12月5日-6日，由中国汽车工业协会和中国电子科技集团有限公司共同主办的“2023全球汽车芯片创新大会暨第二届中国汽车芯片高峰论坛”在无锡举办。本届芯片大会以“共享中国机遇•共谋创新发展•共赢产业未来”为主题，设置了“1场高层峰会、1场主旨论坛、4场主题论坛”共6场会议。其中，在12月6日下午举办的“主题论坛二：新能源汽车‘芯’动态”上，湖南三安半导体有限责任公司碳化硅应用专家施洪亮发表精彩演讲。以下内容为现场演讲实录：

　　各位领导，各位嘉宾，大家下午好。我是来自湖南三安的施洪亮，非常荣幸我能代表湖南三安给大家汇报一下碳化硅功率器件的关键技术与评价标准。
　　我这份报告讲的很多问题都是全行业的共性问题，其中有一些是我们湖南三安已经解决的，还有一些是正在解决当中的，我想英飞凌解决的更多，所以他们是“功率器件”这个行业的龙头老大，我希望今天的报告能引发大家对“碳化硅功率器件的技术以及标准”的一些共同思考和共鸣。
　　我的报告主要分为以下四部分：
　　第一部分是关键技术的梳理。
　　第二部分是可靠性的标准与汽车的安全。
　　第三部分是我们对于标准建设体系的一些思考和总结，我其实已经在很多个行业交流报告的时候一直呼吁大家一定要加强国产碳化硅功率器件标准的建设。
　　第四部分是一个总结和展望，希望能引起大家对中国功率半导体产业链系统发展的一些思考。
　　第一部我用一页的篇幅简单给大家介绍一下，这是来自今年IEA（International Energy Agency）的数据，我引用了一下，可以看到国内的电动车发展速度就像就像火箭一样的速度，这对我们国家新能源汽车的发展是一个很大的利好，我们销售的总量以及增长的速度是远远超过美国的。
　　当然欧洲也很强劲，我们可以看到我们在增量市场是超过50%的占比，所以这个对于我们来说应该是一个很好的消息，我们的汽车在传统的内燃车时代基本没有什么机会，好在这个时代正在从“内燃时代”向“电动化时代”快速过渡。
　　我现在快速给大家梳理一下碳化硅关键的技术，在座可能有很多并不是从事功率半导体或者电力电子行业的朋友，碳化硅它作为已经被定义为下一代的功率半导体，自然相对于现在的硅基的时代它有很大的优势，主要是体现在它的能带禁隙宽、击穿场强、热导率还有高饱和电子的迁移率，这方面跟硅相比有很大的优势。所以从右边这幅图来看，利用碳化硅材料的优势当我们把它做成器件之后拥有很好的系统应用优势，我们说电动汽车两个核心的问题就是续航里程和充电的速度，这两个核心的问题最早应该要感谢保时捷，保时捷是世界上第一个提出800V的架构，在800V的架构下刚刚英飞凌的陶总也讲了很多，高压800V的平台碳化硅的优势更加明显，我们对行业的估计和预测和英飞凌是完全一致的，碳化硅的渗透率一定是越来越多。
　　整车厂对这个认识基本上也是没有疑问，唯一的障碍就是现在碳化硅的器件价格还是要到硅的4~5倍，可能对车厂的应用和推广来说是一个很大的障碍，但是后面会通过一些技术的进步，碳化硅的成本会随着电动汽车行业的快速发展和大规模应用落地而快速下降。
　　应该说成本下降的速度下降还没有完全达到“整车厂”的预期，有很多关于成本的预测其实是不太准的，但是我们对碳化硅行业技术快速发展对器件成本下降的推动是持非常乐观和积极的态度的，所以我们在湖南长沙投资了160亿建设湖南三安之后又和车规级碳化硅世界龙头企业ST在重庆合资建设了另外一个碳化硅工厂。下面我从器件端来出发，我们梳理一下碳化硅的关键技术，器件端我们说从衬底、外延、芯片、封装的技术。
　　湖南三安是一家IDM垂直整合的方式，也就是说这几个方面我们都有资源和人才的布局。我们可以看到碳化硅一个很大的问题或者说一个难点就是它的长晶还有切割的工艺非常复杂，还有就是它长晶的速度确实相对于硅来说大概只有硅的1%都不到。
　　目前这是一个很难以解决的问题，由于它的长晶速度慢，这会影响产能提升，还有它的可靠性的一些失效的机理方面的根因的分析还未完全成熟，相比于硅经过五十年的发展已经非常成熟，碳化硅其实还有很多没有完全弄清楚的机理性问题需要全行业去共同努力来完成。
　　还有一个挑战碳化硅的晶体在炉子里面生长的时候，而且它要长成4H-SiC的碳化硅才比较适合做功率半导体，这和以前硅单晶体结构是完全不一样的，SiC是一种化合物半导体。
　　刚才英飞凌陶青总讲的采用冷切割的技术，这个优势在八英寸衬底时代会发挥更好的优势，推动碳化硅器件提高良率，降低成本。
　　如果来看世界芯片发展的整个历史进程，推荐大家看“芯片战争”这本书，最近我又把这本书看了两三遍，觉得太激动人心了，建议大家每个人都去看一下。在一个大的芯片公司从创立到发展壮大的过程中，并不是所有的事情都一定要自己从零开始干，通常来说市场上比较小的公司它的创新能力很强，我认为一个芯片的公司想要做大其实要时刻关注行业细分市场最前沿的一些先进技术，通过收购一些小的公司其实是能够极大地加快一些行业的进步和发展。
　　就是说在一个大公司成长过程中，他不是所有的事情都自己干，通常来说市场上比较小的公司它的创新能力很强，我认为一个芯片的公司想要做大做强其实要时刻关注行业细分市场最前沿的一些先进技术和创新活力强的“小规模”公司，如果通过收购一些小的公司其实是能够极大的加快一些行业的进步和发展。
　　接下来讲衬底，外延部分，技术细节就不展开细讲了。一个关键的问题是衬底和外延的缺陷对后端芯片和器件的良率，以及器件的应用可靠性方面都有很大的影响，这也是整车厂一直非常关注的重点核心问题，功率半导体同时作为电动汽车动力心脏“牵引电驱”的核心零部件，其性能及可靠性直接决定着整车的市场竞争力，所以整车厂和芯片厂在“功率半导体”领域都投入了大量的人力，物力进行各项技术攻关。
　　这也是为什么国际前五大英飞凌、ST、Wolfspeed、安森美及罗姆等公司他们为什么都坚持做垂直整合的IDM模式，应该是说大家都意识到这个问题的重要性。在碳化硅功率器件的研发制造过程中，如果我们对缺陷的控制以及对器件应用可靠性的影响如果没有一个很好的认知，无法把从衬底-外延-芯片-器件-应用全产业链的一些Know-How部分真正搞清楚，最后器件到了客户车厂上车出现失效，这对整车厂是一个非常大的压力。
　　芯片技术的发展，我这里放了比较简单的一幅图，其实实际讲起来这是非常复杂的，也就是说在左边的图里面其实是应该把我们整个行业供应链的伙伴都考虑进来，有一些很专业做芯片的检测，还有做先进的材料和工艺设备，缺陷检测软件等供应商伙伴跟我们芯片厂一定要有一个良好的生态伙伴合作关系，这样才可能推动整个行业得到快速良性发展。
　　如果我们去看台积电发展的历史，事实上它的成功很大程度上依赖于供应商跟它的密切配合，后来英特尔和三星在这个领域逐渐的落后，现在可以说是非常的被动挨打，这方面大家可以看一下对比在芯片战争这本书里面花了非常多的篇幅去讲。
　　所以我们说有这么多的挑战，它在高温、高湿环境下承受反偏电压工况下，如何保证碳化硅器件工作安全可靠，整个行业包括学术界、工业界、车厂其实是想了很多的办法进行各种严格测试和分析，所以这就引入标准和可靠性评价体系建设的问题。
　　这是碳化硅应对未来技术挑战，我们总结梳理了一下，它在电磁干扰、可靠性、机械失效以及热管理都面临很大的挑战，如何从芯片、封装以及应用层面去面对解决这些挑战是我们整个行业面临的挑战，也是客户群体面临的严峻挑战。
　　整车厂如果不能和芯片的厂商一起协同来解决的话，仅仅只从芯片端或者只从应用端都不能真正的去解决所有这些问题，我想这些挑战问题上所有的功率半导体厂家和客户的认知应该是比较统一的。
　　这部分我给大家放了一幅图，我就不照着一一念了，我们如何评价一个碳化硅器件的可靠性，大概从这几个方面，我想车厂也是有很多自己的思考，当然这个可能还会根据每个车厂自己的应用环境特殊性以及车型定位的不同加一些项点，主要来说是从：性能坚固性、可靠性、品质、以及价格等方面，它有这么多的技术要求，我们芯片厂家如何通过我们说通过长晶、衬底外延、芯片及封装方面做全产业链的协同，怎么样去解决这些问题以达到车厂批量装车的要求，在这方面我想需要芯片厂家和车厂的协同努力，这也就能解释：为什么在汽车电动化时代，越来越多的整车厂会选择直接跟功率半导体厂家直接合作，共同定义和开发产品，很多整车厂直接参与了功率半导体厂家的投资。
　　我们湖南三安作为一家SiC功率器件IDM的厂家，我们在碳化硅二极管领域已经取得非常好的成绩，我们在去年的出货量应该超过一亿颗，所以大家知道中国的光伏逆变器企业全球TOP10中国占了7家，基本上都是我们的客户。应该说我们在这方面积累了很多批量的应用经验可以迁移到车厂去。
　　封装主要是包括这几个方面，它主要起一个支撑、电连接、散热作用，这个我还是想引用“芯片战争”那本书里面讲的，有一个观点认为封装是低门槛的行业，我不太认同。可能大家仅仅从价值链的占比去说封装好像技术含量要低一些，跟芯片比起来只占到10%和15%，我想这个对也不对，对的话可能从成本分析是这样的，但是不对的地方大家可以看一下台积电它为什么能够发展的这么强，它很大程度上是他们的张忠谋董事长非常支持他下面的团队去做先进封装，所以在其他的芯片厂家像三星和英特尔在跟他竞争的时候，先进封装上的落后，导致台积电在后来芯片先进制成时代赢得了更多的客户，我建议大家去看一下先进封装在这里面起到的重要作用。
　　这里我快速讲一下，现在的车厂尤其是主驱模块的封装，基本上也没有太多的花样，从大的结构上来讲，它都是起源于EconoDUAL的标准封装，转膜塑封、SSC、DSC，还有器件的集成，集成封装是什么意思？就是说我未来把吸收电容、传感器把一些温度检测的这些零部件集成到功率模块里面去，这么做可以给车厂提供更多的功能选择，车厂可以对模块的健康状态以及它的寿命预测方面有一个更好的掌握，产品体积密度也可以大幅度提高。
　　最先进的应该说是3D功率集成封装，这个概念是借鉴闪存芯片的概念，闪存芯片最多现在能做到128层，当然功率芯片在这方面做工作的话，3D是未来很好的一个方向，但是它的难度肯定比做信息闪存芯片还要大很多，因为它涉及到热、机械、电磁、振动等恶劣的工作环境，我们可以看到美国的学术界在这方面做的工作相对比较出色。
　　应用端主要有这三方面，第一个是并联均流，第二个是驱动保护，第三个说散热的设计，并联均流是我服务的所有客户都非常关心的一个问题，并联是一个大家比较关注的问题，多芯片的并联，多器件的并联，你怎么去解决？这个既有应用端，也有芯片端的这些问题，我主要是总结在右上角大家可以去看一下还有就是说驱动的干扰还有短路的保护，在驱动方面国内像我们的友商向上海瞻芯电子，其实他们已经有一些车规级的驱动芯片，我想在座的车厂已经有采用他们车规级的驱动芯片，他们也有自己的碳化硅，当然可能还有其他的一些厂家，所以我们国产进步的速度也是很快，至于短路保护方面，像英飞凌、TI、ADI都有非常好的方案和技术，能够保证在两µs的时间内关断10倍的电流，所以说在这样的情况下，我们车厂如何根据驱动芯片的能力，如何保证功率模块的工作安全可靠。
　　主驱在工作的时候不不可避免出现一类短路和二类短路，怎么样保证芯片的安全，其实短路保护是一个比较核心的问题。
　　双面水冷模块已经诞生了很多年 ，我在不同的场合也经常给大家展示这一页的材料，双面水冷肯定是未来车规级发展的一个比较大的方向。
　　还有和HPD应该说自从英飞凌发明了这款模块以来，它在IGBT时代是绝对的统治的地位，我想现在很多电驱都是采用这种封装，在IGBT时代是非常的成功。
　　我们可以看到对比DSC是一个很好的东西，它采用双面水冷，它的热阻小很多，但是我们可以从爆炸图可以看到它的设计非常复杂，它相对HPD来说对车厂是面临一个非常巨大的挑战。
　　怎么样解决这些问题？我想右下角这几个部分是有一些解决办法的，不同的模块封装形式在车厂的应用情况其实跟系统应用设计的技术方向选择上有很大的关系。
　　所以要看对技术的掌握的程度不同，采用的功率模块的方案也是完全不一样的，DSC双面水冷电驱采用率是比较低的，但是未来随着电动车技术发展对功率模块的要求越来越高，DSC也可能会在整车厂得到大规模的应用。
　　为了引入可靠性评价与汽车安全的标准的话题，我总结了两篇文章：一个是新华社（中国7万家茶企不敌一个立顿）、一个是人民日报（万家茶企，为何利润不及一个立顿），我把这两篇文章总结了一下，英国的立顿公司和我国茶企的一个对比给了我们非常深刻的教训：
　　 标准化对整个行业的影响是非常巨大的，几乎决定着一个行业的生死；
　　 6000多年茶史的中国：“大茶国，小茶企”；
　　 无“强品牌”会导致行业发展：只能拼价格，只能赚取微薄的利润，甚至卖得多，亏得多，“不赚钱，交个朋友”；
　　 英国人对茶叶的“标准化、工业化、规模化、智能化”新四化牢牢占据了话语权，实际上赚取了最多的利润。
　　以上的教训和经验总结希望能引起全行业的重视，不要在“功率半导体”这个行业再次重复“茶叶”这个行业悲惨的故事。
　　所以说标准和可靠性肯定是密切相关的，大家可以看到这幅图标准和可靠性是怎么样相关的，我们有一个评价的标准，我们可以帮助车厂以更快的速度，以更低的风险去选择一个更可靠的模块，这个关系很明确，对车厂以及终端的消费者来说是“汽车安全”的重要保障。
　　这是国外一些标准的梳理我就快速地过一下，这是AECQ101和AQG324，目前这些标准都基本上国外为主导，庞大的中国市场急需自己的标准，而且中国的车企以后要做大做强，“走出去”，“汽车出海”是下一步不得不面临的选择，如果始终无法在功率器件标准体系里有中国自己的话语权，那么“汽车出海”战略也会失去真正的主动权。
　　第三部分我讲一下这是电驱的一个要求，这是功率模块的要求，我们可以看到它有一个映射关系，基本上就是这样的。
　　这是AEC-Q101以及三个不同的应用领域芯片的要求，目前这些标准其实对于日新月异发展的电动车技术来说是远远不够的，我想未来还有很多工作需要做，标准很多工作是未来可扩展的领域，需要广大学术界，工业界积极参与到标准的制定和完善工作当中来。
　　应该说国外做了很多非常专业的相关工作，如图大家可以看到从封装的形式上我们有没有可能像机械行业一样，像些螺钉是不是都是全球标准统一的，机械工程师的行话，说这个螺钉直径几个，长度几个，大家说的就是同一个“螺丝钉”，全球任何地方都是可以通用的，这样可以大大节省主机厂选用功率模块进行测试，验证的时间和周期。
　　其实从封装模块形式来说，这两者是有可比性的，我们怎么样让车厂减小成本和风险，这是一个标准体系建设的思考，希望引起大家的重视和思考。
　　当然这幅图里很多标准都还没有建立完善，我们可以看一下从衬底、外延、芯片、封装到器件和应用，标准化是保证车规功率芯片安全的重要的门槛，如图所示，车规级一定要有门槛，没有门槛对车厂来说造成一个巨大的风险。
　　这句话也很扎心：“所谓的门槛能力够了就是门，能力不够就是槛”，车规级确实大家都在说这个门槛很高，我们必须建立这个门槛，否则未来在车里面应用会出很多问题。
　　如图1所示北医三院的“永远拥挤的排队看病的人群”，这是我生活的城市长沙的社区的“医疗专用车”，这是我自己拍的两张照片（图3和图4），我想看病是一个非常痛苦的事情，尤其是在北京和上海这样的超大城市。
　　未来可不可能在上海这样的城市，比如说我们联合上海卫健委、复旦附属中山医院、华山医院以及瑞金医院这样的顶级的医院和上汽合作定义一款集成有“SSHC（Shanghai Smart Health Car）”超级终端面向所有所有生活在长三角人们的“聪明汽车”，这款汽车将解决以下关键问题：
　　1) 拥有上海顶级医院和合作车企的“IP”，其它汽车品牌想直接复制法律上不允许；
　　2) 长三角的人们只要有看病就医的需求，只要随时随地，通过自己的手机发送请求给汽车，汽车“SSHC”会自动匹配完成挂号，医院的相关医生会根据“患者自述”以及和患者的远程视频对话，将需要做的检查项目清单直接推送“SSHC”；
　　3) “SSHC”系统会在患者小区到医院路径上自动寻找闲置的所有附近医院闲置的医疗设备，所有愿意接入“SSHC”系统的医院的闲置资源都可以最大程度利用起来，避免次一级医院的医疗资源和极大浪费；
　　4) 上海顶级医院每个医生所能带的实习生是非常有限度的，在现有医疗体系制度下，拥有“SSHC”系统后，上海的顶级医院医生将可以利用这样移动的“SSHC”汽车带10倍甚至数量的实习医生，每个医学院毕业的希望从事医疗工作的，可以先从在“SSHC”汽车上服务病人开始，因为所有的看病数据和名医的“知识”都会在“SSHC”数字孪生系统中让每个实习医生都有机会跟“名医”学习宝贵的医学知识；
　　5) 医疗，诊断数据都会在“SSHC”数字孪生系统中被安全地托管在第三方云平台中，被永久地保存下来，成为人类宝贵的医学知识；
　　6) 这样通过移动的汽车+顶级医院的医疗资源解决目前“看病难，看病体验差”的问题，通过汽车的“聪明自主移动，记录数据，分析数据，智能决策”让集中在上海老市中心的顶级医疗资源可以辐射长三角上亿的人群；
　　7) 这样的“SSHC”系统赋予了电动汽车更强的生命力，能很好地为上海以及长三角地区节约上千亿的新增医院的投入，同时可以通过“SSHC”系统培养更多优秀的医生，为全国医疗事业做出巨大的贡献；
　　8) 能够加入“SSHC”是对一名医生医疗水平和学术声誉巨大的认可和肯定，加入到“SSHC”的医生可以拥有更多的收入，这样也会激励更多的优秀医生加入到“SSHC”系统中来，一起联合定义汽车；
　　9) 长三角有望成为全球首个真正实现“智慧医疗”的地区，成为世界医疗卫生事业发展的典范。
　　目前电动汽车更多是在增加一些：娱乐功能、安全功能，综上所述，如果我们将人类的基本需求：“便捷地获得优秀的医疗资源，保障家人健康”这个基本需求融入到电动汽车中来，那么在这个赛道上我们本土的车企，医院将拥有得天独厚的先天优势。
　　以上为我对智能汽车+医疗服务进步的一些思考和认识，希望引发大家的思考。
　　如图所示我们可以看到客户的期待研发计划和真正的过程应该是比较形象的，这里面确实有很多坑，我们湖南三安目前所做的碳化硅行业我认为是非常具有挑战的事业，需要真正踏踏实实地把技术做扎实，把产品做好才能赢得客户的尊重和认可，才能在激烈的市场竞争中存活下来，立于不败之地。
　　我有一句话：更多的期待还是要尊重事物发展的客观规律，我说IDM模式就像右上角一样，湖南三安坚持做IDM模式，我放了几台盾构机在图中，IDM模式最有可能赢的体现在哪些方面是？就好比多台盾构机在地铁施工挖隧道的时候IDM可以同时下去多台盾构机，几个方向同时推进，只要能多台盾构机对齐的话，IDM模式就像“大象跳舞”一样，拥有恐怖的竞争力。但是如果IDM模式没有解决好各个不同环节上下左右协同的问题，这就有点像什么呢？这就好比多台盾构机下去，打隧道的方向完全是偏离的，最后巨额的投资下去换来的只是“产能的巨大闲置浪费”，不产生任何实际的效益。就是我们常说的“守着烧饼挨饿”，因为你没有协同起来，你基本上就是浪费的，你还不如Fabless和Foundary的厂家专注于自己擅长的领域，反而能发挥“小，快，灵”的优势，最好在竞争中干倒大象也是极有可能的，我们自己做IDM，所以我们湖南三安一直在“上下左右协同方面从管理、研发、生产、销售”各个环节都不断提升，为客户开发最好最有竞争力的产品。
　　最后一幅图送给大家这个是引用华为的一个材料，我稍微改了一下，我们国产成功之路应该说需要需求驱动，全产业链的协同创新，在这几个方面我们说商业的驱动，前沿的技术，产品端到端的思维，我们中国作为这么大的应用市场如果没有诞生好的碳化硅功率器件供应商，我认为是一件难以原谅的事情，也是我们无法面对我们下一代的事情，也会对国产电动汽车出海产生极为不利的影响。
　　我的报告到这里结束了，谢谢大家的聆听，欢迎以后多和湖南三安交流。
　　（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）