據(jù)麥姆斯咨詢介紹，英國知名研究公司IDTechEx預測純電動汽車（BEV）市場未來十年的復合年增長率（CAGR）將達到15%，這將推動電動汽車電力電子產(chǎn)品需求的大幅增長。目前，全球各地的純電動汽車的加權(quán)平均電池容量都在增加，為電池供應鏈帶來了壓力和不確定性，從而使汽車的驅(qū)動循環(huán)效率必須成為動力系統(tǒng)設(shè)計的重中之重，這意味著高壓寬帶隙（WBG）電力電子產(chǎn)品的時代已經(jīng)到來。

在本報告中，IDTechEx深入研究了電動汽車電力電子產(chǎn)品，剖析了不斷發(fā)展的半導體和封裝材料，包括硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）半導體、芯片貼裝材料、引線鍵合材料和熱管理材料等。IDTechEx按電壓和半導體類型提供了逆變器、車載充電器（OBC）以及DC-DC轉(zhuǎn)換器的詳細市場預測。

寬帶隙（WBG）半導體

20年來，Si IGBT一直在中高功率器件領(lǐng)域占據(jù)主導地位（包括電動汽車電力電子領(lǐng)域），但是正逐漸讓位于新一代WBG材料：SiC和GaN。這將從根本上影響新型功率器件的設(shè)計（包括封裝材料），更小、更高功率密度，并且能夠在更高溫度下工作的功率模塊應運而生。

SiC MOSFET的采用是中期展望的主旋律，將迅速增長并主導市場份額，IDTechEx在報告中給出了各類器件的應用時間表。雖然經(jīng)過驗證的SiC MOSFET與理論SiC MOSFET之間的性能差距通常小于一個數(shù)量級，存在一定的改進空間，但是相比之下，GaN功率器件比其理論極限低了兩個數(shù)量級，反映了巨大的長期潛力。

由于技術(shù)還不成熟，GaN功率器件的商業(yè)化目前受到其低功率/電壓操作的限制，這方面的改進決定了其在電動汽車中的應用前景。如今，結(jié)體塊式（Bulk）GaN的成本令人望而卻步，但隨著第一批600V GaN逆變器開始出現(xiàn)，Gan-on-Si將率先被采用。

OBC和DC-DC轉(zhuǎn)換器的運行功率比逆變器低得多，但采用WBG半導體仍將受益。除了提高整體功率密度外，更高的效率還能夠通過OBC更快地對電池充電，并在低壓電池充電期間（通過轉(zhuǎn)換器）減少能量損失，增加電動汽車的續(xù)航里程。IDTechEx報告預測，由于功率和電壓要求較低，OBC和DC-DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)向GaN的時間將略早于逆變器。

封裝材料和熱管理的發(fā)展趨勢

本報告對比分析了新一代緊湊高效的封裝結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)設(shè)計旨在更高的功率密度和工作溫度。其方案包括直接基板冷卻、帶狀鍵合、直接引線鍵合、銅帶鍵合、銀或銅燒結(jié)芯片貼裝、集成散熱片、避免使用熱界面材料（TIM）、油冷卻、雙面冷卻等。

芯片貼裝材料是一個明顯的痛點，具有較高的結(jié)溫和對鉛材料的禁令，導致市場轉(zhuǎn)向銀和銅燒結(jié)材料。銀燒結(jié)多年來一直處于驗證階段，IDTechEx認為這是一項非常有前途的技術(shù)，現(xiàn)在時機已到。事實上，如今迅速采用的納米銀燒結(jié)已經(jīng)有七年多的開發(fā)歷史。銅燒結(jié)材料仍在很大程度上處于預商業(yè)化階段，但在提供更好通用性的同時，具有提高銀燒結(jié)性能的潛力。本報告重點介紹并對比分析了燒結(jié)材料，提供了對新興供應鏈的洞察。

另一個關(guān)鍵領(lǐng)域是引線鍵合材料。第一代電力電子器件封裝采用鋁線鍵合，無需太大的力或時間即可輕松應用于芯片。然而，鋁的表面積覆蓋率較差（<20%），導熱率低于銅。這導致市場出現(xiàn)不同類型的銅線鍵合，這帶來了新的制造挑戰(zhàn)，要求更高的鍵合功率，而WBG材料會導致芯片厚度縮小，變得更脆弱。本報告提供了電動汽車應用中各種銅線鍵合類型的案例研究。

在熱管理方面，許多逆變器供應商現(xiàn)在已經(jīng)消除了散熱器和基板之間的熱界面材料以提高熱阻，但這并不意味著電力電子產(chǎn)品中沒有熱界面材料機遇。許多組件仍然需要熱界面材料，通常它們?nèi)员挥糜趯⒛K散熱器連接到水乙二醇冷板。本報告對這些趨勢以及應用背后的驅(qū)動因素進行了分析。

逆變器IGBT或SiC MOSFET模塊主要使用水乙二醇冷卻。單面和雙面冷卻均有使用，它們各有優(yōu)勢。此外，使用油來冷卻電力電子器件也有所增加，以消除電驅(qū)動單元中的大部分水乙二醇成分，還將同樣的油應用于電機和逆變器。雖然目前市場尚未采用這種方案，但IDTechEx認為這種方案很有前景，并對采用空氣、水或油冷卻的電動汽車逆變器提供了10年期展望。