求。

  黄兴博士指出，从市场容量来看，中国2020年汽车销量2500万辆，2025年电动汽车占比要达到20%，所以电动汽车至少是年产500万辆，预计对碳化硅6英寸晶圆的产能年需求达100万片，仅车用碳化硅器件市场约500亿元。

  通过对比1200 V的IGBT和1200 V的碳化硅可知，在10 kHz工作频率，SiC能降低38%的损耗，在长期正常行驶过程中，可以综合提高5%-10%的效率。

  此外，电机小型化以及静音是当前的市场趋势，以特斯拉为例，它的发动机转速是18000转，在高速运行下，能够最终靠提高频率使用更小的电机来达到更高的功率密度，这就需要把开关频率提升到30kHz 以上，而在30 kHz工作频率，SiC能降低约60%的损耗。

  从成本上来讲，同样功率等级的碳化硅的成本大概是IGBT模块的2.5倍，单看成本碳化硅确实比IGBT高出不少，但是在同样的续航能力下，由于碳化硅能提高5-10%的效率，就能够大大减少电池的装配容量，使得电池成本大幅下降。

  “对车企来说，以目前的价格成本来说，用碳化硅已经更划算了。”黄兴博士表示，碳化硅大概每年有20%左右的价格降幅，预计2025年成本降低一半，而IGBT技术却已经很成熟，由技术提升带来的成本下降空间存在限制。（校对/Arden）

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