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電動(dòng)汽車市場(chǎng)正在增長(zhǎng),包括自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)、ADAS以及汽車安全領(lǐng)域,在工業(yè)市場(chǎng)方面,能源基礎(chǔ)設(shè)施,尤其關(guān)注充電站和充電基礎(chǔ)設(shè)施,也倍受重視。SiC憑借其高耐壓、低導(dǎo)通損耗、高開關(guān)頻率等特性,正逐漸成為這兩大市場(chǎng)的重要推力。如何攻克SiC的發(fā)展瓶頸,繼續(xù)推進(jìn)SiC在汽車和工業(yè)中的應(yīng)用,一起聽聽安森美(onsemi)兩位專家的講解吧!
Bryan Lu:碳化硅(SiC)是新一代寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體材料,具有出色的RDS(ON)*Qg品質(zhì)因數(shù)(FoM)和低反向恢復(fù)電荷(Qrr),特別適用于具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用,尤其是高壓大電流等應(yīng)用場(chǎng)景,主驅(qū)逆變器采用SiC,可提升系統(tǒng)的效率,進(jìn)而使得在相同的電池容量下里程數(shù)得以提升。OBC(車載充電機(jī))采用SiC,可實(shí)現(xiàn)更高的能效和功率密度。隨著汽車市場(chǎng)向800V高壓系統(tǒng)發(fā)展,SiC在高壓下的低阻抗、高速等優(yōu)勢(shì)將更能體現(xiàn)。
Bryan Lu安森美電源方案事業(yè)群汽車主驅(qū)逆變器功率模塊中國(guó)區(qū)負(fù)責(zé)人
Mrinal Das:首先,從良率和可靠性來(lái)看,與硅相比,SiC的缺陷率更高,制造條件更苛刻。第二,SiC的工作溫度比硅基器件支持的溫度高,在整個(gè)設(shè)計(jì)階段都要考慮更大的熱應(yīng)力,因此熱管理也是一大挑戰(zhàn)。此外,由于SiC是一種相對(duì)較新的材料,生態(tài)系統(tǒng)的支持至關(guān)重要。除了技術(shù)方面的挑戰(zhàn),還有供貨和成本方面的挑戰(zhàn),隨著整個(gè)行業(yè)產(chǎn)能的提升和成本的下降,市場(chǎng)將滲透到除汽車以外更為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
Mrinal K.Das博士 安森美電源方案事業(yè)群先進(jìn)電源部技術(shù)營(yíng)銷高級(jí)總監(jiān)
Bryan Lu:受制于成本,SiC還沒(méi)有全面應(yīng)用在新能源汽車以及工業(yè)等其他應(yīng)用中,但SiC的性能優(yōu)勢(shì)適合廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景,尤其是高壓大電流是SiC功率器件的最佳應(yīng)用條件,類似光伏逆變器、高鐵等都是SiC功率器件的匹配應(yīng)用場(chǎng)景。在汽車應(yīng)用中,800V平臺(tái)是未來(lái)的迭代方向,將是SiC的主戰(zhàn)場(chǎng),但800V和現(xiàn)有的400V母線系統(tǒng)零部件不通用,切換需要時(shí)間。如果開發(fā)800V的高壓系統(tǒng),整車系統(tǒng)平臺(tái)需要重新優(yōu)化設(shè)計(jì),需要系統(tǒng)性地重構(gòu)電池、電驅(qū)、高壓配電等子系統(tǒng)以及外部的基礎(chǔ)設(shè)施,這個(gè)過(guò)程不是一蹴而就的。
Mrinal Das:安森美通過(guò)垂直整合從原材料粉末到成品封裝功率器件的供應(yīng)鏈,來(lái)確保高可靠性,這種高度可擴(kuò)展的端到端生產(chǎn)方式使安森美能夠控制供應(yīng)鏈的相關(guān)環(huán)節(jié),從而根據(jù)市場(chǎng)需求去彈性地調(diào)節(jié)產(chǎn)能,優(yōu)化成本結(jié)構(gòu)。
為確保良率和高可靠性,安森美推動(dòng)晶體生長(zhǎng)、晶片、外延、器件設(shè)計(jì)/ 制造和封裝等各生產(chǎn)階段的創(chuàng)新,以減少可能導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用中早期失效的電活性缺陷的發(fā)生。此外,我們還在生產(chǎn)過(guò)程中采用高效的篩選方法,確保篩選出的、本征性好的器件能夠在實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)定工作,最終使失效率達(dá)到行業(yè)要求的低PPM 水平。安森美采用兩種方式來(lái)優(yōu)化熱管理:①采用銅基板方案以改善從芯片到散熱器的熱阻Rth;②用燒結(jié)技術(shù)替代傳統(tǒng)的焊接工藝,可進(jìn)一步降低熱阻。
完善的生態(tài)系統(tǒng)支持也是安森美的差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),安森美提供各種封裝的SiC 器件和相關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)器,以滿足不同的應(yīng)用要求,還提供評(píng)估板/ 套件、參考設(shè)計(jì)、選型指南、應(yīng)用手冊(cè)、SPICE模型和仿真工具等全面的設(shè)計(jì)支持,以助設(shè)計(jì)人員加快和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
Bryan Lu:安森美作為目前全球范圍內(nèi)為數(shù)不多能夠提供端到端SiC 生產(chǎn)能力的廠家,有自己的襯底廠、外延廠和晶圓廠,也在積極地推進(jìn)6 英寸提升到8 英寸。由于全供應(yīng)鏈都是自己所控制,所以無(wú)論質(zhì)量和產(chǎn)能都是可以保障的。安森美在SiC 領(lǐng)域積累了十多年的經(jīng)驗(yàn),因此對(duì)于市場(chǎng)和終端應(yīng)用非常的熟悉和了解,產(chǎn)品都是針對(duì)具體的應(yīng)用來(lái)優(yōu)化的。
安森美開發(fā)的SiC產(chǎn)品命名為EliteSiC,主要有EliteSiC功率模塊、分立EliteSiC MOSFET 和SBD、bare die三大類。SiC功率模塊包括用于主驅(qū)逆變器的EliteSiC 功率模塊,和針對(duì)OBC、DC-DC的SiC功率模塊APM。其主驅(qū)EliteSiC功率模塊采用了最新的平面結(jié)構(gòu)的EliteSiC MOSFET,使得效率和損耗都得到了優(yōu)化。APM的應(yīng)用使得整個(gè)OBC和DC-DC系統(tǒng)的可靠性和功率密度都得到了提升。分立EliteSiC MOSFET和SBD都是采用標(biāo)準(zhǔn)的封裝,和友商的管腳完全兼容。bare die則針對(duì)一些長(zhǎng)期合作的客戶,使得客戶的差異化可以做得更好。目前安森美的EliteSiC 的MOSFET都還是平面結(jié)構(gòu),Rsp達(dá)到了2.2 mΩ*cm2左右,處于市場(chǎng)領(lǐng)先的一個(gè)地位。安森美將會(huì)緊跟市場(chǎng)的發(fā)展,更好地優(yōu)化SiC功率器件產(chǎn)品來(lái)匹配具體的應(yīng)用,加強(qiáng)在汽車和光伏等行業(yè)的拓展,為客戶提供更好的產(chǎn)品。
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原文標(biāo)題:專家解讀:如何進(jìn)一步推進(jìn)SiC在汽車和工業(yè)市場(chǎng)中的應(yīng)用?
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