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Tesla SiC及隔离芯片产业趋势电话会

日期: 来源:SEVEN调研纪要收集编辑:

会议精要:

1、特斯拉说要开发第二代功率芯片平台,少用75%SiC这个事情,对于隔离芯片来讲影响不大。因为不管哪种衬底材料,芯片都要用电信号驱动,隔离驱动不会减少;而且也需要采集电压,所以隔离运放需求也不会减少。唯独域控制趋势下,模块集成度变高,车规PCB数量减少,对于接口处数字隔离器需求会变小。

2、对于SiC而言,在最极端的假设下,特斯拉有可能通过SiC+IGBT的方案实现75%的SiC reduction,尽管目前仍无确切信息表明特斯拉或者其芯片供应商能做到,这里面的封装烧结工艺仍有不少问题待解决。

3、如果真的能解决75%的SiC reduction,也要看运用在什么车型上。如果这种极致的低成本方案用在Model 2、Q这种低价位带的车型上,那么就会领先我们的车企很多(我国20万以下的电动车会瞬间失去吸引力),整车厂其实才更应该担忧。况且如果用上SiC+IGBT方案的Model 2、Q能迅速放量霸占市场,那么汽车的增量还是有可能抵消单车用量的减少的。

4、由于目前SiC产能紧缺,即便特斯拉减少了75%的用量,工业领域(尤其是光伏、电网这些需要进行高频开关的新能源领域)的需求也会补上来(以前它们想用SiC,但SiC厂都没产能,因为优先供给汽车厂)。而且充电桩需要减少体积提高效率,也会用到更多SiC。所以整体来看,特斯拉这个事情确实扰动了市场对SiC的短期需求预期,但长期看SiC依然是一个替代的大趋势。

5、更值得关注的其实不是SiC的需求,反而是国内厂商的技术实力和良率。1200V 10mΩ的国内基本上做不到,1200V 15mΩ的国内仅少数厂家能做(士兰微有送样)。而且就现在的SiC扩产来看,海外扩产不及预期,而国内扩出来了,但良率和有效产能是成问题的。

详细纪要:

专家一发言(关于隔离芯片):

去隔离驱动产品上说,IGBT和SiC没区别,驱动方式相似,从IGBT升级到SiC,芯片层面影响很小。从400V到800V平台,其实隔离芯片主要是隔离低压和高压。低压上升是会影响到隔离期间本身特性。400V到800V无论是产品封装,还是晶圆隔离等级都要相应提到。相关隔离产品随着400往800V走,相关隔离产品要做升级。关于价值量,三大品类在车里面运用到的部件特别多,很难统计。首先运用时OBC,其次是主驱,还有BMS和热管理、PTC等。不同子系统里面哦度会用到不同数量隔离产品。比如OBC上,隔离驱动用6-8颗,隔离运放3-5颗,隔离接口有15个左右。主驱里面,主要是跟着电机数量走,无论是同步还是一部,都是三湘驱动,一个电机一般对应6个隔离驱动,前后驱就是12个。还有一些新的电机,包括昨晚马斯克讲的不用永磁同步电机,可能用ESM电机,当中的转子用的可能是电磁缱绻,又会多一个隔离驱动。隔离运放相对少一点,电脑采集用的霍尔,不需要隔离运放。隔离运放主要是做驱动电压的采集,用到3-4颗,在主驱里面。数字隔离器可能是6-8颗左右。另外就是空调压缩机,跟冰箱原理一样,里面有三相电机,里面隔离驱动一共6个,一个压缩机对应6个隔离驱动。1个压缩机有2个隔离运放,数字隔离器有10通道左右。BMS也有隔离产品,有2个隔离运放,隔离驱动没有,主要靠继电器,数字隔离器里面有8个通道。PTC里面一辆车有4-6可,每个PTC1个隔离驱动,2个隔离运放。1个隔离驱动基本上算0.4美元/颗,隔离运放在1.2美金/颗,数字隔离器在0.1美元/颗左右。

问答环节:

1、电驱里面,隔离芯片数量取决于什么?要减少碳化硅用量,隔离驱动数量如何变化?

(特斯拉这个)没有任何影响,只要用电机驱动的产品,一定需要隔离驱动,不用SiC,用GaN的之类的也一定要用电信号驱动,跟不用SiC的逻辑不成立的。只要是三相电机就是6颗隔离驱动。

2、隔离运放数量有什么影响呢?

也没有影响,隔离运放主要用来采集电压。

3、主驱里面隔离芯片壁垒相较于OBC等用到的隔离芯片区别在哪?

主驱是汽车最重要的部件,需要达到公共安全规范要求,它系统要求要达到ACLD系统级标准,ACLD标准是比较高的门槛。即使功能完全满足,但产品失效率、过压过流情况下的失效模式都有公共安全规定,无论是产品设计还是工艺上都是比较高的要求。带公共安全的隔离驱动现在ST、英飞凌、TI国际巨头公司才会有,国内还没有看到。带公共安全的隔离驱动在国内汽车厂并不是百分百覆盖,只有30-40%汽车主驱里面需要功能安全驱动。其他新能源车对这块没有呀求,但未来仍是趋势。

4、特斯拉这个事情对其他芯片的影响如何?

它只是讲了SiC数量下降,它讲到过汽车当中芯片器件数量减少。它不是新闻,1-2年前都在走域控制趋势,把一辆车系统分成几个区域,每个域它会把所有控制的电子器件集中到一个系统上,由系统处理和发出指令到各个部件。汽车控制的子系统就会减少到域上,器件数量就会减少。但是由于多个芯片的功能集中到一个芯片上,芯片价值量会变大。所以其实AUP价格是不是变少才是最主要的。

5、域控制化对隔离芯片这块有没有什么影响?

对隔离驱动或隔离运放影响不大,本身用在最底层负载的驱动上面,这些产品没有办法合成到域控制器里面的,不影响。隔离接口可能受影响,汽车板数量变小,板与板之间接口数量减少。

6、目前国内隔离芯片或其他模拟芯片,国内汽车厂对于国产产品的接受度、诉求如何?

现在接受度非常非常高。我们跑了很多整车厂,国内新势力的公司对于国产替代呼声和需求非常高。只要有相关合适的产品,他们都打开大门欢迎,势头和氛围不错。国外的像博世这种,在国内也是做国产化替代,这个替代更多是为了备选需求,比如万亿有缺货、降本需求,会走国产。由于目前国内一些工艺,封测包括设计能力,在车上面很多地方没办法实现完全国产替代,这也是我们需要去突破的。

7、车用模拟芯片这块有哪些品类国内没法突破的?

主要是在功率器件,比如跟MOS相关的,比如马达驱动芯片或告诉的信号链产品,包括汽车上的主控芯片,电池包里面的模拟前端,这些集中断供、设计复杂的产品国内目前还有很长一段路要走。这个东西不是说用IP组合就好,需要对系统和细节很熟悉,别人有一些坑你需要去避开才行。当然工艺和很重要,国内公司希望走国内的Fab厂,本身在汽车工艺节点有限制,导致本身在一些功率等级器件上没法跟国外巨头PK。这都不光是IC厂商,整个产业链上游都需要突破。

专家二发言(关于SiC芯片):

特斯拉这个事也没啥,不管是原油平台还是新车型,总归要用SiC,现在SiC总体缺货,我觉得短期有影响,对于市场容量的预期端起变小,但最终会变大。未来特斯拉目标的保有量要到2000万,单车数量下降,但绝对值变高。我倒觉得不要刻意放大特斯拉对我们的降维打击。SiC尚爱民,我们产业链该干嘛还是干嘛,无非是细节上是不是哪个器件厂商吧沟槽型碳化硅做好做强了,这个才会对国产厂商影响大。

从今天综合各方面信息和讨论,特斯拉号称降了75%,且电机不再用稀土了,这里面有几种可能,一种是特斯拉主逆变器上占比70-80%,最忌短视SiC不用,退回IGBT。这个角度讲,这个说法也有1-2个证据点,一个是特斯拉跟安森美交流有提到过往的15-16到21-22年,特斯拉主逆变器失效率明显SiC基比IGBT失效率高,所以特斯拉定了两个方向,一个是SiC还是很新的技术,总规是会用到中高端产品上。其次是特斯拉有意识的控制碳化硅的节奏,希望吧需求放得更长久。供应链角度,去年年中特斯拉给安森美补了一笔IGBT订单,包括对SiC扩产不及预期以及高失效率的担忧。但是这里面有个逻辑悖论是,昨晚它讲的是第二代碳化硅,即使有IGBT的情况,他还是有SiC的。所以第二种可能是淳SiC的MOS方案,涉及到两个问题,一个是新车型是400还是800V的?他提及会用到48V系统,是用来简化线束的,动力肯定不会用48V的嘛,所以这种情况拆分成若干个子项。一个是400V平台,单管还是49颗裸die,并联降低功率可能不需要48颗;第二种可能性是是否有它的供应商有新一代SiC期间有工艺迭代,晶圆可生产出更多裸die,生产处更多期间,成本有望下降。如果是挖槽型MOS,使得SiC成本明显下降也有可能。但路基上有两个挑战,如果是400V工艺的迭代,跟75%的数据很难匹配。英飞凌RST3.65,罗姆挖槽型的4.1,安森美、ST的是2.8,除以3.6以后,节省了70%左右。再去计算成本,400V平台很难降低75%成本。如果升级到800V平台,简化线束设计。SiC这块功率不变下,650V、20mΩ的裸die,用1200V、30mΩ36颗,可以节省1/3碳化硅数量,算上RST的叠加,能节省的最大的成本也就是50%,很难达到75%。它得规划性价比更高的新车系,比如Model 2、Q等,可以通过平面型迭代,或者沟槽型MOS方案迭代是有可能。这里面它的总功率要从200W往下降,还有一种可能就是因为是Model 2、Q,新车型电池容量要小,且电机功率变小,自然而然碳化硅数量不需要用到48、36颗了,这样才能系统级做到75% reduction。第三种可能是今天讨论非常多的,它把原先的并联变成混合模块,SiC用2颗,配套6颗IGBT,满配用12颗SiC+32颗IGBT,这种工作模式有好处也有难处。好处上讲,SiC因为物理材料特性,散热好、转换效率高,可以通过系统控制的方式使得SiC期间运行在开关模式里面,剩下的IGBT工作在导通模式。SiC开关模式损耗低,但导通模式略高,SiC开关损耗比较少利用SiC较高的效率转换。IGBT工作在导通模式里开关损耗更高(发热大),而导通损耗低,组合了SiC和IGBT的有点,它是有工程创新的可能。担忧挑战,它的烧结封装工艺如何解决?原先汉在超Model3、Y的时候就有讨论,特斯拉用的650V,单位面积功率大,很热,要用银烧结去干,比亚迪在逆向开发主逆变器的时候要上银烧结,但坊间很多人讨论的是你用的是1200V期间,是不是铜烧结也有机会搞定?到底什么工艺稳定性最好不知道。所以SiC和IGBT混合模块难点是如何平衡烧结工艺。第二个难点是在layout做模块的时候PCB控制是挑战。第三个挑战是SiC驱动和IGBT驱动不一样,如果要并联,IGBT并联容易,但SiC MOS跟IGBT功率并联,驱动是个挑战,这里面涉及到时序(并联和均流问题,水仙开关谁先导通要设计),此外,还涉及到能量回收(充放电反向电流导通的问题)。特斯拉有可能在SiC MOS和IGBT并联,以及VGS和时序控制上面有独到的理解,它有机会做到。400V平台银烧结是工程团队做了大量仿真做出来的,特斯拉的工程团队把这件工程干成是有可能的。

结合以上三种可能,SiC的用量有可能降低75%。但一下子价值量跌这么多是不是利空?如果我们不知道特斯案例内部设计,是不好定论的。国内器件厂你该干嘛就干嘛,现在最着急的是IC设计和车企。你上Model 2、Q的话,意味着在价格更低的档位,是要上SiC+IGBT方案,或沟槽型SiC,会拓宽它在B级车以下的应用。如果使用了SiC+IGBT方案如果能解决工程上的问题,它适当牺牲了一部分性能,它在Model 2、Q这样的车型里面带来的是极致的成本优势。原先Mdel Y一辆车的用量可以干4辆Model2、Q,机会就很多。一旦发生这种情况,中短期不见得是利空,中长期是利好。今年Cree、Wolfspeed今年6寸放量没那么快,特斯拉如果要冲量,要考虑供应链能满足多少辆车,至于SiC差能能扩产不及预期下,要考虑最大化利用好全球产能。这是值得深究的。

从沙盘推演角度看,特斯拉内部也没有定好方案,两套方案可能都在做测试,就看哪个符合中长远目标,以及在工程层面能实现。极端情况,这两个方案可能都在走。过去2-3年特斯拉干了个蛮牛逼的事情,它的Model系列方案是SiC和IBGT模块兼容的,它新车型有可能还是兼容的,毕竟要提高产业链话语权,两个方案都会有。所以我想说让子弹飞一会,让后面趋势演绎一下,可能能看得更客观一些。

问答环节:

1、SiC MOS芯片海内外进展如何?一些性能和参数到底到了什么水平?

器件角度讲,最早的是给特斯拉做的是ST 650V 20 mΩ,保时捷也有一些,但没有那么多。第二个是比亚迪的汉,用的Cree 1200V 17m的,小鹏用的也是这个,斯达封的,但产能不足,后面用的罗姆的。另外一家车企是蔚来,它是和安森美绑在一起,号称高压,但事实假的800,它用的是900V的裸die。大半年前,英飞凌又出来1200V 7mΩ的单管,有可能英飞凌有可能做到1200V 5mΩ,顶原先1200V 15-17mΩ。RST越低单价越高,当然有可能通过挖槽和减薄,成本能下降,但能否造成75%降价的根因我无从考究。特斯拉在400V平台上SiC失效率比IGBT高,除了SiC没那么成熟外,它的尖峰电压发现650V脉压不够,所以纷纷把650V下一代的期间定义在750V,刚到这个电压的时候这些厂商就把规格定在10-15mΩ的规格。现在1200V 10mΩ国内无论是一级还是二级市场去做,都没有多少人在做这个,1200V 15mΩ这个档位的有4-5个厂家做出来了,像上海晶晨半导体、士兰微也有样片,可能在第二轮比亚迪测试中。

2、会不胡因为SiC需求下降带来衬底需求压缩?

很多人的恐慌本质在于Model 3、Y会不会上这个平台,我是不知道的。如果特斯拉足够牛逼,能把48颗架构改到12颗,这个要不就是有很创新的公益,要么就是器件厂能上800V,否则75%的reduction我要打问号。Model 3已经有很成熟的产品。另外,特斯拉也说了这是个新的平台,我倾向于是低成本方案,如果是Mdel 2、Q,如果成本不够,考虑供应链实际情况这里面组合就变成Model 3、Y要上这种方案,其次是3、Y高性能版本要用,还有3、Y高新额能版本用老方案,新车用新方案,这几种情况都可能出现。最终要看供应商和特斯拉策略怎么选,今天这个时间点不好判断。如果特斯拉脸Model 3、Y都这么看,情绪上是利空,但亚太车企是利好,因为你终于有机会拿到产能了。但如果特斯案例决定下探,跟传统燃油车和低端电动车抢市场,那就是利好。SiC从全球扩产角度讲,24-25年可能不缺了,但扩出来的衬底的良率和有效产能是多少还要打问号。如果中国现在衬底产能都不足,要扩产,海外也是,但海外扩产预期、节奏不及预期,而国内扩产的很多良率也不及预期。所以现在也没法告诉你却还是不缺,但至少这个moment不缺。但SiC对特斯案例领域是利空的话,对于储能等工业领域则是利好,这意味着它们能拿到货。所以特斯案例的而变化对于行业是冲击,但没法判断对行业的冲击。

3、高压快充用SiC不是趋势嘛,那现在特斯拉要减少SiC,对充电桩有什么影响?

高压快充跟车辆不冲突。SiC在高压快充是降本增效,通过SiC把功率密度做上去,它对电能的利用率提高了,对于充电桩来讲,国内要有地方(地比桩贵),涉及体积问题。国内100-120kw的桩叫快充,但要到超级充电桩要到180kw以上,它还是需要用SiC,GaN,尤其是Si的材料抗雪崩能力很差,在商业地区充电桩里面用电工况很差,失效率会特别高,所以要么不用SiC就得牺牲体积和效率,不然就得上SiC。所以SiC在超充快充应用前景还是好的,而且毕竟相较于车而言还不是那么贵,对于后续运营的经济账还是有好处的。

4、特斯拉的第二平台少使用75%可能对电机电控设计造成影响,那么对电驱电控领域的公司有什么影响?

它首先说了不用稀土电机。稀土如果中美关系不好,供应是挑战。本来车上面不管是IGBT还是SiC,开关频率也不高,不像工规40-60k那么高,如果是SiC+IGBT方案频率可以适当降低,那么稀土电机有个功能就是支持高转速和高频率,如果降功率或混合方案也许就真的不需要稀土永磁电机来做了,可以进一步降成本。那么对于做电机或主逆变器的厂商,影响坑定有。在原先SiC领域,它们需要迭代更快,而且需要对供应链储备的力量要加快。很快你会发现很多tier 1车企都会研究特斯拉怎么做,然后再决定跟不跟。它们一定会尽一切办法联系特斯拉工程总部,看它们怎么玩的。

5、市场一直在讲偏好IDM原因是什么?

其实最终要走IDM,士兰微已经有小批量出货了,我个人希望要有IDM或者在外延、器件方面要有自己的Fab。即便锁定了产能,也无从知道每个月到底出货多少片,而且你即便有自己的迭代工艺,想要跟外包Fab改工艺也不可能,而且还有工艺泄露风险。Wolfspeed除了衬底占导图以外,他还提到了circle of learning,也就是工艺迭代和器件迭代要绑在一起,要在自己的产线上迅速找根因,这是公司自身的正反馈。在外面代工,还会有扯皮,沟通成本就会高。这就是为什么很多人说要IDM的原因。而且后面上规模后规模效应和成本效应的优势,IDM呀拿捏在自己手里才能有所把控。所以IDM这条路没有错,需要大量的研发投入。

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