在全球可持續(xù)發(fā)展的背景下，低碳化已經(jīng)成為各行各業(yè)的共同目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計，全球二氧化碳氣體排放量的23%以上來自交通運輸部門。在電動汽車領(lǐng)域，電驅(qū)系統(tǒng)的低碳化尤為重要。近年來，碳化硅（SiC）模塊因其優(yōu)越的性能逐漸受到關(guān)注，成為電驅(qū)系統(tǒng)低碳化的關(guān)鍵技術(shù)。
圖 SiC模塊應(yīng)用于電動汽車電驅(qū)系統(tǒng)電機控制器
來源 車用碳化硅功率模塊的電熱性能優(yōu)化與評估,馬榮耀等
碳化硅是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料之一，具有高耐壓、低導(dǎo)通損耗、高溫穩(wěn)定性等優(yōu)勢。與第一代半導(dǎo)體材料硅相比，碳化硅帶隙(3.26 eV）比硅（1.12 eV）大，介電擊穿強度比硅高10倍、電子飽和速度是硅的2倍、熱導(dǎo)率比硅高3倍。與傳統(tǒng)的Si基功率器件相比，SiC器件能減少80%的晶片尺寸，降低60%的功率損耗，同時滿足高集成、輕量化發(fā)展需求，大幅提升電驅(qū)系統(tǒng)的效率和可靠性。
圖 寬禁帶材料SiC的優(yōu)勢 來源 安森美
根據(jù)Yole最新報告，2023年SiC器件全球市場規(guī)模約 27 億美元，預(yù)計2029年將超過100億美元，2023-2029年復(fù)合年增長率為25%。其中，純電動汽車（EV）是SiC器件主要的市場驅(qū)動力，占據(jù)了70%以上的市場份額，包括電動汽車充電器和電源在內(nèi)的工業(yè)應(yīng)用為SiC器件市場規(guī)模的增長提供了進一步的動力。? ?
圖 2023年-2029年SiC功率器件市場預(yù)測 來源 Yole
電驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的“心臟”，直接影響到整車的能源效率、續(xù)航里程等。SiC在電動汽車上主要應(yīng)用于電驅(qū)動系統(tǒng)，包括牽引逆變器、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（DC/DC轉(zhuǎn)換器）、電源驅(qū)動系統(tǒng)、車載充電機（OBC）等。據(jù)統(tǒng)計，B級以上新能源車SiC 器件需求量約為66-150顆之間，如B級汽車Tesla Model S 僅SiC SBD 使用量已超過60顆，C級汽車小米SU7的單電機、雙電機版本用SiC MOSFET分別約為64顆、112顆。因此，SiC器件是直接影響到電動汽車能源效率、續(xù)航里程的關(guān)鍵功率器件。
圖 SiC應(yīng)用于電動汽車及充電樁 來源 方正微電子
而SiC器件的優(yōu)良特性，需要通過封裝與電路系統(tǒng)實現(xiàn)功率和信號的高效、高可靠連接才能得到完美展現(xiàn)。然而，現(xiàn)有的封裝技術(shù)大多都是沿用Si基器件的類似封裝，要充分發(fā)揮碳化硅的以上性能還有諸多關(guān)鍵問題亟待解決。SiC器件具有高頻特性，結(jié)電容小，柵極電荷低，開關(guān)速度快，開關(guān)過程中的電壓和電流的變化率極大，寄生電感在極大的 di/dt下，極易產(chǎn)生電壓過沖和振蕩現(xiàn)象，造成器件電壓應(yīng)力、損耗的增加和電磁干擾問題。
此外，尋求適應(yīng)不同工況的連接材料和封裝工藝；適當(dāng)減少熱界面層數(shù)，縮減模塊體積，提升功率密度和多功能集成；采用先進散熱技術(shù)、加壓燒結(jié)工藝，設(shè)計功率半導(dǎo)體芯片一體化，優(yōu)化多芯片布局等方式，是解決SiC器件高溫、嚴寒等極端條件可靠性急劇下降、模塊內(nèi)部互擾、多面散熱、大容量串并聯(lián)、制造成本高等問題的關(guān)鍵。
賽米控丹佛斯作為功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，在全碳化硅功率模塊方面開發(fā)了 DCM? 和 eMPack??兩種車規(guī)級功率模塊。其中DCM? SiC通過基于銅線鍵合和燒結(jié)芯片連接的先進粘合和連接技術(shù)DBB?、獲得專利的Transfer Molding 獨特模塑，以及ShowerPower? 直接液冷技術(shù)，提高了SiC功率模塊的功率密度、熱魯棒性、使用壽命和可靠性。
7月5日，賽米控丹佛斯將出席第三屆功率半導(dǎo)體 IGBT/SiC 產(chǎn)業(yè)論壇，并做《碳化硅模塊賦能電驅(qū)系統(tǒng)的低碳化》主題演講，敬請期待！
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：碳化硅模塊如何賦能電驅(qū)系統(tǒng)的低碳化