車載充電機OBC中部分國產SiC MOSFET“爆雷”的本質原因：柵氧可靠性的深度解析

柵氧工藝和電性能指標的矛盾：部分國產SiC碳化硅MOSFET廠商為降低成本，追求電性能指標，加上工藝條件受限，導致柵氧均勻性差、缺陷密度高，批次間柵氧可靠性差異較大，埋下長期隱患。

1. 柵氧可靠性是SiC MOSFET長期工作可靠性的最薄弱環節

柵氧化層的核心挑戰：
SiC MOSFET的柵氧化層（SiO?）在高壓、高溫下易受電場應力影響，長期工作易引發經時擊穿（TDDB）和閾值電壓漂移（Vth Shift）。

TDDB失效機制：高電場（>4 MV/cm）下，柵氧缺陷逐漸累積，最終導致擊穿（如熱化學模型、陽極空穴注入模型）。

部分國產碳化硅MOSFET工藝缺陷：部分國產SiC碳化硅MOSFET廠商為降低成本，追求電性能指標，在工藝條件受限的情況持續減薄柵氧厚度（如從50nm減至更低），犧牲可靠性以換取更低的比導通電阻（Rds(on)），但直接導致柵氧電場強度超標（>4 MV/cm），加速失效。

2. 車載OBC場景對柵氧可靠性的極限考驗

高壓動態工況：
車載OBC集成于800V高壓平臺，SiC MOSFET需長期承受高頻開關和雪崩能量沖擊，柵氧電場強度遠超充電樁靜態工況。

國際頭部廠商器件在22V/175C HTGB測試中可穩定3000小時，而部分國產碳化硅MOSFET在19V時短時間即失效。

3. 國產廠商的工藝短板與驗證不足

工藝優化不足：

柵氧工藝和電性能指標的矛盾：部分國產SiC碳化硅MOSFET廠商為降低成本，追求電性能指標，工藝條件受限，導致柵氧均勻性差、缺陷密度高，批次間柵氧可靠性差異較大。

驗證周期不充分：

車規級認證漏洞：AEC-Q101要求TDDB和HTGB測試，但部分廠商僅提供“通過/未通過”結論，缺乏原始數據（如失效時間分布），掩蓋早期設計缺陷。

加速測試與實際工況的差距：頭部SiC碳化硅MOSFET通過HTGB+TDDB推算器件壽命>10?小時，而競品TDDB壽命僅~10?小時，但車載OBC的長期動態應力可能遠超實驗室靜態測試條件。

4. 與充電樁行業部分國產碳化硅MOSFET逐步爆雷的對比

充電樁行業更早規模化應用
充電樁電源模塊自2023年起已大規模采用國產SiC MOSFET（如40m/1200V單管），其成本優勢和效率提升驅動了快速替代傳統超結MOSFET。由于規模化應用較早，工藝缺陷（如柵氧可靠性不足）在批量使用后暴露焦躁。
而車載OBC的國產SiC滲透率在2024年仍不足20%，多數車企采用進口方案，國產器件僅在部分新車型中試水，驗證周期尚未完成，問題爆發相對滯后。

驗證標準與數據透明度的不足
車載OBC需滿足車規級認證（如AEC-Q101），但國產SiC MOSFET廠商在關鍵可靠性數據（如TDDB時間相關介電擊穿測試、高溫柵偏測試）上透明度不足，部分廠商僅提供“通過/未通過”結論，缺乏原始數據支撐，導致早期設計缺陷未被充分識別。

車載的“放大效應”：
OBC需在10年內承受超過1億次開關循環，且故障直接影響整車安全，車企對失效容忍度極低。部分國產碳化硅MOSFET的短壽命設計（如TDDB壽命10?小時≈1.14年）在車載場景下必然“爆雷”。

5. 行業改進方向

工藝優化：采用氮退火、場板結構（Field Plate）降低柵氧電場強度，或引入高k介質替代傳統SiO?。

數據透明化：公開TDDB和HTGB的原始測試數據（如失效時間分布、柵氧厚度統計），提升車規級認證的可信度。

產業鏈協同：持續開發和優化柵氧工藝。

結論

國產SiC MOSFET在車載OBC中“爆雷”的本質原因，是部分廠商為追求低成本，在柵氧厚度減薄和工藝簡化上過度妥協，導致器件在高壓、高溫動態工況下無法滿足車規級可靠性要求。車載領域因嚴苛工況與長驗證周期的疊加，國產碳化硅MOSFET導入節奏較慢，質量問題滯后爆發。國產SiC MOSFET需通過工藝升級、數據透明化和全產業鏈協同，才能實現從“低價替代”到“高可靠車規級”的跨越。國產SiC MOSFET在車載OBC中的“爆雷”晚于充電樁行業，本質是應用場景嚴苛性、驗證周期、供應鏈成熟度及成本策略共同作用的結果。隨著國產車規級SiC工藝優化和數據透明化（如公開TDDB測試報告），國產器件有望在車載領域實現從“替代”到“可靠”的跨越，但短期內仍需警惕因加速滲透而引發的質量風險。