中国汽车论坛 | 施洪亮：汽车半导体产业链的完善与协同发展

2023年7月5日-7日，由中国汽车工业协会主办的第13届中国汽车论坛在上海嘉定举办。本届论坛以“新时代 新使命 新动能——助力建设现代化产业体系”为主题，设置“1场闭门峰会+1个大会论坛+16个主题论坛+N场发布”共18场会议及若干发布、展示、推广等活动，旨在凝聚各方力量，形成发展共识，为建设现代化产业体系贡献汽车行业的智慧和力量。其中，在7月6日下午举办的“主题论坛三：芯路历程、协同并进”上，湖南三安半导体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：

大家辛苦了，我是最后一个，我有28页PPT，所以有些部分我可能要快一点过。我今天报告的题目是《汽车半导体产业链的完善和协同发展》，我们刚才很多嘉宾都谈到了，就是说目前国际局势不是很稳定，大家对产业链这方面的焦虑尤其是主机厂，老板们都会说离消费者越近的环节越焦虑、成本的压力会很大，所以我们以这个主题给大家分享一下三安人自己的思考。

我汇报的主题主要有以下五部分：

第一，功率半导体应用现状与趋势。

第二，碳化硅功率器件的应用优势与挑战。

第三，三安垂直整合模式的优势和技术发展。

第四，产业链协同发展。

第五，汽车功率半导体产业建议。

这个部分我们可以看一下，就是说汽车功率半导体应用现状和趋势，刚才应该是奇瑞的张部长讲过的一个现象，我们可以从左边的这幅图看到汽车从以前的机械时代发展到电气时代再到智能电动时代，它这个发展的主线趋势是非常明显的，我们在这个发展趋势里面可以看到一个很清晰的事实就是电子部件的应用是越来越多的，这是一个非常明显的“大”趋势。

我们从中可以看到，功率半导体在电子物料中的这个比例已经高达55%，所以说从大趋势上来看到“功率半导体在智能电动时代会有越来越多的应用需求”。而功率半导体在一辆电动车里面要应用到牵引变流器、DC-DC和OBC。这一页逻辑表明：“智能电动”这个历史滚滚的车轮已经到来，势不可挡。我们可以看到当今汽车工业界：无论是以生产大众车型的欧美日韩的各大汽车巨头企业还是劳斯莱斯、宾利这些超豪华汽车品牌的车型都在做电动化，大家对这一点认识是完全一致的，电动化时代一定会到来，这是不可逆的，这是历史大趋势。

从现状和趋势来看，我们可以看到整个市场规模来说的话有一个非常大的增长，碳化硅车型持续的应用和落地，可以看到从特斯拉开始和ST合作开始打响了碳化硅功率器件上车的“第一枪”，还有比亚迪在OBC里面的应用，我们可以看到现在国产的新势力，应用碳化硅功率半导体的车型是越来越多的。碳化硅到底跟IGBT比可以给我们带来什么样的优势呢？有一个优势可以看到很明显。

碳化硅的使用带来的优势就是：同样的电池大小，它可以带来系统效率提升从而提高续航里程，如果我们从市场的价值、从用户的痛点、系统的方案以及竞争的方向四点来看，碳化硅是未来一个比较热门的赛道，会因为其无可取代的应用优势得到大规模的使用和普及。

从功率半导体发展非常大的趋势是什么？从以前的分离器件随着电压和电流上升，我们经常说800V高压平台，甚至是特斯拉前不久提出的48V平台去取代以前12V控制平台，碳化硅的使用会带来功率密度的迅速提升，系统体积会变得越来越小。

我大概总结了一下右边一高两低，我们说高的耐压，低的电阻和低的损耗带来成本降低，包括晶圆和芯片，再加上一个高的产出和产能还有良率，我们可以看到右下角碳化硅这些优点，应用到汽车上来说会让大家的充电焦虑得到极大的缓解，如果你使用纯电汽车，你以前可能需要4个小时、甚至8个小时的时间去充电，你现在可能充到80%的电只需要5分钟、10分钟，充电焦虑是不是就得到了很好地解决？我想这是大家非常关心的问题。所以碳化硅材料以及器件的特性在应用方面带来一个非常大的优势。

那这一部分的话大家会看到非常多，我做了一个总结相比于硅MOSFET和IGBT来说，碳化硅从材料特性的优势，导致它做器件的话有一个器件优势就是损耗降低、开关频率提高带来功率密度提升的同时系统效率也得到提升，从右边图可以看到，它各方面的指标相比于硅来说，恰好能解决现在电动汽车的充电焦虑、续航里程以及功率密度的几大关键问题。

功率密度是我们人类永远追求的主题，可能在座有一些朋友就是说以前用过诺基亚手机，可能很多年轻朋友都不知道诺基亚手机是什么样子的，但是你们看以前诺基亚手机充电器是不是非常笨重？那里面非常大像砖头一样的东西，它5瓦、10瓦功率很低，其实就是功率密度问题。

我们现在看现在苹果充电器，国产的安克充电器为什么可以做到非常薄，像饼干一样做到100多瓦、就是由于功率器件的使用使得系统的能量密度得到极大提升，大家体验得到非常大的提升，这是永远不会改变的核心逻辑，可能过30年、50年来看，我们人类永远都会追求功率密度提升，因为功率密度提升之后我们可以用更小体积做功率更大的东西，对于我们人来说就是永远不变的追求的方向。

从左边来说，为什么所有的电驱厂家都要做集成，集成的前提是什么？大家想一下这里面的核心逻辑，为什么能集成？只有你把足够小的东西放到一起它才能做集成，如果你这个东西都很大，互相之间接口那么复杂，又有高功率又有高频率，像家里电磁炉一样，你把一个金属的东西放进去看看，一会儿就给你熔化掉，所以高功率高频率的东西做起来难度非常大，功率密度提升导致电驱都会做很多集成化设计，这里面核心逻辑是什么？就是功率半导体的损耗得到很大降低，我们才能做这样的事情，否则这些东西都不成立，都做不到。

那我们说功率器件的应用优势和挑战的话，左边这个表刚才有嘉宾已经讲过了，我就不重复讲，也就是说我们如果分消费级、工业级和车规级来说，车规级要求是最高的，是所有做芯片的都想做的一件事情，但是它的门槛真的非常高，我们从右边可以看到，它有各种认证体系，我们说有一个VDA 6.3等等这些体系，如果你没有达到这个基本的体系认证的话，那你基本上像Tier1，像这些博世、电装，维湃等零部件巨头，你连跟它谈判的资格都没有，你想进它的供应链基本门槛都达不到你是没有办法谈的。

从后面来说，因为三安是垂直整合体系，我们从晶圆生长，除了碳化硅粉末不自己做之外，可能很多朋友已经参观过湖南三安全产业链工厂，大家可以看到那个规模真的很震撼，有1.2公里长，从长晶、衬底、外延、芯片、封测到后面的应用我们都会去布局专业的人才和设备。

那左边的图给大家打个比方，因为我经常跟客户打交道，经常服务他们，他们老说你们的价格能不能再低一点，三安不是规模很大吗？我给大家解释一下为什么有时候是做不到的。

碳化硅功率器件制造有个环节是长晶的，长晶就是这个图片里黑糊糊的圆盘子一样的东西，6英寸、8英寸，它的长晶速度大概只有硅的1%，什么概念？就是说你同样的时间，当你碳化硅只能长到10周大胚胎大小的时候，硅晶体已经长到了姚明大了，同样的时间，一个是10周大的胚胎，但是硅已经长成一个姚明高度的形态。

所以大家想象，这里面速度真的是非常慢，我讲的并不是说是三安的现状，是整个行业，你包括今天的Wolfspeed、罗姆、安森美等等只要做这行都是这个速度，没有突破，我相信人类的智慧在未来可能会突破，但是现在就是这么慢。

我们再说一下衬底和外延的情况，碳化硅它的缺陷很多的物理机理，我们说根因没有得到完整的分析，它很多东西都不清楚，而硅的器件用了将近50年、60年时间之后，它的很多的这种失效的机理根因分析已经很清楚了，而碳化硅很多时候只能找到相关性东西。所以说我们在做过程中缺陷率还是在解决过程中，现在还没有完全得到解决，我们再说说可靠性的优化。

碳化硅在可靠性方面，有人计算过，对比过，碳化硅的使用寿命在同样的条件下比硅的话确实还是要少一些，所以我虽然是做碳化硅的，但是我是很客观跟大家报告整个的行业现状，我也不是说只说三安自己好，我说的是整个行业的情况。

这一部分我会快一点过，因为很多涉及到非常多技术层面，我想大家都是不同专业，我讲太细大家也没有什么兴趣，听不清楚。这个就是垂直整合的体系，我们可以看到三安从最左边的长晶、衬底、外延、芯片、模块、封装分离器件模块全部都做，我们整个投资下来是160亿，一期项目已经建成投产。

然后在去年的时候碳化硅二极管已经做到全球第六市场份额，碳化硅二极管在国内和全球都是不缺货的，正是因为有国产玩家、友商之后，碳化硅的二极管价格下降非常快，国产进来之前，国外是非常贵的我可以告诉大家，那我就接着讲，这是我们的优势也就是说我们是一个专业平台，垂直整合，规模制造，灵活的合作。

灵活的合作是什么意思呢？我长晶、衬底、外延、芯片、封装、模块这些东西任何一个部分我都可以跟我们的合作伙伴合作，因为全产业链条的话中国应该只有我们湖南三安是这么干的，所以其他的我认为都不是竞争对手，我觉得都是友商。

其实我们的衬底、外延片已经供国外很顶级同行了，我们愿意在任何一个环节只要大家有兴趣认可我们，我们是可以去谈合作的，这也是湖南三安比较大的优势。

这是我们刚才说的认证体系，在这个方面的话我们说VDA的6.3是汽车，尤其是德国企业非常重要的一个体系，我们老板投入了很大的人力、物力做这个事情，就是说要完全按照国际的规范去管控整个体系给我们合作伙伴、供应商有一个安全感，拿出好的品质来，这是我们质量的管理体系。

这我就不仔细讲了，这是所有车厂这些朋友包括我很多朋友其实在研发，在车厂做电驱他们都是技术设计，是很好的朋友，有的是校友，有的是同学。大家一提到汽车就是可靠性是我最关心的，其他的性能这些方面可能还要排到后面去。所以说在这方面的话，我们整个公司从老板的最高层面来说，我们投入了很多设备，基本上大家能够想象到所有设备我们都采购了，而且都是非常好的设备。

那这个的话就是我们一个失效分析实验室，虽然说我们也承认很多的失效确实有的跟应用是强相关的，那我们有的客户让我们分析一下，我们是花了很大精力和物力、人力做这个事情，会给大家提供一个比较客观的报告，帮大家去了解我们产品使用的安全空间。去规避掉规避掉很多风险，因为它有些风险是有累计效应的，不会说一到实验室，到产品小试、中试，不会一下子暴露出来，真的需要运行一段时间，这是非常可怕的，所以我们希望尽可能用我们的人力、物力、设备管控风险，分析这些风险，帮助客户提前识别各种潜在的应用风险。

那衬底的话基本上我们在这一块，因为大家知道碳化硅有一个很大的特点就是衬底和外延占到整个碳化硅器件成本的70%，所以这一块是非常的关键，wolfspeed掌握了全球的高质量衬底的一个很大的话语权，所以说在这块我们投入了非常的大。怎么样去从衬底环节，去管控风险研发，有时候就是不断摸索，因为没有人告诉你这个事情该怎么做。这件事情衬底东西在所有的公司都是一个绝密东西，甚至连交流都没有的，很多时候只能靠自己，靠自己的投入去做。

这个事情我也不是专业的，我就跟大家说说这里面的逻辑。这是我们的衬底产能优势，那可以看到我们的产能是非常的足的，对质量的管控也是非常严格，而且我们的衬底其实是供应到国际前三的一个供应商，我们是有真正的出货，而且是比较大的。所以大家可以去想象，我们自己国产的碳化硅衬底已经可以满足国际巨头的需求，他们的产能不足，他们就从我们这儿买，他们跟我们也是竞争对手，所以是竞争合作的关系。

外延技术的话我们这个里面的这些代号就是大家能够想到的碳化硅前三的这些厂家，那我们都会做一些对比，我们去了解这个缺陷，去找到里面相关性、找到里面的因果关系，我们一点一点去打磨自己怎么改，因为大家知道碳化硅有一个很重要的问题就是碳化硅的材料它做出来的东西是仅次于钻石的硬度，所以它芯片里面的切磨抛需要很多的耗材，这些耗材占了非常大的成本，如果你全部不动脑筋，全部从国外买你会发现你的生意做不下去，一定是亏钱的。

所以我们也使在这方面三安有自己很独特的地方，但是很抱歉这方面的东西我也不能讲，所以大家可以想象这里面有非常多的就是关于耗材的等等一些一定要自己去做，否则的话你去买的话，你基本上是不赚钱的最后。没办法的。

那这一方面的话外延创新，因为我们有一块很专业的团队，有很多博士、硕士还有海外的团队，我们在做这块研发，所以说我们怎么样去利用我们三安国产的优势，我们怎么样去从最底层技术出发，结合我们自己的客户需求，我们等等去开发这些就是说为自己所用，或者说我们也想成为这个外延片供应商，我们很多外延片已经送出去给客户验证了，如果合格的话我们也会给竞争对手卖，也可以给我们的友商卖，因为我们规模真的很大，我们不会完全留着自己用。

接下来我讲一下碳化硅二极管，这个东西我不重点讲了，因为这个东西国产突破非常好，像我们的友商，像基本半导体、泰科天润他们都有很好的产品，也是大家在市场上也是公平竞争的。

所以说我们有一个不一样，就是我们做6000个小时的可靠性认证，6000个小时是很长时间，一般是3000小时，去年出货量超过1亿颗，很多都是在OBC和光伏逆变器，光伏逆变器有一个二极管，什么都不改直接用碳化硅二极管换上去，整个系统效能会提升零点几个百分点，有的甚至更多，所以二极管大家可以看到直接就是一个市场占有率巨大提升，以前根本没有国产可以选，现在已经遍地都是了，很多。

当然碳化硅MOS是重中之重，我们从第一代、第二代到最后的沟槽，因为最后还是要走到沟槽模式，我们基本上和国际最好的比如说像英飞凌还有ST和他们对标性能。

但是我们可以打个比方，如果碳化硅二极管只有三个重要的参数（VF、浪涌电流、节电容等等）损耗，碳化硅只是一个铁人三项运动，如果是碳化硅MOS，是铁人15项运动，它可能有15个参数都很重要，但是不同的应用场景它有选择性的，不是说每一个都要达到最好，所以说碳化硅MOS是难度非常大的东西，我也不多讲，我们是按照对标国际前三的性能去做这件事情，大家也可以拿回去测，因为很多客户已经测了，我们的损耗、可靠性等等方面都是可以跟国际同行去比较的。我是说其中一部分关键参数，大家感兴趣的就是重要的。

那这是我们一个Road map，我们可以从分离器件到未来碳化硅牵引电驱重中之重，我们说IGBT的碳化硅模块和DSC、SSC我们都是有布局的，而且是按照大规模批量的一个布局在做，这方面的话大家有兴趣可以去详细了解。

我想这幅图非常契合今天的主题，我们产业链协同发展，这个可能对三安来说可能不是说一说，我们是实际去做，怎么做呢？2022年时候和理想汽车在苏州成立了一个斯科半导体也是很大的投资。

2023年前不久大家都看到新闻了，我们和ST国际巨头，第一个推动特斯拉大规模应用碳化硅ST在重庆成立合资公司就是三安光电，刚刚重庆国资委已经打了100亿投资到公司了，我们整个投资是200多亿，也就是说我们的开放合作和共建生态供应链其实是实际的就在做，而且尽管现在大家都觉得国际局势非常复杂，非常痛苦，但是我们不可能关起门来，因为功率半导体是一个全世界都非常重要的东西，我们不可能关起门来。

所以说我们还是在寻求和国际的最大去合作，而且我们真正是真金白银去砸，去投入我们做这件事情。

我们说垂直产业平台，从以下部分我们全面布局，从人才、资源、投入、管理一个都不能缺，你只有钱比如说你几百亿，几千亿砸下去又怎样，经常有人问我说，你们跟其他只做一部分厂家有什么区别，我说区别很大，大到什么程度？就是说我们全产业链有什么特点？就是从人才上来说，三安基本上需要拥有所有的工科专业的人才去做，它才可能做到最好。

因为基本上你能想象到所有的工科专业，全产业链垂直整合平台下来都需要，而且专业的人才不太好管理，这是非常复杂的问题，要有钱、有人、有好的管理。

从全流程分析，以及供应链稳定发展来说，我们设备投入、人才投入以及结合客户需要我们非常全面，基本上来说我们可以根据市场需求，支持全产业链环节的器件定制，因为大家都不想用现成的，所有的主机厂、所有车厂都说我给你一个现成功率模块你要不要用，他说那个东西已经落后了，不满足我的要求，我的车型定位不是这样的，我就要定制。

大家可以看到国产大家能想象到的汽车厂家今天去签署协议都要定制，都要成立芯片公司，为什么？没有办法，这是科学方向，必须朝这个走。

全流程器件失效分析、可靠的健康闭环，这个东西真的身体力行在做，可能现在还做不到完美，但是我给老板的建议就是说你这块不管怎么样，都要持续投入去做，即使不产生直接的效益，但是它能迎来客户的尊重，客户觉得你是非常认真对待，你非常对待失效分析和可靠性，自然会信任你，信任你就会给你下订单，我们才能活下去，所以我一直跟老板反复汇报这件事情。

第三件事情就是与用户携手，共同成长，保障供应链稳健协同发展，我们协同不仅在国内，我们在全球大家可以看到和ST合作就是全球的布局，我们真的去协同，不管真实环境多么恶劣，我们都会以开放心态做产业，因为只有这样才能走得更远、更稳。

这是最后一个部分了，我给我们湖南三安给整个汽车半导体产业发展建议，我们可以看到刚才菅总讲的非常标准专家，我也是班门弄斧，我们完善汽车功率芯片的标准体系，这一块我们必须做，我们不做非常被动，在整个产业里面如果没有话语权，我们只能沦为给别人代工，我们很多事情没有办法做下去的，所以第一点非常重要，也需要菅总这样非常专业的领导，去带着大家，我们怎么样把所有的人叫到一起，所有行业的先进分子，或者是大家愿意的坐在一起，我们谈属于我们中国自己的，如果我们做得够好，我们自然引领全世界功率半导体的发展，所以这一块我觉得是重中之重。那接下来我可能跟菅总再去请教一下。

第二部分加大芯片共性技术的研发发展，这一块刚才大家有个嘉宾也讲过，我们一定要利用大学学术圈的优势，因为我求学是在北京，我博士是在北京读的，所以我非常知道就是我对学术圈的基本上搞碳化硅我都非常熟悉，我深深知道，这个世界上有很多聪明的大脑就是在大学里面在研究机构，他们已经把很多的关键问题已经解决了，可以说已经有了答案，只不过我们做企业的站在老板角度压力非常大，每天都是真的压力非常大，市场竞争的压力。

怎么办？就是说我们做企业要考虑短期的和长期的目标，但是在学术圈、在研究机构，这个世界上最顶级的聪明大脑已经解决的问题，但是答案和问题不在一起，它需要一个桥梁，所以我经常跟我们老板说，我们老板也是真的在做，经常邀请大学教授、知名学者到我们企业演讲，给大家分享就是他的研究成果，我们还有一些立项项目，在这一块产学研结合是非常关键。

美国人为什么这么强？是因为他们的学术界做碳化硅研究的人我们可以去看，至少有50所大学非常厉害，不是大家熟悉的什么哈佛、耶鲁这些名校，名校也在做，像普林斯顿、MIT、Berkeley太多了，美国有50几家大学至少有几百位著名的学者、教授、很多还是华人面孔，他们做的研究非常的棒。

已经有了很多答案，但是我们得不到答案，为什么？因为我们可能忽视了这一块，所以我强烈建议大家，一定要去学术界找答案，他们已经有答案了。

第三部分是实打实，毕竟我们要给汽车供，又是牵引逆变器，牵引是汽车的心脏、动力的心脏不能出一点点问题，我们怎么说呢？那我们怎样从测试角度、从应用的角度我们真的能够虽然不能做到绝对一比一模拟，但是做到尽量接近，我们把所有的风险都可以管控到最前端，当我们车真的需要大规模出去的时候，不管是积累效应的风险还是不积累的风险，我们可以通过各种的测试、尽可能全的我们可以把它拦截在厂内，我们的损失总归是最小的，尽管你花了更多时间，但是你去赢得了你的品牌。比如说像很多汽车头部企业做了很多完善的验证测试，你的车自然是更加可靠。

那我们想第四部分就是加强车企与芯片厂商的深入合作，我们这个深入合作是要真的非常深入，就是深入到什么程度？我们想ST和特斯拉是怎么合作的？我们可以看到完全的绑定，它的封装模块叫Tpak，T就是特斯拉第一个字母，特斯拉完全可以指导着，我们可以猜测里面的逻辑，特斯拉作为非常创新的公司，老板马斯克它指导着ST去研发特斯拉认为它系统最需要的碳化硅MOS，如果特斯拉不做这件事情，对它有很多保留，这件事情基本上没法玩的，很多应用参数、很多条件不告诉你，可能怕你万一你学会之后又卖给别人，或者我对你不放心那就完蛋了，这个事没法玩。

他们是深度绑定，碳化硅MOS成功真的要感谢ST和特斯拉创新精神、冒险精神，大家作为生意上的合作伙伴，刚才有一位嘉宾讲不是供应商的关系，就是生态伙伴、合作伙伴一起把这个事情推向了全球最大的影响力，我们可以看到，这四点建议应该说对中国未来汽车半导体的发展会比较有用。

那最后我的结尾我想给大家一个耳目一新的感觉，这是出自我们团队的创意，大家可以从任何地方都没有看过，我们三安愿景是什么？我有时候跟老板汇报工作，我们有时候把具体事情谈完了我们也聊聊梦想，梦想是什么？我们的梦想就是我想告诉大家，就是说我们想借鉴同仁堂的理念，叫炮制虽繁必不敢省人工，品味虽贵必不敢减物力，同仁堂在中国已经遍地都是了，可能在国外已经有很多分店了，全世界华人心目中最值得信赖的品牌。同仁堂成立于康熙8年，迄今为止从第一代创始人到现在已经有了350年的历史，但是同仁堂依然被大家所熟悉，依然是我们民族的骄傲。

为什么？因为同仁堂这句话告诉大家，它是怎么做事情的态度，我们可以看到左边和右边，我们对比一下，做芯片真的跟做药材一样很像，这个是我有一天回家洗澡的时候在思考碳化硅，就是有时候客户很多问题不能完全解决我很痛苦，我回家了百思不得一解，到底怎么干，老板的要求我感觉总是不能让他满意，客户的要求有时候确实是很高。

我在想那么我们是不是跟做药材一样的态度对不对？所以，我们可以看到这件事情非常的难，做功率芯片，但是一个核心的逻辑是什么？我们再说一个大点的事情，就是说不管过去多少年之后，100年、300年、500年人类能源终极问题一定要解决，人类能源可能用什么样的方式解决呢？能源一定是比如说核聚变、风能、太阳能、光能，大家在这个屋子里面享受着空调，但是中国可能很多地方都用不起空调，甚至在澳大利亚很多人也用不起电。

为什么？能源是关系到人类的尊严、人类的舒适、人类的未来一件事情，那能源你即使未来假设100年后核聚变解决了人类问题，发电没问题，很便宜，但是核聚变发出来的电是不能够直接用来电亮灯泡、驱动空调的，怎么办？

电能需要变换之后才可以为人所用，我们从100年、300年、500年后来看，人类解决的能源问题需要功率变换，从这个角度来看，功率半导体三安只是其中的一个厂家，功率半导体作为整个行业来说，它是未来300年、500年甚至1000年都不会被消失的行业，我们人类最终的能源解决还是必须依赖功率半导体发展，得到清洁便宜的电能，所以最后一句话也是送给大家，送给同行，大家可以拍下来，我觉得如果我们所有的同行、所有的国内国际同行，如果以这样的态度去做芯片，那么你一定不仅会活下来，而且会赢得所有人的尊重。

而且你们也会和三安一样就像同仁堂，走过了350年的历史依然会被大家所认可和信任，谢谢大家！

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅）