替代IGBT的碳化硅还面临着哪些挑战

大家好，小科来为大家解答以上问题。替代IGBT的碳化硅还面临着哪些挑战这个很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

1、随着汽车电气化趋势的上升，2021年电动汽车已经占据了新车销量的5%。

2、据统计，到2030年，电动汽车的份额将超过30%，上路的电动汽车数量将达到1500万辆。

3、在汽车电气化的牵引系统中，主逆变器中的功率模块也有很多需求。

4、首先是动力更大，意味着扭矩更大。

5、然后是更高的效率。在电池容量有限的情况下，更高的效率意味着更少的损耗，等于更长的里程。

6、还有更高的电压。目前，400V电池已经成为主流标准，但800V系统，如保时捷Taycan和现代IONIQ5已经开始起飞。

7、随着快充需求的快速增加，800V快充方案和800V电池即将普及，逆变器必须能够承受如此高的电压。

8、其次，重量更低，重量的减轻也使得整车更轻，减少了电机负载，从而提高了电池寿命。

9、最后，它的尺寸更小，以适应车轴，并在车内提供更多的空间。

10、鉴于上述要求，业界普遍将碳化硅视为替代IGBT的下一代方案。

11、碳化硅在汽车牵引系统中的应用

12、那么，在目前的汽车动力系统中，碳化硅依靠什么优势取代IGBT呢？碳化硅功率模块是以碳化硅半导体为开关的功率模块，用于汽车逆变器中电能的高效转换。

13、首先，与硅材料相比，碳化硅具有更高的硬度，因此更适合烧结工艺，并且具有更好的机械完整性。

14、碳化硅的另一个主要特点是击穿电压高，从400伏到800伏的转变过程中，击穿电压必须加倍。

15、碳化硅的击穿场强为2500千伏/厘米，而硅材料的击穿场强仅为300千伏/厘米，这意味着碳化硅可以用更低的厚度实现更高的击穿电压。

16、然后就是众所周知的散热能力。碳化硅的导热系数是硅的4倍以上，散热更快，从而降低了电动汽车的散热成本。

17、当然，最重要的属性是它的带隙。3.23eV的碳化硅带隙带来了更高的电子迁移率、更低的损耗和更快的开关速度。

18、VE-Trac直接碳化硅/安塞美

19、为了进一步拓展碳化硅在汽车牵引逆变器中的应用，安森美推出了全新的900V碳化硅功率模块VE-Trac Direct SiC，采用六包封装，可分为1.7m和2.2m导通电阻版本。

20、市面上实现如此低电阻的功率模块并不多，大概只有Wolfspeed的CAB760M123等功率模块可以与之相比，其导通电阻达到1.33m。

21、在测试仿真中，安森美将VE-Trac直接碳化硅与VE-Trac直接IGBT 820A进行了对比。在使用相同电池的情况下，碳化硅功率模块的效率可以提高5%，这意味着电池寿命可以提高5%。

22、这种效率的提高也被用来降低成本。如果里程固定，使用碳化硅功率模块可以降低电池容量，进而降低电池成本5%。

23、最后，如果使用1.7m的低电阻碳化硅功率模块，功率可以比820A IGBT提高29%。

24、在碳化硅产品线上会议上，安森美产品线经理Jonathan Liao对未来碳化硅产品和800V电池的优势发表了看法。

25、首先，碳化硅更高的击穿电压会进一步推动800V电池的普及，以更低的电流达到同样的功率，从而减少发热，而更高电压的电池会增加车载逆变器的功率密度。

26、在汽车层面，碳化硅实现了更高的电压、更低的电流、更少的截面电缆和连接器，进一步减轻了汽车的重量。

27、此外，碳化硅实现的更高充电功率，如35kW以上，可在20分钟内实现80%的充电。

28、Jonathan Liao还提到，虽然800V的趋势已经开始出现，但未来的高性能机型将率先采用800V架构。

29、不仅如此，除了凝胶6包的模组外，未来安森美还准备推出传递模塑的碳化硅模组。

30、利用先进的互联技术进一步提升功率密度，甚至可以达到200摄氏度以上的工作温度，拓展碳化硅模块的使用场景。

31、碳化硅推广的障碍

32、那么，有了这些优点，为什么今天汽车逆变器方案中没有广泛使用碳化硅呢？廖强给出了五个理由和碳化硅的现状。

33、首先是成本。相信很多了解碳化硅的人都知道，碳化硅的价格比硅基IGBT还要高。不过，廖乔纳森表示，目前碳化硅的成本较高，但这主要体现在模块成本上。但如果考虑整车成本，碳化硅的方案成本更低。

34、如上所述，碳化硅可以降低电池的成本，电池往往是整车方案中最昂贵的部分。

35、然后是供应问题。目前只有少数厂商提供碳化硅材料，如Wolfspeed、昭和电工、GT Advanced Technologies(GTAT)。

36、目前，许多半导体公司的碳化硅产品仍然是通过与这些供应商的合同供应的。

37、随着安森美今年收购GTAT，安森美拥有了自己生产碳化硅衬底和外延的能力，以及自己的晶圆厂

38、其次是技术成熟度，Jonathan Liao指出与IGBT相比，碳化硅确实技术成熟度比不上后者。

39、但从该技术的发展速度、研发投入和实际应用来看，无论是碳化硅半导体厂商还是汽车厂商，都认为碳化硅技术已经可以用于汽车牵引系统。

40、还有就是实现难度，因为这是一个快速开关装置，所以必须对原先的设计做出一些挑战。

41、最后是封装问题，目前碳化硅方案为了普及采用了与IGBT相近的封装方案，随着后续发展，也会慢慢转向更加先进的封装方案，提高寿命、散热乃至性能上的表现。

42、小结固然碳化硅替代IGBT还面临着不少挑战，但从半导体巨头坚定投入的决心来看，这一宽禁带半导体很快就会迎来在汽车市场的普及。

43、ST、Wolfspeed、英飞凌、罗姆和安森美等国外厂商的激烈竞争下，国内的碳化硅企业要想冒头也并非一件易事。

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本文到此结束，希望对大家有所帮助。