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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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