電子發燒友網報道(文/梁浩斌)SiC在電動汽車電驅模塊上的應用,隨著市場對電動汽車長續航、高壓電氣架構、快充等需求,正在加速普及。
傳統硅基半導體由于自身物理性質受限 ,在高溫、高壓、高頻、高功率等領域上性能上限較低。而SiC的耐高壓能力是硅的10倍、耐高溫能力是硅的2倍、高頻能力是硅的2倍。與硅基模塊相比,碳化硅二極管及開關管組成的模塊(全碳模塊),不僅具有碳化硅材料本征特性優勢,在應用時還可以縮小模塊體積50%以上、消減電子轉換損耗80%以上。在系統設計中可以簡化散熱系統,降低熱預算,同時減小電容電感體積,從而降低系統綜合成本。
不過也不難發現,目前國內的SiC模塊,包括最近極氪威睿200kW電驅動總成的SiC模塊供應商芯聚能,包括比亞迪的SiC模塊,都采用海外大廠的SiC MOSFET,比如羅姆、ST、英飛凌等等。當然,自研SiC模塊,同樣不簡單,需要通過各種可靠性測試,器件集成化、高頻、高壓等SiC器件對功率模塊封裝形式和工藝都有很高的要求。
事實上國產SiC MOSFET產品也有不少,國內規模比較大的有華潤微、派恩杰、楊杰科技等都有SiC MOSFET產品,而更多的初創企業也在進入車規SiC MOSFET賽道。但問題在于,即使近幾年汽車缺芯現象不斷,SiC產能也明顯供不應求,車企也在尋找更多的國產替代的時候,國產SiC MOSFET依然幾乎未被用于電動汽車上。
這要從材料開始說起。SiC襯底和外延層由于制造工藝的問題,往往缺陷密度較大,特別是相比與硅而言。至于車規級的高要求,以往對于國內襯底以及外延等產品指標來說難以滿足要求的同時規?;?。這也是為什么說碳化硅行業得襯底者得天下,要滿足車規級要求,器件封裝設計固然重要,但相比之下襯底和外延材料方面的指標更加顯得關鍵。
目前國內獲得車企訂單的SiC MOSFET供應商并不多,以派恩杰為例,去年年底據消息人士透露獲得了國內新能源龍頭車企OBC應用的數千萬級別訂單,電驅應用的SiC MOSFET產品也早在去年2月已經發布,而其代工廠是德國X-FAB。據了解,派恩杰的SiC MOSFET綜合良率在80%-90%左右,隨著功率的增大良率也會隨之降低,這是由材料缺陷造成的。
同時,目前國產SiC MOSFET在可靠性和產能兩方面都是較為薄弱的。產能方面,需要國內SiC襯底、外延等材料廠商的支持,在降低材料缺陷密度的同時提高產量。而產量的關鍵,是長晶技術和SiC襯底尺寸,目前國內SiC襯底供應逐漸完成從4英寸到6英寸的升級,但國際上看,以Wolfspeed為首的SiC巨頭今年已經開始進入8英寸襯底量產節奏,國內差距至少在2-3年。
而可靠性方面,類似于國產車規MCU的發展路線,很多廠商從工規開始做起,逐漸過渡向車規,SiC MOSFET也一樣。有業內人士認為,國內SiC MOSFET的發展路線,需要結合國內產業鏈的優勢和特點,先做到工業級的品質,提高產能后再慢慢突破車規級可靠性等技術要求。
去年吉利與芯聚能合資成立了廣東芯粵能半導體,目標就是自產SiC功率器件,包括SBD、MOSFET等等。芯粵能SiC芯片項目總投資75億元,一期投資35億元,目標年產24萬片英寸SiC晶圓產線;二期建設年產24萬片8英寸SiC晶圓的產線。按照規劃,芯粵能SiC器件2024年可以實現量產上車。
另外更多的國內企業也推出了車規級的SiC MOSFET產品,比如清純半導體推出的車規級15V驅動SiC MOSFET,并在國內產線實現量產;芯塔電子也表示已經有車規級1200V SiC MOSFET送樣測試;基本半導體、派恩杰、愛仕特、瀚薪、瞻芯電子等都有相關產品已經推出。產品進入爆發期,按照汽車行業的驗證周期維度來算,我們可能會在1-2年后,就能看到國產SiC MOSFET大規模被應用在新能源汽車上。
原文標題:國產SiC MOSFET為什么遲遲還未上車?
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