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Tesla引爆全球SiC熱潮 8261富鼎 1560中砂 3016嘉晶 3707漢磊 4934太極
2022-6-28
自2017年Tesla推出Model 3，驅動逆變器(Traction Inverter)部分捨棄傳統絕緣柵雙極電晶體(IGBT)、率先引入碳化矽(SiC) 金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，形同為全球SiC產業打了劑興奮劑，啟動全球第三類半導體新一波擴產潮。
就在Tesla後續其他車款都引入SiC MOSFET後，2022年4月Tesla在中國公告，召回生產日期在2019年初~2022年初生產Model 3約12.8萬輛，召回主因為車輛的後電機逆變器功率半導體存在微小製造差異。
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Tesla SiC MOSFET動態觀察
Tesla SiC MOSFET動態觀察
這將使部分車輛使用一段時間後，逆變器無法正常控制電流或故障；進而出現在停車時恐無法再啟動，在行車時恐失去行駛動力，而間接發生碰撞等安全疑慮。所以，Tesla將透過空中下載(OTA)實施召回，以對車的後電機逆變器進行緊密監控，並及時對相關故障後逆變器免費更換。
針對此案，綜合供應鏈看法來討論，分別以OTA、設計、SiC三個重點陳述。
OTA能解決所有問題嗎？
若為軟體出問題，其實使用OTA再合理不過。但是，別被「軟體定義硬體」這名詞沖昏了頭，以為OTA能解決所有問題。當下，至少不是整車都可以透過OTA來治百病，也不是每個聯網的節點、都可以OTA。而該案啟人疑竇的點就在Tesla同步釋出的OTA解方。
供應鏈業者直言，若是硬體、如這類元件或材料等出了狀況，再強的OTA都改變不了零件本質上的物理問題，這得進行實體的維修、更換。由於驅動逆變器歸類在動力總成(Powertrain)五大汽車功能系統內。該系統常做的OTA升級，其實是電池管理(BMS)，這個節點多數掌控的就是鋰電池的電力調節部分。
若從系統業者的視角來看，利用OTA來調整後驅逆變器，改善的機率不高。若BMS角度來看，Tesla極可能透過OTA讓備存電池量能釋放，讓整車的運作較為平穩，必要時則進廠進行硬體的維修。這讓市場臆測，該案可能除了SiC MOSFET有疑慮，可能連帶電池都有涉入。
當然，不排除Tesla或許在汽車的結構設計上，有別於一般供應鏈業者的認知，畢竟除了Tesla本身外、外界難探得整個事件的全貌。上述是綜合供應鏈不同業者觀點所做整合，相關細節仍以Tesla公告內容為主。
從設計視角來看可靠度
從半導體業者立場來看，除重申OTA難以解決公告出示的內容問題外。其檢視重點會以SiC元件、穩定度、製造運作等多面來評估，當然，若有可靠度問題，那勢必得從頭開始全面檢視及改造。
業者指出，其實Tesla的SiC MOSFET，得回到2017年的時空背景，當時由Tesla要求供應商意法半導體(STM)為其「量身打造」，簡單地說，從設計、封裝的方式，採用的是Discrete(分離式元件)的小模組封裝。小模組封裝最大的優點就是有效率、又好用。
以Tesla的Model 3採三合一電驅動總成的方式，小模組可以更有彈性的搭配該設計，可以很快速因應不同要求的功率解決方案。而缺點就是，每個元件多少都有些微差異性、尤其是呈現出的電性不同，再加上安裝上車後，所處不同位置、面臨的溫度甚至是電流也可能不同，在汽車行駛一段時間後，各元件差異性就會更為明顯。
例如，某元件所處位置相對高溫、出現問題的機率就比其他元件來得高。一個元件出了問題，卻可能連帶影響整車的運作。所以，從Model 3及其他款車陸續推出至今，隨著時間推演，車內的某個小模組可能無法正常控制電流或故障。
值得注意的是，這也可能是當時的競爭對手「早預期可能會發生」的事。因為當時不少車廠更早規劃引入，考量到SiC的料源取得不易、成本高，還有對系統穩定度似仍有不符合預期等問題。
在維修考量上，供應鏈業者認為，由於Tesla是三合一電驅動，基本上這些小模組嵌入其中，極可能牽一髮動全身，所以，更動設計的大工程是不可能、因為成本太高；不過上述的情況推估供應商亦早有考量，因此得以提出解決方案來因應。
與之相對比的，即是英飛凌(Infineon)的HPD(HybridPack Drive)封裝，這是英飛凌註冊的名稱，供應鏈業者指出，其他高比例SiC業者採類似的封裝設計原理，只是各有不同名稱。相較於Tesla採元件封裝的小模組，HPD導入初期對汽車設計的挑戰度相對高。
供應鏈業者坦言，其實市場也在觀望，Tesla後續是否因此而將初始設計改朝換代。實際上各封裝與設計，沒有絕對的優劣勢，但考量到不同的時空背景，當下的SiC產業相較於2017年前更為成熟、且具競爭力，有誘因讓Tesla改變策略。
SiC發展進程踩煞車？
不可否認的是，Tesla率先將SiC MOSFET應用在Model 3，不但為SiC寫下歷史關鍵性的篇章，同時也為第三類半導體產業掀起萬丈波瀾。
首先，英飛凌是功率元件的龍頭，尤其IGBT締造的豐功偉業、讓諸多競爭對手甚至看不到車尾燈，英飛凌對於第三類半導體扎根亦深，但意法半導體搶得Tesla的SiC先機，並搭上Model 3的銷售不斷創新高，竟成就了「彎道超車」。在這個時間點，車用SiC MOSFET仍以英飛凌、意法為主流供應。
其實諸多車廠早就嗅到第三類半導體發展趨勢，如前述礙於料源、成本及穩定度等考量，使導入SiC MOSFET的時間一延再延。這當然也刺激其他IGBT或SiC業者敏感神經，或許最初它們對SiC MOSFET在電動車萌芽速度沒有如此樂觀，但當SiC MOSFET已成不可逆之舉，也激起其他業者不得不加速追趕、以扳回一城。
其中，率先以其他方案取代的豐田(Toyota)最具代表性，即使被Telsa捷足先登，豐田仍在2022年積極導入。期間中系廠切入最為積極，包括比亞迪、蔚來等則快速跟進導入，主要是Tesla在中國電動車市場具領頭羊效應。
其他主流品牌車當然也積極規劃導入、甚至率先啟動綁料。畢竟SiC供應鏈的發展仍未成熟，對銷售量體大的主流車來說，斷料是無法容忍的，所以會在SiC產業供給無慮後，才會大幅導入。
其中最具代表性的案例，以2019年德國福斯汽車集團(Volkswagen Group)的「未來汽車供應發展計畫」(Future Automotive Supply Tracks；FAST)中，將SiC龍頭Wolfspeed(當時名為Cree)作為其SiC的獨家合作夥伴。
截至目前，Wolfspeed是全球SiC全產業鏈做得最完整的，尤以SiC基板競爭力最為顯著，包括一線供應商(Tier 1)例如德爾福(Delphi)、采埃孚(ZF)集團等；車用SiC晶片及器件廠，如英飛凌、意法等以不同形式與其締結合作關係。近期Wolfspeed的SiC MOSFET也成功被美國新創Lucid Motors採用。
最後，是促其他產業需求加速浮現。5G、AIoT、未來車、新能源產業等新興產業，多數造就大電流、高電壓、高頻的嚴苛環境，為第三類半導體創造極大的發揮舞台，Tesla將SiC推上風口浪尖。也讓其他產業擔心未來若搶料不成，恐影響發展，各產業也加速導入，近年來，包括工業、航太、國防及能源領域都有顯著的成長。
只是，Tesla這起召回案，是否讓市場對SiC發展順暢度產生質疑？進而讓上述SiC供需快速成長的運作暗踩煞車？業者方面則指出，目前看來熱度似乎不減。
Tesla確實有領頭效應，不過主流車廠及所屬的供應商都有自己的規劃，並不是依照Tesla的方案依樣畫葫蘆，所以，反而可能會加速自有解決方案的問世，以提升競爭力。 |
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發表於 2022-6-28 07:57:41
