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雙碳目標(biāo)正在加快汽車向電氣化的發(fā)展。半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新幫助汽車從燃料汽車轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車。新一代半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)電動(dòng)汽車的未來(lái)將因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而發(fā)生變化，如在關(guān)鍵的主驅(qū)逆變器中使用SiC它可以滿足更高的功率和更低的能效、更長(zhǎng)的電池壽命、更小的損耗和更低的重量，以及800 V遷移趨勢(shì)可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，但面對(duì)成本和包裝ECS代理以及技術(shù)成熟度等挑戰(zhàn)。安森美(onsemi)在提供領(lǐng)先的智能電源決方案SiC該領(lǐng)域有著深厚的歷史積累，是世界上為數(shù)不多的能夠提供從襯底到模塊的端到端SiC其創(chuàng)新方案供應(yīng)商之一VE TracTM Direct SiC和VE-TracTM B2 SiC方案采用穩(wěn)定可靠的平面SiC將燒結(jié)技術(shù)與壓鑄模包裝相結(jié)合，幫助設(shè)計(jì)師解決上述挑戰(zhàn)，配合公司其他先進(jìn)的智能電源半導(dǎo)體，加快電動(dòng)汽車的市場(chǎng)使用，幫助未來(lái)的交通可持續(xù)發(fā)展。

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電動(dòng)車主驅(qū)動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)

無(wú)論電動(dòng)汽車的配置如何，無(wú)論是完全由電池驅(qū)動(dòng)、串聯(lián)插電式還是并聯(lián)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，汽車電氣化都有這些關(guān)鍵因素：首先，電池中存儲(chǔ)電源，然后直流電源通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流輸出，供電機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)汽車。因此，主驅(qū)動(dòng)逆變器的能源效率和性能是關(guān)鍵，它將直接影響電動(dòng)汽車的性能和每個(gè)充電周期的里程。

電動(dòng)車主驅(qū)動(dòng)追求更大的功率、更高的能效、更高的母線電壓、更輕的重量和更小的尺寸。更大的功率意味著更大的連續(xù)扭矩輸出和更好的加速性能。更高的能效可以使續(xù)航更遠(yuǎn)，損失更低。400 V電池是目前的主流，即將達(dá)到800 V發(fā)展。800 V結(jié)構(gòu)可以縮短充電時(shí)間，減少損失，減輕重量，使續(xù)航里程更遠(yuǎn)。無(wú)論電機(jī)是在前軸還是在后軸，較小的電機(jī)尺寸都使后備箱和乘客空間更大。這些趨勢(shì)推動(dòng)了電動(dòng)汽車主驅(qū)動(dòng)器中的功率器件IGBT向SiC轉(zhuǎn)型。

SiC是主驅(qū)逆變器的未來(lái)

SiC最重要的特點(diǎn)之一是其禁帶間隙比Si寬，電子遷移率是Si三倍，損失更低。SiC擊穿電壓是Si8倍，高擊穿電壓和更薄的漂移層，更適合800等高壓架構(gòu) V。SiC莫氏硬度為9.5.只比最硬的鉆石材料稍軟，比最硬的鉆石材料稍軟Si硬3.5.更適合燒結(jié)，可靠性提高，導(dǎo)熱性增強(qiáng)。SiC導(dǎo)熱系數(shù)是硅的4倍，更容易散熱，從而降低散熱成本。

逆變器層面或整車層面，SiC MOSFET都能實(shí)現(xiàn)比IGBT整體系統(tǒng)級(jí)成本低，性能和質(zhì)量好。SiC MOSFET相對(duì)于IGBT主驅(qū)逆變器應(yīng)用的關(guān)鍵設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)如下：

· SiC使單位面積的功率密度更高，特別是在更高的電壓下(如1200伏擊穿)

· 小電流下的導(dǎo)通損耗相對(duì)較低，導(dǎo)致低負(fù)載時(shí)能效更高

· 單極性行為可以在更高的溫度下工作，開(kāi)關(guān)損耗更低

VE-TracTM SiC系列：燒結(jié)工藝 壓鑄模SiC技術(shù)是專為主驅(qū)逆變而設(shè)計(jì)的

安森美推出了針對(duì)主驅(qū)逆變特定封裝的特定封裝SiC產(chǎn)品有：VE-TracTM Direct SiC (1.7 m? Rdson, 900 V 6-pack) 功率模塊，VE-TracTM Direct SiC (2.2 m? Rdson, 900 V 6-pack) 功率模塊，VE-TracTM B2 SiC (2.6 m? Rdson, 1200 V 半橋) 提供行業(yè)內(nèi)和行業(yè)內(nèi)功率模塊IGBT或SiC封裝管腳高度兼容，減少結(jié)構(gòu)變化設(shè)計(jì)。

圖1：VE TracTM Direct SiC (左) 和VE TracTM B2 SiC (右)

散熱對(duì)于提高功率輸出至關(guān)重要。為了達(dá)到最佳的散熱效果，安森美VE-TracTM Direct SiC采用最新的銀燒結(jié)工藝，將SiC裸芯直接燒結(jié)DBC上，DBC焊接到Pin Fin底板下有冷卻液，使芯片結(jié)與冷卻液之間的直接冷卻路徑有助于大大降低間接冷卻的熱阻，從而保證更大的功率輸出，如1.7 m? Rdson 的VE-TracTM Direct SiC熱阻達(dá)到0.10℃/W，比VE-TracTM Direct IGBT熱阻低20%。

圖2：VE-TracTM Direct SiC 關(guān)鍵功能

差異化壓鑄模封裝技術(shù)比傳統(tǒng)凝膠模塊更可靠，功率密度更高，雜散電感更低，散熱性能更好，功率容易擴(kuò)展，成本優(yōu)勢(shì)更大SiC工作溫度高達(dá)200℃，持續(xù)工作時(shí)間達(dá)到175℃，因此含SiC塑料封壓鑄模封裝比壓鑄模封裝IGBT進(jìn)一步提高工作溫度，使輸出功率更高。

安森美在同樣的條件下對(duì)待VE-TracTM Direct IGBT和VE-TracTM Direct SiC當(dāng)提供相同的輸出功率時(shí)，進(jìn)行模擬對(duì)比，VE TracTM Direct SiC的結(jié)溫比VE TracTM Direct IGBT低21%，因此損失較低，提高能效。

圖3：模擬結(jié)果：SiC損耗更低

能效的提高相當(dāng)于續(xù)航里程更遠(yuǎn)或電池成本更低。例如，使用相同的100 kWh電池，用SiC方案續(xù)航里程比用Si遠(yuǎn)5%。如果目標(biāo)是節(jié)約成本，可以減少電池尺寸，提供相同的電池壽命。例如，從140 kWh電池的Si方案改用 100 kWh電池的SiC方案， 電池成本降低5%，但續(xù)航里程不變。

在同樣的450 V直流母線和150 ℃結(jié)溫(Tvj)條件下，820 A的IGBT可提供590 Arms輸出功率213 kW，相當(dāng)于285馬力(HP)。2.2 mOhm SiC可提供605 Arms輸出功率220的電流 kW，相當(dāng)于295 HP。1.7 mOhm SiC可提供760 Arms輸出功率274 kW，相當(dāng)于367 HP。

為何選擇安森美？VE-TracTM SiC？

SiC在MOSFET由于面用已經(jīng)超過(guò)10年了，但由于它面臨的原因，并沒(méi)有被汽車制造商廣泛使用SiC比硅基IGBT許多挑戰(zhàn)，如成本高、供應(yīng)和供應(yīng)困難、技術(shù)成熟度高、包裝不適合主等挑戰(zhàn)。

安森美在SiC該領(lǐng)域的歷史可以追溯到2004年，近年來(lái)收購(gòu)了上游SiC供應(yīng)企業(yè)GTAT，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的垂直整合是世界上為數(shù)不多的提供從襯底到模塊的端到端SiC包括方案供應(yīng)商SiC晶錠生長(zhǎng)、襯底、外延、設(shè)備制造、同類最佳集成模塊及分立包裝方案，確保供應(yīng)鏈穩(wěn)定可靠，有利于成本優(yōu)化。安森美在系統(tǒng)方面也有很強(qiáng)的技術(shù)和系統(tǒng)知識(shí)，為客戶提供全球應(yīng)用支持。GTAT工藝的主要優(yōu)點(diǎn)之一是SiC能提供非常精確的電阻值， 整個(gè)晶體的電阻分布非常均勻。此外，安森美正在推廣6英寸和8英寸SiC同時(shí)，晶體生長(zhǎng)技術(shù)也將更多SiC投資供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)，包括晶圓廠的生產(chǎn)能力和包裝線。與此同時(shí)，安森美憑借多年的技術(shù)積累和幾年前的收購(gòu)Fairchild不斷迭代半導(dǎo)體基因帶來(lái)的技術(shù)補(bǔ)充SiC技術(shù)已進(jìn)入第三代，綜合性能在行業(yè)中處于領(lǐng)先地位。

圖4：安森美SiC的領(lǐng)先地位

VE-TracTM SiC與VE-TracTM IGBT封裝管腳高度兼容，從IGBT轉(zhuǎn)向SiC在減少結(jié)構(gòu)變更設(shè)計(jì)的同時(shí)，VE-TracTM SiC沿用了VE-TracTM IGBT175℃繼續(xù)工作，符合車規(guī)AECQ101和AQG324，功率級(jí)可靈活擴(kuò)展。

VE-TracTM B2 SiC所有安森美都集成在半橋架構(gòu)中SiC MOSFET技術(shù)。裸片連接采用燒結(jié)技術(shù)，提高散熱性、能效、功率密度和可靠性℃連續(xù)工作甚至可以短期工作200℃，符合AQG 324汽車功率模塊標(biāo)準(zhǔn)。B2 SiC裸片連接和銅夾采用模塊燒結(jié)技術(shù)，可靠封裝采用壓鑄模工藝。其SiC安森美的芯片組M1 SiC提供高電流密度、強(qiáng)短路保護(hù)、高阻斷電壓和高工作溫度的技術(shù)，在電動(dòng)汽車主驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中帶來(lái)領(lǐng)先的同類性能。

圖5：VE-TracTM B2 SiC價(jià)值定位

未來(lái)產(chǎn)品和800 V電池的優(yōu)勢(shì)

由于SiC具有更高的擊穿電壓將使800 V廣泛使用電池架構(gòu)。更低的電流產(chǎn)生更少的熱量，而更高的直流電池電壓會(huì)增加逆變器的功率密度。從車輛層面來(lái)看，電壓較高，電流減小，因此截面電纜和連接器較小，重量較輕，大電流如35 kW在上述充電條件下，充電速度更快，性能提高更好。因此，800將優(yōu)先考慮高性能車型 V架構(gòu)。

總結(jié)

SiC將改變電動(dòng)汽車的未來(lái)。安森美是世界上為數(shù)不多的能夠從襯底到模塊提供端到端的人之一SiC該方案的供應(yīng)商之一是專門(mén)為主驅(qū)逆變?cè)O(shè)計(jì)的VE-TracTM Direct SiC和VE-TracTM B2 SiC采用差異化的壓鑄模具包裝和創(chuàng)新的燒結(jié)工藝，符合汽車規(guī)則，提供更好的散熱更低的損耗、更大的功率和更高的能效，使新能源汽車的范圍更長(zhǎng)，電池較小，加上技術(shù)團(tuán)隊(duì)提供的應(yīng)用支持，將有助于解決成本、供應(yīng)、技術(shù)、包裝等問(wèn)題SiC用于挑戰(zhàn)主驅(qū)，推動(dòng)400輛電動(dòng)車 V向800 V發(fā)展。未來(lái)，安森美將繼續(xù)創(chuàng)新，提供包括IGBT、SiC和VE-TracTM模塊賦予更強(qiáng)大、更可靠的汽車產(chǎn)品，幫助加快電動(dòng)汽車市場(chǎng)的使用，使未來(lái)的交通可持續(xù)發(fā)展。