碳化硅功率模塊是全球電力電子器件大型企業目前重點的發展方向，碳化硅功率模塊已經在一些高端領域實現了初步應用，包括高功率密度電能轉換、高性能電機驅動等等，并具有廣闊的應用前景和市場潛力。

這些全碳化硅功率模塊組合了碳化硅MOSFET器件和肖特基二極管，利用高速開關及低損耗的特性，可替換原來額定電流為200～400A的硅基IGBT模塊。

因器件散熱性提高，使得裝置的體積縮小了一半，并且發熱量小，可縮小冷卻裝置，實現裝置的小型化，同時可以將電力轉換時的損耗削減85%以上，大幅削減工業設備的電力損耗。全碳化硅MOSFET(或JFET)模塊的優良特性使它具備在10kV以下的應用中取代硅基IGBT的巨大潛力，取代的速度和范圍將取決于碳化硅材料和器件技術的成熟速度和成本下降的速度。

車用碳化硅功率模塊的產業化落地與技術

當前，全球碳化硅產業格局呈現美、歐、日三足鼎立態勢，碳化硅材料七成以上來自美國公司，歐洲擁有完整的碳化硅襯底、外延、器件以及應用產業鏈，日本則在碳化硅芯片、模塊和應用開發方面占據領先優勢。

中國目前已具備完整的碳化硅產業鏈，在材料制備和封測應用等部分環節具有國際競爭力。目前排名在前幾位均為國外公司，國內公司尚未形成一定市占率。

而在新能源汽車領域，由于我國汽車電動化走在全球最前列，本土市場拉動正在成為國產半導體企業崛起的有利因素。

現在，全球碳化硅企業都在積極開拓汽車市場，主要應用落地包括功率分立器件和功率模塊。其中，碳化硅芯片的優良特性，需要通過封裝與電路系統實現功率的高效、高可靠連接，才能得到完美展現。經過專業的設計和先進的封裝工藝制作出來的碳化硅MOSFET功率模塊，是目前電動汽車應用的主流趨勢。

目前新的設計SiC模塊的設計方向是結構緊湊更緊湊，通過采用雙面銀燒結和銅線鍵合技術，以及氮化硅高性能AMB陶瓷板、用于液冷型銅基PinFin板、多信號監控的感應端子（焊接、壓接兼容）設計，努力往低損耗、高阻斷電壓、低導通電阻、高電流密度、高可靠性等方向努力。通過好的設計和先進的工藝技術確保碳化硅MOSFET性能優勢在設備中得到最大程度發揮。

隨著電動車滲透率不斷升高，以及整車架構朝800V高壓方向邁進，預估2025年全球電動車市場對6英寸SiC晶圓需求可達169萬片。未來幾年SiC功率器件將隨著汽車電動化及800V高壓平臺的大規模上車，進入快速爆發階段。

在800V甚至更高水平的平臺上，高壓快充會涉及到車內電源到車外充電整個強電鏈路。原本的硅基IGBT芯片達到了材料極限，而具備耐高壓、耐高溫、高頻等優勢的碳化硅（SiC）器件，無疑成為最佳的替代方案。

未來，以SiC為核心的800V強電系統，將在主逆變器、電機驅動系統、DC-DC、車載充電器（OBC）以及非車載充電樁等領域迎來規模化發展。

800V高壓技術的優勢和落地掣肘因素，以及SiC在800V高壓技術上的應用前景和行業布局，進行探討和分析。長期以來，續航里程和充電速度就是電動汽車的兩大短板。

這也是電動汽車為什么要上800V的原因所在，一方面是讓充電性能大幅提升，提高電池充電速度。另一方面在于提高整車運行效率，在同等電量情況下延長續駛里程，在SiC方面，第一個吃螃蟹的人是特斯拉。

2018年特斯拉在 Model 3中首次將IGBT模塊換成了SiC模塊，在相同功率等級下SiC模塊的封裝尺寸明顯小于硅模塊，并且開關損耗降低了75%。換算下來，采用SiC模塊替代硅基IGBT模塊，系統效率可以提高5%左右。

從成本方面來看，這種替換成本增加將近1500元。但因為整車效率的提升，導致在電池端的成本又省回來了。這算是特斯拉的一次豪賭，因其龐大的市場銷量而使得成本攤平，特斯拉也憑借這次豪賭搶先占據了400V電池系統的技術和市場，吃盡了紅利。

編輯：黃飛

?