芯聚能半导体周晓阳:碳化硅功率模块在新能源汽车中的应用

日期:2021-04-26 来源:第三代半导体产业网阅读:405
核心提示:广东芯聚能半导体有限公司总裁周晓阳带来了“碳化硅功率模块在新能源汽车中的应用”的主题报告
当前,SiC衬底供应开始严重不足, 但是过去两年间SiC领域企业动作频频并不平静,其中,数个关键公司和Cree/其他签署了长期供货协议。2018年On Semi会自研衬底,2018年11月Infineon收购了具有衬底制造技术的Siltectra,2019年2月,ST收购了Norstel 55%的股权,2019年5月,Cree宣布在未来5年投资10亿美元,扩展衬底生产产能,其他衬底供应商也在扩产;2020年8月,II-VI宣布收购Ascatron(SIC 外延晶片及器件)和INNOVion(世界最大离子注入服务供应商);2021年春,Cree宣布8“SIC衬底进展顺利;2021年4月15日,II-VI 宣布在福州增加SIC衬底产能……
 
从应用上来看,特斯拉开始引入SiC MOSEFT到主驱上并迅速量产,并被市场广泛接受;国产新能源车开始引入SiCMOSFET 到主驱上,反应良好; SiC衬底开始降价;SiC 市场从以二极管为主逐渐过渡到以MOSFET为主(国际市场)……
 
近日,2021功率半导体与车用LED技术创新应用论坛在上海举行。本届论坛由半导体产业网和励展博览集团共同主办,并得到第三代半导体产业技术创新战略联盟、国家半导体照明工程研发及产业联盟的指导。
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会上,广东芯聚能半导体有限公司总裁周晓阳带来了“碳化硅功率模块在新能源汽车中的应用”的主题报告,分享了最新发展趋势,相关封装设计优化思路及工艺挑战等。
 
Cree供应全球40%的SiC wafer,国际领先大厂采用不同的发展战略,比如Cree垂直整合,控制衬底价格及产品开发,过度到8吋的时间以到达器件级别的价格竞争力;罗姆垂直整合,向8吋过度,追求性价比,2009收购SiCrystal;IGBT 12” 和SIC双轮发展,封装有规模价格优势,2018年收购Siltectra。
 
 
报告指出,SiC 芯片的特性对新型器件封装提出了新的要求和挑战,SiC模块封装材料面临着要适应>175℃ 应用温度材料;高导热材料;高耐压绝缘材料;高温可靠性材料的挑战。
SiC模块封装工艺也面临着应用环境挑战、严苛的可靠性要求挑战、 质量成本挑战、新工艺检测方法挑战、标准规范性挑战等。
 
SiC模块封装设计面临着成本挑战,SIC晶圆和衬底国内较少、芯片价格高、封装研发成本较高。技术储备则涉及过去主要以代工为主、封装研发设计积累不深、科研体系与产业衔接起步阶段等挑战。软件支持方面,当前主流CAE软件国外为主,成本较高,技术支持和经验积累较薄弱。
 
全球SiC产业化刚刚开始,国内产业起步虽晚,但推动力度大进度快,封装技术瓶颈和差距依然具备追赶并进的机会。
 
对于SiC模块在电驱上的应用,报告指出与IGBT相比,在中小电流下,SiC MOS的导通损耗更低;SiC MOS的 开关损耗也低,反向恢复电流非常小,在极限工况下开关损耗相比IGBT低60%;在更适合城市的轻载工况下,SiC MOS损耗性能优势明显,因此逆变器应用SiC MOS体现在效率Map上就是高效区面积比较大。
 
相比于传统功率器件,SiC器件在测试和应用时需要关注几点: 1.大功率模块采用多芯片并联;相比IGBT,SiC MOSFET的器件电气参数具有更大分散性,在模块并联配置时需要更准确的分组设置和测试方法;2.栅极开启电压Vth需要通过预测试实现准确可重复测量;3.双脉冲测试系统杂散电感对SiC器件波形影响更大,导致读值异常;4.SiC器件在大电流关断时di/dt高,模块会承受较大的电压应力,电压尖峰容易超过安全工作区。 

最后,周晓阳总裁透露了公司自主开发SiC 车载主驱模块进展。2020年8月完成设计定型1200V/750V多个版本;2021年3月完成了B样试制,采用高温高压银烧结技术,已经通过主机厂性能测试与验证。预计2021年6月达到SOP状态,2021Q4产能目标>10万块/年。
 
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