800V高壓超充時代，揭秘車載功率器件的難點與痛點？

 功率半導(dǎo)體在新能源汽車上的應(yīng)用

功率器件是新能源汽車實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件。 相較于燃油車， 電動汽車將不再需要汽油發(fā)動機，油箱或變速器，而決定電動汽車性能的核心部件是電動機，PCU（動力控制單元）及其他核心電氣部件。在這些部件中MOSFET、 IGBT 等等功率器件都起著非常關(guān)鍵的作用。其中IGBT 適合高壓工作，而MOSFET 適合低壓工作。在電力驅(qū)動系統(tǒng)中， IGBT 用于逆變器模塊，該模塊將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電以驅(qū)動電機。在電源系統(tǒng)中， IGBT 用于各種交流/直流與直流/直流變換器中，實現(xiàn)為蓄電池充電與完成所需電壓等級的電源變換等功能。此外，新能源汽車充電樁中也需要大量使用 IGBT。為了延長續(xù)航里程并減小車載電池的尺寸，提高發(fā)揮驅(qū)動核心作用的電控系統(tǒng)的效率已成為一個重要課題。SiC（碳化硅）作為新一代寬禁帶半導(dǎo)體材料，具備高電壓、大電流、高溫、高頻率和低損耗等獨特優(yōu)勢。因此，業(yè)內(nèi)對碳化硅功率元器件在電動汽車上的應(yīng)用寄予厚望。新能源汽車的蓬勃發(fā)展也導(dǎo)致了汽車功率半導(dǎo)體中 IGBT 和 MOSFET 的需求量越來越大，種類也越來越多。

此外，從車載設(shè)備到工業(yè)設(shè)備和消費電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用中，二極管被廣泛用于電路整流、保護和開關(guān)用途，為了削減安裝面積，要求減小二極管的封裝尺寸。此外，在這些應(yīng)用中，還需要使用更高性能的二極管來降低功耗。而另一方面，當(dāng)減小二極管的封裝尺寸時，背面電極和模塑表面積也會減小，從而會導(dǎo)致散熱性變差。對此，羅姆的PMDE封裝通過擴大背面電極和改善散熱路徑，提高了散熱性能。封裝小型化的同時，實現(xiàn)與傳統(tǒng)封裝同等的電氣特性。

意法半導(dǎo)體汽車和分立器件產(chǎn)品部(ADG)，功率晶體管事業(yè)部戰(zhàn)略市場、創(chuàng)新及重點項目經(jīng)理FilippoDiGiovanni

乘聯(lián)會預(yù)測，中國市場2022 年新能源車銷量有望突破600 萬輛，同比增長70%。同時，每輛新能源汽車功率半導(dǎo)體價值量將提升至約330美元，價值占比超50%。意法半導(dǎo)體汽車和分立器件產(chǎn)品部(ADG)，功率晶體管事業(yè)部戰(zhàn)略市場、創(chuàng)新及重點項目經(jīng)理FilippoDiGiovanni表示，鑒于電動汽車的主驅(qū)逆變器、車載充電機、DC-DC轉(zhuǎn)換器和空調(diào)系統(tǒng)使用大量的功率器件，汽車行業(yè)將拉動功率器件消費增長。FilippoDiGiovanni認(rèn)為，新能源汽車需要許多不同種類的高性能半導(dǎo)體，而傳統(tǒng)燃油車不需要高性能半導(dǎo)體。電動汽車需要主驅(qū)逆變器、車載充電機和DC-DC轉(zhuǎn)換器等。所有這些系統(tǒng)都需要特殊的功率器件才能正常運行。

功率半導(dǎo)體在新能源汽車上的應(yīng)用，來源：安森美

新能源汽車因采用更高壓平臺，功率半導(dǎo)體價值量提升十分顯著，據(jù)英飛凌報告顯示，新能源汽車中功率半導(dǎo)體器件的價值量約為傳統(tǒng)燃油車的5 倍以上。其中，IGBT約占新能源汽車電控系統(tǒng)成本的37%，是電控系統(tǒng)中最核心的電子器件之一，且電動化程度越高，IGBT 在車中所占比例越高。IGBT 目前在AOO 級車上價格成本約500-600 元， A級車上價格成本 1200元以上， B級車上價格成本 2000元以上；其中混動車上價格成本約為2000-3500 元，純電動車上價格成本為 2000-4000 元，部分豪華車上單車成本在5000 元以上。

 車規(guī)功率器件設(shè)計應(yīng)遵循哪些要求？

與傳統(tǒng)的燃油車相比，新能源汽車主要是在動力系統(tǒng)有很大的差異。傳統(tǒng)燃油車的動力系統(tǒng)由發(fā)動機總成和變速箱總成構(gòu)成，而純電動車使用電動機替代了傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機。中印云端（深圳）科技有限公司產(chǎn)品經(jīng)理陳志波表示，整個電驅(qū)動系統(tǒng)是新能源車必備的零部件，里面功率器件主要是核心“心臟”IGBT模塊，占電動汽車成本將近10％；

另外還有電驅(qū)動小三電系統(tǒng)包括的三個總成部件：DC/DC變換器，車載充電機（OBC），高壓配電盒（PDU），目前3.3KW和6.6KWOBC主要用650V的超級結(jié)MOSFET，目前已經(jīng)有的趨勢是為了往更高功率密度發(fā)展，所以碳化硅MOS的應(yīng)用也逐漸廣泛；最后新能源汽車由于不采用內(nèi)燃機作為整車的動力源，所以其空調(diào)系統(tǒng)也無法利用發(fā)動機余熱以達(dá)到取暖/除霜的效果，所以較之增加了PTC加熱和電控空調(diào)壓縮機，這部分主要能用到IGBT單管的產(chǎn)品。

安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應(yīng)用工程師夏超

此外，傳統(tǒng)燃油車中，高壓功率器件僅有少量位于發(fā)動機的點火器中，而在混合動力車型、插電式混動車型和純電動車型當(dāng)中，用于逆變器當(dāng)中的功率器件所占體量是點火器無法比擬的。安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應(yīng)用工程師夏超表示，混合動力車型、插電式混動車型和純電動車型需要可應(yīng)用于大功率場景的功率器件，其對功率器件的要求一般在20-200kW之間。新能源車企一般會選用導(dǎo)通壓降低、耐壓等級高、輸出功率高的功率芯片，而非用于燃油車型或輕混車型中的低壓小電流功率器件。

當(dāng)前車規(guī)級功率器件是以SiIGBT+SiFRD與碳化硅MOSFET為主，其關(guān)鍵性能參數(shù)可分為靜態(tài)參數(shù)與動態(tài)參數(shù)兩個方面，靜態(tài)參數(shù)主要關(guān)注點在器件的通態(tài)壓降/電阻，動態(tài)參數(shù)則主要是器件的開通與關(guān)斷損耗。要想實現(xiàn)電動汽車更為優(yōu)異的續(xù)航成績，就需要使用具有更低的動靜態(tài)損耗的功率器件。碳化硅MOSFET功率器件在電動汽車常見的使用場景下，其參數(shù)更具競爭力。

FilippoDiGiovanni認(rèn)為，汽車功率器件的設(shè)計必須具有很好的魯棒性、可靠性和使用壽命。此外，功率器件不會干擾其他元器件和電路。在保護產(chǎn)品和消費者方面，汽車行業(yè)有很多認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。AEC-Q101是最常見的分立器件標(biāo)準(zhǔn)，它是一套基于應(yīng)力測試認(rèn)證失敗機制的推薦標(biāo)準(zhǔn)。其他標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在特定測試條件下耐受封裝表面峰值電壓差或最大瞬態(tài)電壓等所需的間隙。：一般情況下，在指定驅(qū)動模式和結(jié)溫的使用場景中，MOSFET和IGBT晶體管以及二極管等車規(guī)功率器件在規(guī)定的應(yīng)力測試條件下運行必須安全可靠。此外，還要考慮因振動引起的機械應(yīng)力。為了滿足這些條件，這些產(chǎn)品在設(shè)計時必須特別注意工業(yè)應(yīng)用。因此，車規(guī)芯片工作溫度通常較高，并且在HTRB(高溫反向偏置)等測試中，施加的電壓必須100%是最大額定值。此外，必須正視電參數(shù)的變化與制造工藝的關(guān)系，并加以控制，特別是影響功率損耗的參數(shù)(泄漏電流、導(dǎo)通電阻等)。

直流充電樁電路結(jié)構(gòu)，采用AC-DC 和 DC-DC電源模塊，來源：Wolfspeed

除了汽車本身，大規(guī)模的電網(wǎng)建設(shè)以及充電樁也是推廣新能源車必不可少的配套設(shè)施建設(shè)。2016年埃隆馬斯克收購了Solarcity之后，我們可以看到他對整個電車市場的判斷：發(fā)展電車不僅僅在于不斷升級的三大件，配套設(shè)施也是很關(guān)鍵的一部分，畢竟我們需要更大容量的電網(wǎng)和更多更快的充電樁。

安森美全球方案中心應(yīng)用市場工程師賈鵬

安森美全球方案中心應(yīng)用市場工程師賈鵬表示，發(fā)展新能源車的重要意義之一在于解決環(huán)境和能源問題，同樣的，可再生能源的發(fā)展利用也具有同樣目的。太陽能發(fā)電近年在可再生能源發(fā)電中占據(jù)領(lǐng)先地位，因為它解決了電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱或者擴容經(jīng)濟性不高的問題。國際能源署（IEA）在2019年10月的燃料報告中提到2024年全球可再生能源發(fā)電量將增長50％，即1200GW，其中60%的增長將采用太陽能光伏（PV）設(shè)備的形式。盡管太陽能是免費的，但如何保證能量轉(zhuǎn)換的高效一直是業(yè)界需要攻克的難題。碳化硅材料作為新一代寬禁帶半導(dǎo)體材料被成功研發(fā)并量產(chǎn)是高效光伏逆變器的福音。碳化硅器件的優(yōu)勢始于材料本身，它具有比硅高10倍的介電擊穿場強，2倍的電子飽和速度，3倍的能帶間隙和3倍的熱導(dǎo)率。這讓一臺由碳化硅器件組成的光伏逆變器同時具有更大的功率密度和工作效率。同樣的，高功率高效率的充電樁也得以量產(chǎn)并使用。

目前直流充電樁通常采用15-50 kW 的AC-DC 和 DC-DC電源模塊，并根據(jù)充電位置和車輛類型進(jìn)行擴展，以滿足更高或更低的功率需求。通過模塊的并聯(lián)堆疊組合可實現(xiàn)150 kW 快充樁以及350 kW 超充樁的功率需求。以 25kW 充電樁模塊為例，需要并聯(lián)6 個模塊實現(xiàn)150kW 充電樁功率，而250kW 的充電樁需要并聯(lián)10 個 25kW功率模塊。 350kW功率的超充樁，則可以使用6 個 60kW模塊并聯(lián)，由于 60kW模塊采用更高電壓器件、更先進(jìn)的封裝和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以有效減少芯片數(shù)量并降低系統(tǒng)成本。根據(jù)Wolfspeed 數(shù)據(jù)，25kW 功率的充電樁模塊，大約需用到16-20 個1200V碳化硅MOSFET 單管。根據(jù) Yole 預(yù)測，用于直流充電器的功率電子設(shè)備總市場價值2025年將增長至 2.25億美元， 2026年將增長至 3.47億美元。

羅姆半導(dǎo)體（深圳）有限公司 技術(shù)中心 高級經(jīng)理 蘇勇錦表示，羅姆以功率器件為中心提供各種解決方案，滿足各種客戶需求。根據(jù)使用器件的不同，羅姆提供兩類充電樁解決方案。一是碳化硅器件解決方案，適用于追求高效、小型化的大功率充電樁。二是硅器件解決方案，包括相對于碳化硅器件來說性價比較好的超級結(jié)MOS和IGBT。

賈鵬表示，安森美是全球少數(shù)的幾家能提供從碳化硅襯底到模塊的端到端供應(yīng)商。安森美計劃在今年第4季度發(fā)布的25kW直流快充系統(tǒng)參考設(shè)計能夠很好的幫助用戶在直流充電系統(tǒng)的設(shè)計，該設(shè)計采用了三相半橋功率因數(shù)校正(PFC)+雙有源橋(DAB)的架構(gòu)，配合安森美的1200V半橋碳化硅模塊NXH010P120MNF1，能夠最大程度上平衡系統(tǒng)性能和成本，同時安森美還會公開部分系統(tǒng)設(shè)計資料供大家參考。

夏超介紹，目前，安森美的半導(dǎo)體產(chǎn)品應(yīng)用在汽車中的多個領(lǐng)域，包括車載充電器、高壓負(fù)載電池管理、DC-DC轉(zhuǎn)換器、高壓動力總成、主驅(qū)逆變、48V皮帶傳動起動機-發(fā)電機(BSG)、ADAS、信息娛樂、車門、座椅控制等。碳化硅(碳化硅)作為第三代半導(dǎo)體的關(guān)鍵材料，能夠顯著提高電動汽車驅(qū)動、電動汽車充電和能源基礎(chǔ)設(shè)施等重要領(lǐng)域的系統(tǒng)效率。因此，2021年8月，安森美宣布收購碳化硅晶圓供應(yīng)商GTAdvancedTechnologies(GTAT)，用以強化自身IDM的戰(zhàn)略布局，成為少數(shù)能提供從襯底到模塊的端到端碳化硅方案供應(yīng)商之一。

來源：安森美

安森美碳化硅功率器件包括碳化硅MOSFETs、碳化硅二極管、以及混合碳化硅模塊三類，并可選配性能更佳的壓鑄模封裝。相比于硅凝膠灌封模塊，壓鑄模封裝的主要優(yōu)勢包括可以實現(xiàn)更高的功率密度，更低的雜散電感，更高的工作溫度(200℃甚至以上)，并可根據(jù)客戶需求實現(xiàn)差異化定制。

以VE-TracDual為例，這是安森美專為插電式混合動力車(PHEV)、全混合動力車(HEV)、純電池車(BEV)和燃料電池(FCEV)電動車而設(shè)計的功率模塊，并根據(jù)主驅(qū)逆變器的應(yīng)用場景進(jìn)行了針對性的優(yōu)化，實現(xiàn)了許多創(chuàng)新，包括雙面冷卻等，使其具有高功率密度和小尺寸。安森美通過開發(fā)VE-TracDual，期待在更廣泛的電動車中實現(xiàn)更高的能效比。

除了具備優(yōu)良的電氣和熱性能外，VE-TracDual易于功率擴展的特性也值得關(guān)注。在具體使用中，既可以用三相全橋的模塊來實現(xiàn)150kW功率，也可以把兩個150kW模塊并聯(lián)在一起實現(xiàn)300kW功率，且不增加占位。此外，在雙面冷卻模塊中，功率芯片中還內(nèi)置了溫度和電流傳感器，以便更好的實現(xiàn)溫度檢測和電路保護。

根據(jù)規(guī)劃，安森美主驅(qū)功率封裝技術(shù)將在2023年中期從雙面間接水冷過渡到直接水冷模式，預(yù)計到2023年底會實現(xiàn)雙面直接水冷，2024年中期進(jìn)一步優(yōu)化為雙面直接水冷+方案，核心目的是為了不斷提升模塊的功率密度。

 800V高壓超充時代，碳化硅器件成主流

隨著電動汽車?yán)m(xù)航里程的逐步提升，當(dāng)前消費者尤為關(guān)注電動汽車的充電問題。市場上大致可將電動汽車的充電模式分為慢充與快充，快充是指在短時間內(nèi)使用高功率直流充電樁為車輛補充電能，一般是指在半小時內(nèi)完成50%以上的充電模式，但其技術(shù)復(fù)雜且成本較高。直流充電樁通過自帶的AC/DC轉(zhuǎn)換模塊完成變壓整流，將電網(wǎng)輸入的交流電轉(zhuǎn)換為車輛蓄電池所需的直流電，功率一般在60kW以上。直流充電樁對電網(wǎng)的要求較高，需要專門建設(shè)相應(yīng)的供電網(wǎng)絡(luò)，以及配備諧波抑制等輔助設(shè)備。在電動車輛的典型應(yīng)用場景下，快充需求多集中于長途旅行與專業(yè)化集中運維的場景。目前，受限于導(dǎo)線的額定電流與散熱條件，快充正在向更高的充電電壓邁進(jìn)，逐步從400V向800V充電電壓加以轉(zhuǎn)換，理論上可縮短一半的充電時間。安森美(onsemi)也在積極推進(jìn)電動汽車高壓化進(jìn)程，使有限的動力電池空間內(nèi)實現(xiàn)更多能量的有效存儲以及動力電池的快速補能，有效緩解駕乘人員對電動汽車的里程及充電焦慮，同時為客戶提供綠色高效化的能源解決方案。

小鵬G9 是國內(nèi)首款800V 高壓碳化硅平臺量產(chǎn)車型，來源：小鵬汽車官網(wǎng)

800V高壓方案已經(jīng)成為各大新能源汽車主機廠的主流選擇。目前業(yè)界已有至少10 家車企（大眾PPE平臺、奔馳 EVA、現(xiàn)代E-GMP、通用奧特能、小鵬、比亞迪e 3.0 平臺、東風(fēng)嵐圖、吉利SEA 浩瀚平臺、廣汽埃安、理想等）宣傳布局800V 高壓平臺，從量產(chǎn)時間來看，各大車企基于800V 系統(tǒng)的新車將于2022-2023 年陸續(xù)上市。其中小鵬G9是國內(nèi)首款采用 800V高壓 碳化硅 平臺的量產(chǎn)車型，將于2022 年 9月正式上市。

憑借耐高壓、耐高溫和高頻等優(yōu)越的物理特性，碳化硅 MOSFET 有望在新能源汽車800V 高壓超充時代替代Si IGBT，在主驅(qū)逆變器、充電樁、OBC等應(yīng)用場景中加速滲透。受益于新能源汽車電動化進(jìn)程加快和國內(nèi)主機廠加強供應(yīng)鏈自主可控的要求，車規(guī)級功率器件的進(jìn)口替代趨勢正在形成，國內(nèi)多家碳化硅 產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)已經(jīng)在主驅(qū)、 OBC、DC-DC 等應(yīng)用領(lǐng)域得到主機廠提供的產(chǎn)品驗證機會，部分企業(yè)成功導(dǎo)入了主機廠供應(yīng)體系。

憑借耐高壓、耐高溫和高頻等優(yōu)越的物理特性， 碳化硅 MOSFET 有望在新能源汽車 800V 高壓超充時代替代 Si IGBT，在主驅(qū)逆變器、充電樁、 OBC 等應(yīng)用場景中加速滲透。受益于新能源汽車電動化進(jìn)程加快和國內(nèi)主機廠加強供應(yīng)鏈自主可控的要求，車規(guī)級功率器件的進(jìn)口替代趨勢正在形成，國內(nèi)多家 碳化硅 產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)已經(jīng)在主驅(qū)、 OBC、 DC-DC 等應(yīng)用領(lǐng)域得到主機廠提供的產(chǎn)品驗證機會，部分企業(yè)成功導(dǎo)入了主機廠供應(yīng)體系。多年的技術(shù)演進(jìn)使Si基材料的功率器件特性已經(jīng)到達(dá)其理論極限。SiC MOSFET正在不斷更新迭代，讓未來充滿無限可能。羅姆獨特的溝槽技術(shù)演進(jìn)，不斷突破更低的RonA（即單位面積導(dǎo)通電阻）。

羅姆半導(dǎo)體（深圳）有限公司 技術(shù)中心 高級經(jīng)理 蘇勇錦

羅姆半導(dǎo)體（深圳）有限公司 技術(shù)中心 高級經(jīng)理 蘇勇錦表示，羅姆的在車載功率器件的布局范圍廣，在全球范圍的各大Tier1和整車廠的采用實績也非常豐富，并且在車載市場的知名度高。主要產(chǎn)品除了第三代半導(dǎo)體的SiC產(chǎn)品以外，還有硅基的車載IGBT和中低壓的MOSFET、功率二極管等。SiC產(chǎn)品目前已經(jīng)被大量使用在車載OBC和DC-DC上，最新推出的第4代溝槽結(jié)構(gòu)SiC MOSFET已經(jīng)在許多主機逆變器上進(jìn)行測試評估，并將在不久的將來實現(xiàn)大批量出貨。車規(guī)級IGBT產(chǎn)品已經(jīng)大批量應(yīng)用在汽車點火器，電動壓縮機，OBC等產(chǎn)品上。而在車載需求不斷增加的ECU和EPS，油泵水泵等應(yīng)用上，羅姆擁有性能優(yōu)異的30V~150V的低導(dǎo)通電阻中低壓MOSFET產(chǎn)品。未來，羅姆將不斷推進(jìn)SiC工藝的演進(jìn)，開發(fā)更低單位面積導(dǎo)通電阻的第五代產(chǎn)品。并加速開發(fā)8英寸SiC襯底和晶圓的量產(chǎn)。另外，針對硅基的IGBT產(chǎn)品，羅姆將開發(fā)繼續(xù)擴充高壓1200V的IGBT產(chǎn)品線，拓展貼片封裝產(chǎn)品，不斷為性能源汽車的高壓化和小型化，高效化做貢獻(xiàn)。

FilippoDiGiovanni也表示，除了提供各類先進(jìn)的電動汽車用半導(dǎo)體芯片外，意法半導(dǎo)體還有很多充電基礎(chǔ)設(shè)施用半導(dǎo)體產(chǎn)品。鑒于對系統(tǒng)本身的能效的要求，充電樁和電網(wǎng)也可以采用電動汽車用碳化硅MOSFET和二極管。據(jù)介紹，意法半導(dǎo)體正在推出的新產(chǎn)品是逆變器用IGBT晶體管，同時還提供大量各種硅基超結(jié)高壓MOSFET晶體管，被廣泛用于車載充電機和DC-DC轉(zhuǎn)換器。在碳化硅MOSFET方面，意法半導(dǎo)體正在量產(chǎn)額定電壓650V、750V和1,200V的三代碳化硅產(chǎn)品。

隨著半導(dǎo)體材料正從硅材料向第二、三代半導(dǎo)體轉(zhuǎn)移，碳化硅功率器件的應(yīng)用也越來越多。夏超認(rèn)為，碳化硅功率器件未來將呈現(xiàn)高結(jié)溫、高功率密度、高效率以及低損耗的技術(shù)發(fā)展趨勢。隨著封裝技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，碳化硅芯片的高結(jié)溫優(yōu)勢會得到進(jìn)一步體現(xiàn)，同等運行條件下，通流能力可以得到極大的提升；在同樣的電壓和電流等級下，碳化硅功率芯片相較于硅基功率芯片，其芯片面積與封裝所占體積會有很大程度地減小，器件未來會朝著更高功率密度的方向進(jìn)行發(fā)展，器件封裝的散熱設(shè)計也需要加以改進(jìn)；在大功率的應(yīng)用場景下，如電動汽車驅(qū)動等領(lǐng)域，碳化硅MOSFET功率器件將會以更小的運行損耗為目標(biāo)加以迭代升級。

FilippoDiGiovanni也表示，碳化硅材料令人關(guān)注的物理屬性是比硅半導(dǎo)體更適合汽車應(yīng)用的惡劣環(huán)境。碳化硅的魯棒性更高，即使長時間工作在高溫度和高電壓下，性能不會降低衰退。導(dǎo)通電阻是任何MOSFET的關(guān)鍵參數(shù)，碳化硅MOSFET的導(dǎo)通電阻溫度系數(shù)較低。這些優(yōu)勢對于設(shè)計更加皮實耐用的電動汽車至關(guān)重要。最重要的是，在電驅(qū)系統(tǒng)中用碳化硅可以顯著提高能效，從而延長行駛里程。

意法半導(dǎo)體也是首家推出車規(guī)碳化硅MOSFET晶體管的公司，意法半導(dǎo)體的STPOWER系列已經(jīng)投入量產(chǎn)。此后，意法半導(dǎo)體在碳化硅MOSFET市場建立了穩(wěn)固的領(lǐng)導(dǎo)地位，市場份額超過50%。如今，意法半導(dǎo)體在汽車和工業(yè)領(lǐng)域有100多個碳化硅項目正在執(zhí)行中。意法半導(dǎo)體有自營的碳化硅襯底制造廠，采用完全垂直整合制造模式，確?？蛻魮碛幸粋€穩(wěn)健性和韌性都很高的供應(yīng)鏈。除了意大利卡塔尼亞工廠外，意法半導(dǎo)體還在新加坡建立了第二個6英寸碳化硅晶圓廠，以更好地服務(wù)客戶，并實現(xiàn)內(nèi)部碳化硅采購的多樣化。FilippoDiGiovanni表示，意法半導(dǎo)體首批8英寸原型流片成功，預(yù)計將在幾年后開始投產(chǎn)。

 車規(guī)級功率器件面臨的三大技術(shù)挑戰(zhàn)？

夏超認(rèn)為，與消費級、工業(yè)級產(chǎn)品相比，車規(guī)級功率器件對環(huán)境要求、可靠性要求和供貨周期要求較高。主要體現(xiàn)在：1）環(huán)境要求：車規(guī)級功率器件的運行環(huán)境更為復(fù)雜，需要對抗高振動、多粉塵、多電磁干擾及寬工作溫度范圍等惡劣工況；2）可靠性要求：汽車設(shè)計壽命一般在15年或20萬公里，整車廠對車規(guī)級功率器件的要求通常是零失效；3）供貨周期要求：車規(guī)級功率器件的供貨周期需要覆蓋整車的全生命周期，供貨周期一般為15-20年；4）重新認(rèn)證要求：消費級和工業(yè)級產(chǎn)品在制造過程中執(zhí)行一些細(xì)小的工藝變化不需要廠商對功率器件進(jìn)行重新驗證，但對車規(guī)級功率器件來說是必須進(jìn)行相關(guān)車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)的重新認(rèn)證。

羅姆半導(dǎo)體（深圳）有限公司 技術(shù)中心 高級經(jīng)理 蘇勇錦表示，EV專用單元需要更高的可靠性、小型化和低功耗。其技術(shù)難度主要是如何保證車載品的“零不良”高品質(zhì)要求。不僅在功率器件的功率器件的生產(chǎn)過程中以及可靠性測試中實施比消費級或工業(yè)級產(chǎn)品更嚴(yán)格的檢查標(biāo)準(zhǔn)，還需要從器件設(shè)計初期以及生產(chǎn)工藝設(shè)計上實現(xiàn)“高可靠性、高品質(zhì)”。羅姆可提供SiC、IGBT為代表的功率器件，以及驅(qū)動這些器件的柵極驅(qū)動器IC等，可為客戶提供更好的解決方案。而且，擁有在周邊電路使用的、豐富的電源IC、晶體管、二極管、檢測電流的分流電阻器等通用產(chǎn)品。

看好新能源汽車的未來發(fā)展，目前市場上的功率器件廠商都希望能殺入車載領(lǐng)域，不過這個領(lǐng)域的競爭門檻非常高。夏超表示，車載功率器件的競爭門檻主要體現(xiàn)在以下幾個方面：相關(guān)車規(guī)級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的通過與否，產(chǎn)品的生命周期是否足夠覆蓋車輛的全壽命周期，供應(yīng)鏈的可靠程度是否足夠高，以及售后保障的及時與否。車規(guī)級功率器件當(dāng)前面臨的設(shè)計難點可歸結(jié)于以下三個方面，一是功率芯片的設(shè)計與制造，功率芯片的低功耗與高可靠性、高功率密度之間很難平衡；二是功率芯片封裝的全流程，需要有效解決散熱的高效性以及封裝的高可靠性等問題，保證車輛的長期可靠運行；三是柵極驅(qū)動保護的設(shè)計，旨在保證車載功率器件在多種應(yīng)用工況下的安全運行。

夏超表示，車載功率器件相對于其它領(lǐng)域?qū)⒅饕媾R三大技術(shù)挑戰(zhàn)：首先是碳化硅功率器件對摻雜工藝有特殊要求，由于碳化硅擴散溫度遠(yuǎn)高于Si，如果采用擴散法進(jìn)行摻雜，此時用于掩蔽的SiO2層會出現(xiàn)失效的風(fēng)險，且碳化硅在高溫下也會處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，所以不適合采用擴散法進(jìn)行摻雜。碳化硅功率器件一般會選用離子注入摻雜，但在該摻雜過程中依然會造成晶圓的損傷，相關(guān)的工藝參數(shù)還需要進(jìn)一步優(yōu)化。其次是歐姆接觸的制作，在碳化硅晶片上制造金屬電極，要求其接觸電阻值低，電極材料使用Ni和Al可以實現(xiàn)，但這兩種材料在100℃以上時的熱穩(wěn)定性較差。如果采用Al/Ni/W/Au復(fù)合電極可以將材料的熱穩(wěn)定性提高到600℃/100h，但其接觸電阻值遠(yuǎn)高于Ni和Al，因此要形成良好的碳化硅歐姆接觸比較難。最后是功率器件封裝材料的耐高溫特性未達(dá)到要求，碳化硅芯片可在600℃結(jié)溫下工作，但當(dāng)前功率模塊等大功率器件為了保證產(chǎn)品的可靠性，通常是采用與SiIGBT相同或相似的封裝材料與結(jié)構(gòu)，這就大大限制了碳化硅材料高結(jié)溫特性的發(fā)揮。與此同時，各家廠商也在積極使用新型材料與結(jié)構(gòu)，但其在實際場景下的工作穩(wěn)定性與可靠性還需要得到進(jìn)一步的驗證。