碳化硅技术推动向全电动未来的转变

Wolfspeed，前身为 Cree，以一项重大的设计胜利开始了其品牌重塑：与通用汽车达成供应链协议，为汽车制造商的电动汽车开发和生产碳化硅 (SiC) 半导体。8 月，Wolfspeed 以 8 亿美元的价格扩大了与 STMicroelectronics 的多年协议，以供应 150 毫米裸片和外延 SiC 晶圆。

这两笔交易都凸显了 SiC 技术在汽车行业向全电动未来过渡中的关键作用。据 Yole Development 电源与无线部门主管 Claire Trodec 称，基于 SiC 的功率半导体可以为汽车制造商节省高达 750 美元的每辆 EV 电池成本。

早些时候出售其 LED 业务的 Cree 在采用其 Wolfspeed 部门的名称后，现在押注于 SiC 功率半导体。“这就是我们，”公司首席执行官 Gregg Lowe 表示，他断言 SiC 技术将推动下一代功率半导体的发展。

从 2022 年初开始，位于北卡罗来纳州达勒姆的 Wolfspeed 将在其位于纽约州马西的 200 毫米晶圆厂生产 SiC 功率半导体。莫霍克谷晶圆厂将成为世界上最大的 SiC 生产线，投资 10 亿美元。

尽管全球芯片短缺成为头条新闻，但 Wolfspeed 多年来一直在提高 SiC 产能。

意法半导体还预计 IC 供应链会中断。在芯片短缺之前，它签署了长期的碳化硅晶圆协议，以帮助填补供需缺口。除了与 Wolfspeed 签订 SiC 晶圆供应协议外，这家法国-意大利芯片制造商还与位于德国纽伦堡的 ROHM 公司晶圆制造商 SiCrystal 签署了类似的协议。2019 年，意法半导体收购了瑞典 SiC 晶圆制造商 Norstel，以启动 200 毫米晶圆的研发。

同时，其他 SiC 厂商也一直在寻求晶圆供应协议，以预期电动汽车设计中对 SiC 器件的未来需求。例如，在 2017 年试图收购 Cree 的 Wolfspeed 业务失败后，英飞凌与 Cree 签署了一项提供 SiC 晶圆的多年协议。这家德国芯片制造商还与日本晶圆制造商 Showa Denko KK 接洽，以获得其 SiC 材料和外延技术。

当时，英飞凌预计 SiC 半导体在未来五年内的年增长率将高达 40%。事实上，正是 SiC 半导体在 400 V 至 800 V 及更高电压范围内的电力推进系统中的广泛采用推动了主要的 SiC 厂商。

回想起来，这是因祸得福。

供应商几乎不知道即将面临更大的产能紧缩。这个故事所讲的道德？正如英特尔前 CEO Andrew Grove 所说，“只有偏执狂才能生存。”

Tesla Model 3 逆变器由 24 个功率模块组成，每个模块都包含两个 SiC MOSFET。

以意法半导体与特斯拉的供应关系为例，特斯拉是 2018 年推出的Model 3中率先推出 SiC 组件的电动汽车制造商。据业内报道，意法半导体是用于作为 Model 3 牵引电机的功率模块的 SiC 半导体的供应商。System Plus Consulting 的拆解报告显示，功率模块包含 ST 的 SiC MOSFET。

快进到 2021 年，由于芯片短缺严重扰乱了汽车制造商的供应链，与特斯拉的 SiC 供应协议似乎很稳定。

归根结底，EV 电源设计和 SiC 半导体可以很好地协同工作。除了牵引逆变器，SiC 组件还被用于车载充电器和 DC/DC 转换器。例如，意法半导体与雷诺-日产-三菱联盟和中国电动汽车制造商比亚迪合作，为车载充电器提供碳化硅组件。