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本文是根據(jù)8月8-9日在青島舉辦的第十四屆國際汽車變速器及驅(qū)動技術(shù)研討會（TMC）現(xiàn)場聆聽材料整理而成。 總目錄 第1章 電驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢概述 第2章 驅(qū)動電機 第3章 減速器和多擋箱 第4章 逆變器和碳化硅 第5章 電驅(qū)動總成 第6章 混合動力 第7章 商用車電驅(qū)動 第8章 電驅(qū)橋和輪轂電機 4.1 車用SiC功率器件概述 4.2 車規(guī)級SiC的技術(shù)要求 4.3 SiC的優(yōu)勢 4.4 SiC功率器件要攻克的技術(shù)難關(guān) 4.5 SiC產(chǎn)業(yè)化面臨的問題 4.6 SiC封裝方面面臨的挑戰(zhàn) 4.7 中車SiC 4.8 博世SiC 4.9 緯湃科技SiC 4.10 丹佛斯SiC 4.11 安森美SiC 4.12 忱芯科技SiC 4.13 上汽捷能SiC 4.14 Yole SiC 4.1車用SiC功率器件概述 美國能源部制定的目標是要將電機驅(qū)動控制器的功率密度提高到100千瓦/升，而我們的“十四五”重點研發(fā)計劃也將這一指標提高到100千瓦/升。 為了實現(xiàn)這一目標，世界各國的研究者紛紛把目光集中到碳化硅等新一代的半導(dǎo)體器件。跟傳統(tǒng)的器件相比它的導(dǎo)通電阻小，可高溫工作，現(xiàn)有的工作溫度可以高達200-250度。它的開關(guān)速度比傳統(tǒng)的硅器件要快三到五倍左右。 硅基的器件由于它本身的特性，無論功率還是電壓，覆蓋面是最廣的，同時由于它的技術(shù)成熟度、商業(yè)成熟度，性價比是比較高的，所以在長時間還會占據(jù)比較主流的位置。碳化硅具有比較高的抗壓頻率，中高壓功率也比較大，氮化鎵更加適用的是低壓、超高頻的應(yīng)用場景，筆記本電腦的充電插頭很多已經(jīng)采用到了氮化鎵的器件。 碳化硅作為第三代半導(dǎo)體，有四大優(yōu)勢：高禁帶寬度、高電場強度、高電子飽和速率、高導(dǎo)熱系數(shù)。 當前的硅基IGBT目前在600V以上，以及更高的電壓場合，它的性能已經(jīng)逼近極限。為了提升在高壓高功率下的器件性能，第三代半導(dǎo)體就成為一個理想的替代品。 汽車是一個空間受限，同時相對溫度和散熱比較難處理，又高溫、高濕、高熱量這些場景，對電子器件就會帶來高功率密度、耐高溫，這樣的訴求，剛好落在了碳化硅先天性比較適用的領(lǐng)域，所以這也是為什么碳化硅在汽車領(lǐng)域越來越多被采用的原因。在主驅(qū)上大家核心的痛點就是在于續(xù)航里程、更高的功率密度，碳化硅可以解決當下電池成本高的問題，采用碳化硅能夠有效提高續(xù)航里程。 英飛凌預(yù)測到2025年碳化硅的占比會超過32%，目前以國內(nèi)整個形勢來看，國內(nèi)的碳化硅步伐可能走得更快一些。 但它良好的性能與它的價格是幾乎成正比的，無論是分類器件還是功率模塊，碳化硅本身的成本是相當昂貴的，這導(dǎo)致進行簡單的替換是無法直接形成產(chǎn)品成本優(yōu)勢的。必須通過系統(tǒng)的配合來充分發(fā)揮碳化硅器件的性能，才能實現(xiàn)整體成本的降低。 現(xiàn)在碳化硅已經(jīng)紛紛上車量產(chǎn)，具體例子比如像特斯拉、比亞迪漢還有一些造車新勢力的新車型都采用碳化硅器件。相對都是比較高端的車型容易實現(xiàn)，原因還是成本價格相對昂貴。 4.2車規(guī)級SiC的技術(shù)要求 目前行業(yè)里為了快充要做800V，做800V以后不做碳化硅效率不行，碳化硅成本很高，所以他還需要有一些題材，所以就把800V做出1000公里了，所以現(xiàn)在的一個常用的組合就是“800V碳化硅千公里”。 如果用同樣大小的電池包的體積要做更長的續(xù)駛里程，那必然就要用高功率密度電池，電池又是一個新物種，也不是很成熟，成本也非常高，實際上如果真做這么一個車，這個車的成本比正常的要至少高10萬塊錢。 從這個角度來看，雖然大家都在做碳化硅，如果達到20%以上的滲透率必然要做出非常強大的性價比才行，一定是要把碳化硅這個技術(shù)所帶來的成本增加，所帶來的負面影響要盡可能的從系統(tǒng)角度去彌補回來。也就是把效率提高，把電池省一省，把功率密度提高，頻率提高，把NVH這些東西弄好一點，電驅(qū)動的效率好一點，體積小一點，從各方面把這個成本找回來，最后還是看性價比是不是能夠達標，因為企業(yè)最終都是要掙錢的。 電動汽車大家核心關(guān)注的三個點，第一，長的續(xù)航里程，第二，更高的功率密度，更小的體積，第三，綜合的性價比。拋開第三個性價比，其它兩點都會比較難落地?；靹榆嚫鄷劢乖贗GBT上，因為整個功率密度和成本要求會更高一些。對于裝配電池量比較高的，尤其超過50度或者70度電的高端電動車來講，通常會在長期工作的主軸上采用碳化硅。急加速或者不是通常用的輔驅(qū)的軸上采用IGBT。 基于英飛凌自己的雙面水冷IGBT以及雙面水冷的碳化硅，我們做了一個在WLTP工況下的仿真跟實測的比對分析。結(jié)果是基于碳化硅的技術(shù)，在整個工況下可以達到75%的導(dǎo)通損耗降低，大于60%的開關(guān)損耗降低，整個損耗會降低60%以上。 英飛凌針對400V以及800V的系統(tǒng)做了WLTP工況下的一些仿真分析，400V的系統(tǒng)下采用碳化硅的產(chǎn)品可以讓續(xù)航里程提升大概4%-5%，750V的IGBT本身基礎(chǔ)底子比較好。1200V的系統(tǒng)，因為IGBT本身在高壓下它的底子沒有750V那么好，所以它的基線會往后拉一些，800V看起來更可觀一些。整體來看，1200V走到高壓化對整個系統(tǒng)的提升還是會稍微高一些。 4.3 SiC的優(yōu)勢 碳化硅沒有門檻電壓，在小電流階段的時候，它低損耗的優(yōu)勢就會比較明顯。電動汽車大部分應(yīng)用實際上是一個比較小的功率，所以它跟整車應(yīng)用的匹配程度還是非常好的。碳化硅器件在常溫和高溫下，開關(guān)特性的差異是非常小的，這也是它比較大的一個優(yōu)點。 碳化硅的優(yōu)點從模塊層面能夠帶來更高的效率、更低的損耗。以新能源汽車為例，可以實現(xiàn)更低的電驅(qū)動損耗，可以提高續(xù)航里程，或者相同的續(xù)航里程可以節(jié)省電池、降低成本。 碳化硅核心的兩個優(yōu)勢。第一是開關(guān)損耗，尤其在800V上，碳化硅由于它更快的開關(guān)速度以及反向恢復(fù)的這些特性等等，它的開關(guān)損耗是遠遠好于IGBT的，尤其在高壓800V的運用上。另外一個就是導(dǎo)通損耗。碳化硅并不是在每一個領(lǐng)域或者每一個電流的點下它都是優(yōu)于IGBT的。 為什么輔驅(qū)急加速的應(yīng)用可能IGBT選擇更多？其實就是IGBT跟碳化硅在損耗上會有一個拐點。比較巧的是，電動汽車跟其它的應(yīng)用又不太一樣，比如說其它應(yīng)用長時間工作在一個很大的電流上，可能碳化硅不一定帶來那么多的節(jié)省。那在電動汽車的應(yīng)用上，比如一個400V典型的工況，大概95%的時間上小于100A電流的需求。比如超過300A是75%的額定電流情況下大概只有1%。這種情況下碳化硅的導(dǎo)通損耗的優(yōu)勢就非常明顯。 400V系統(tǒng)用碳化硅損耗的降低帶來的續(xù)航里程大概只能提升5%，但是到1200V的時候可能提高到10%以上，這帶來的整個收益，不管是將來電池成本的降低，或者是還有其他的一些附加成本，像電纜、金屬材料重量的降低，綜合下來來講性能這塊的優(yōu)勢，至少在1200V的平臺他的優(yōu)勢還是比較明顯的。 博格華納SiC仿真下來，850V的情況下，65度的水溫，可以輸出480A的峰值電流。 從400V的硅基、800V的硅基、400V的碳化硅和800V的碳化硅，單模塊IGBT一般是以500A左右，單模塊的能力就到極限了。后續(xù)如果需要更大的電流，一般通過雙模塊并聯(lián)來做。800V的IGBT，目前因為IGBT很多是作為輔驅(qū)，通常現(xiàn)在用得比較多的還是以單模塊為主的800V IGBT系列。 IGBT和碳化硅，都是1200V的系列，同樣的條件，我們仿真了電壓在660V情況下的逆變器效率。這邊是99%的效率，對于速度其實是將近6000轉(zhuǎn)、7000轉(zhuǎn)左右，對比IGBT都是在97%、98%左右了。我也非常贊同后續(xù)大力推廣碳化硅，完善整個功率譜圖對發(fā)展是非常有意義的。 碳化硅這個材料本身的硬度比硅要硬很多，SiC的抗功率循環(huán)的能力，用同樣的硅和碳化硅比壽命會下降一半，將來碳化硅要發(fā)揮性能，還要工作在更高的結(jié)溫，在這種情況下，像碳化硅器件封裝的可靠性至少要達到硅基器件這塊要求的4—6倍，才有可能能夠滿足整個碳化硅應(yīng)用的需求，所以對整個封裝帶來的挑戰(zhàn)和壓力還是比較大的。 4.4 SiC功率器件要攻克的技術(shù)難關(guān) 對于功率模塊設(shè)計來講，碳化硅器件本身要突破三點。首先是突破高溫限制，達到200度穩(wěn)定運行。第二，解決高速開關(guān)易受干擾，實現(xiàn)高速門級驅(qū)動，降低芯片之間的互聯(lián)阻抗。第三就是散熱過于集中，采用高效散熱方法，最終可以提高它的功率密度。 我們追求目標是更高效率、更小體積、更輕重量以及更低的成本，根據(jù)這幾方面進行有效的設(shè)計還是很困難的，需要進行有效的評估方法。前期那種人工設(shè)計的方法很難在短期內(nèi)對多部件的設(shè)計達到平衡，迫切需要自動優(yōu)化的方法。前期自動優(yōu)化方法多采用公式法，也就是一些經(jīng)典的公式進行計算，這些公式它的特點就是速度非?？?，但是它的缺點就是有效性比較差，另外可以忽略較多的實際設(shè)計，并且它的精度也比較低，因此經(jīng)常結(jié)果跟我們想要的目標相差較遠。 為了實現(xiàn)進一步的優(yōu)化，基于剛才功率模塊的設(shè)計方法，控制器系統(tǒng)自動優(yōu)化也分為這么幾部分，這幾部分有效地結(jié)合起來。對于部件的連接，因為我們是三維的，那我們就要實現(xiàn)三維有效的自動排布方法，對于元件，首先是它的建模。并且不像二維的，我們要在三維里面有效保留更復(fù)雜的互聯(lián)信息。排布完之后依然是互聯(lián)的部分，設(shè)計進一步復(fù)雜化了，實現(xiàn)起來首先是把它拆成相對較為容易的建模方案，我們建模方案其實還是采用長方體、正方體的方式。根據(jù)這個方法進一步連接的端子，在建模過程中把有效的建模信息放好，這是一個有效的連接部分。 整個器件層面，像它的頻率、效率提升，難度也比較大，而且碳化硅在應(yīng)用和可靠性，包括成本的折衷上面也面臨一個挑戰(zhàn)。具體像高壓模塊的功率密度，這個從芯片層面，我們怎么從芯片層面上把損耗這塊做到最優(yōu)的選擇，這樣對整個器件相當于要去不斷地降低損耗。 在結(jié)溫這個層面上來講，因為碳化硅跟硅比有非常多的優(yōu)點，目前很多高結(jié)溫耐受，包括高的電子遷移率等很多優(yōu)點來說，最先用到的就是耐受結(jié)溫。我們一旦把結(jié)溫提上去，就切實會帶來效率的提升，包括體積、成本的下降。可靠性這塊它是包含著很多維度的，一個是器件的RBSOA，封裝這塊帶來的挑戰(zhàn)，還有就是整個碳化硅的成本，因為碳化硅目前來講還是非常貴的，這個技術(shù)伴隨著后面大批量的應(yīng)用，后續(xù)成本也會快速下降。 緯湃科技在2016年就將功率模塊里面的硅基二極管替換成碳化硅的二極管，這個目的主要是當時研究碳化硅應(yīng)用的制造工藝，是看碳化硅和芯片的焊接技術(shù)研究。后來到2018年-2019年，推出了第二代，用的是碳化硅的400V系統(tǒng)。 緯湃科技已經(jīng)著手嵌入PCB管的碳化硅模塊。隨著碳化硅器件性能的不斷提高，直接將碳化硅器件嵌入到電路板是可行的，目前我們已經(jīng)開始布局這方面的研究，已經(jīng)有樣品出來，這應(yīng)該是在五六年之后能實現(xiàn)投產(chǎn)的一代產(chǎn)品。 突然之間就發(fā)現(xiàn)碳化硅的需求量變得很大，各個廠商都在推出自己800V產(chǎn)品時間計劃的時候，因為半導(dǎo)體廠家的建設(shè)周期，擴產(chǎn)能大概需要2—3年，因為設(shè)備采購周期基本上就得1年半甚至兩年以上，還要調(diào)線，再產(chǎn)能爬坡，，需要兩到三年的過程。所以當時布局整個產(chǎn)能的時候沒有預(yù)料到現(xiàn)在的硅、碳化硅的需求會出現(xiàn)這么大的爆發(fā)式增長。 因為碳化硅是在技術(shù)、良率、成本、可靠性，還是有很多不確定性的情況，這個時候又要產(chǎn)能擴張，半導(dǎo)體廠家需要對這個市場的預(yù)判必須非常準確清晰，比如芯片有平面的有溝槽的，如果這個技術(shù)的預(yù)判出現(xiàn)了問題，設(shè)備投下去以后不具備這個能力，將來別人出來的產(chǎn)品直接降維打擊，前面的投入也是幾十億級別的，對于半導(dǎo)體廠家來說這幾十個億都是萬分謹慎的。 4.5 SiC產(chǎn)業(yè)化面臨的問題 不同的應(yīng)用場景有不同適用的封裝，如OBC、DC/DC上，以及小功率的30千瓦、50千瓦的，可能小功率的時候大家會采用分立的器件，但是功率稍微高一點，大家可能要集成化，綜合安裝成本低，要靈活度，這個可能就會帶來不同封裝的要求，不會有任何一個封裝師說我就是完美的。英飛凌第一代的技術(shù)基本上我們是單管、晶圓，包括雙面水冷。 首先要看應(yīng)用碳化硅的一些難點，首先第一個問題就是碳化硅成本，目前碳化硅的控制器跟硅基控制器相比是2到3倍的成本差距。這里面有一個碳化硅的拆分，襯底目前差不多占了成本的一半，所以就導(dǎo)致整個碳化硅成本居高不下。碳化硅襯底價格每年都在降，最終可能到2030年，價格會進一步降低。隨著碳化硅材料價格的下降，估計正式用的話大概在三到五年，碳化硅的價格會跟硅基的價格是持平的。 碳化硅還有一個應(yīng)用的難點是封裝難，主要原因在于碳化硅雖然是在航天和工業(yè)上一直用，對汽車來說也是一個新的材料。所以它要做封裝的話，目前大部分都是借用硅基的封裝模塊來做的，針對碳化硅的封裝目前還在開發(fā)當中。目前有兩個方向，一個是功率化往大的方向走，就是模塊化的，模塊化的有半橋、全橋。還有一塊是往單管方向走，搞單管器件并聯(lián)的方案。 然后要做碳化硅控制器的話，要配套相關(guān)的電容。碳化硅控制器對電容也是有全新要求的，因為要發(fā)揮碳化硅相關(guān)的能力出來，一方面它的耐溫，電容的耐溫會有進一步的要求，但是現(xiàn)在用的硅基碳化硅的電容模塊，主流都是紋波電容，紋波電容軟化溫度在170℃，最高使用溫度目前是在110度，所以用它直接做碳化硅控制器的電容是不合適的。所以電容這一塊肯定也是要做相應(yīng)的方案優(yōu)化以及升級。 還有就是碳化硅的驅(qū)動方面也是一個難點。因為現(xiàn)在驅(qū)動目前都是10kHz，碳化硅的頻率更高，可以到20kHz，用在電源上頻率更高。針對碳化硅驅(qū)動方面，要選用一些更高速的驅(qū)動芯片，在驅(qū)動電路方面也要做一些優(yōu)化改進。 還有一個難點是關(guān)于碳化硅的EMC問題，因為碳化硅使用的是比較高的開關(guān)頻率，很容易引起EMC的一些問題。所以針對碳化硅EMC的問題，我們推薦EMI去除設(shè)計方法，一個是降低器件的電流速率，通過使用高頻的RC來實現(xiàn)。還有是降低環(huán)路的雜散電感。還有一個是要考慮濾波器來滿足EMI的要求。 還有是關(guān)于結(jié)溫估算的，因為現(xiàn)在硅基IGBT的結(jié)溫估算已經(jīng)比較成熟了，但是關(guān)于碳化硅的結(jié)溫估算大部分還在做研究，我們是采用熱網(wǎng)絡(luò)法建立了碳化硅的熱模型，通過仿真和試驗實測對模型參數(shù)進行標定，實現(xiàn)對碳化硅結(jié)溫的估算。這是我們的實測數(shù)據(jù)，目前大概估算跟實測溫度大概相差20度以內(nèi)，還要再不斷的優(yōu)化。最終目標把它控制在10度以內(nèi)。 根據(jù)實測，碳化硅效率是很高的，碳化硅逆變器最高效率達到了99.6%，它的優(yōu)勢還是集中在中低負載，中低負載下的效率提升是非常明顯的，大概提升5%到8%。 電驅(qū)動總成要解決的是高集成度，映射到半導(dǎo)體的供應(yīng)商，其實就是解決好損耗的問題跟怎么散熱的問題，也就是從芯片的層面要解決怎么樣芯片更小，怎么接受溫度更高的運行，怎么把更高的熱散出去。整個半導(dǎo)體我們講的就是一個平衡的過程，用外圍散熱的設(shè)備或者散熱的點怎么綜合做一個平衡。想要更低的雜散電感，想要更高的功率密度。其實所有好的點集成在一起的時候，不代表會有很好的性價比，所以其實本身半導(dǎo)體這種設(shè)計來講是一個怎么能做平衡的過程。 不同的廠家，目前我們看到市面上的封裝有間接水冷的，有直接水冷的等等，不同的廠家對于產(chǎn)線的投入現(xiàn)在是不一樣的，尤其是在直接水冷的角度，相對來講大家就是簡單好用，集成度比較高。間接水冷，大家在散熱，在整個系統(tǒng)的處理跟投入上要有更多的能耗去做，整體來講完全取決于車廠跟自己路線的一些想法。 在未來的趨勢里面基本上有幾個大的點，到底是哪一種封裝更好？可能大家未必能達成一致，但是在未來封裝趨勢上這幾個大點基本上是可以達成一致的。比如說產(chǎn)品組合的易延展性，就是我們講的系統(tǒng)。第二個是熱性能的提升，怎么樣提高散熱，尤其在碳化硅的應(yīng)用領(lǐng)域，表面的熱集中的情況下怎么來處理。第三個，減少整個系統(tǒng)的雜生電感。比如本身它的雜生電感是在8.5，系統(tǒng)上我們也支持焊接的版本。 大家都知道傳統(tǒng)的模塊大家會采用磁環(huán)或者三合一的電流傳感器，我們?yōu)榱私鉀Q更好的功率密度的問題，大家可以選配英飛凌跟第三方合作的電流傳感器的模塊，可以極大的提升功率密度，在空間上節(jié)省8%的體積。 英飛凌雙面水冷的碳化硅模塊也會在2023年下半年開始面向公開的市場。采用英飛凌雙面水冷的模塊，采用比較高的氮化鋁的基板，有比較好的散熱。同時在上表面也采用了銅塊的技術(shù)，可以讓上表面處理大約40%的散熱處理。上表面、下表面的散熱也是非常關(guān)鍵，所以跟相同的單面模塊來比，整個散熱的優(yōu)勢大概提升40%左右。 4.6 SiC封裝方面面臨的挑戰(zhàn) 關(guān)于碳化硅封裝挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展趨勢，碳化硅要工作在175度結(jié)溫甚至更高溫度的封裝挑戰(zhàn)。假設(shè)65度水溫的話，如果器件將來要工作在175度或者200度，它帶來整個功率循環(huán)會變大很多，相當于要變大20度、30度甚至更多，這個對于整個壽命的要求實際上是帶來了比較大的挑戰(zhàn)。 高溫絕緣材料，像硅膠，工作在175度甚至更高結(jié)溫時，它在長期的情況下的老化和退化，包括變質(zhì)、變色，實際上已經(jīng)不太適合我們向更高的溫度去做一些研究，我們現(xiàn)在要么開發(fā)出更高耐受的絕緣性材料，要么采用一些封裝上面的方案來解決更高的絕緣材料帶來的挑戰(zhàn)。 還有一個無焊料的體系。焊料對整個循環(huán)壽命來講，這里面可能也會是它的一個短板。目前采用像銅線鍵合、銀燒結(jié)連接實現(xiàn)高溫高可靠性互連。還有就是像采用一些超聲、激光，在同質(zhì)的材料建立一些高質(zhì)量的連接。還有像在芯片的表面，因為你沒有辦法讓它們之間把金屬材料跟芯片表面進行連接，所以我們需要做一些緩沖層，降低整個芯片表面的金屬界面應(yīng)力，這樣它的整個循環(huán)能力這一塊，因為這個方案相對于我們目前大部分的，像器件廠家來講，它跟整個原來技術(shù)路線來說差別不會很大，首先工藝變得非常復(fù)雜，但是基本上技術(shù)路線還是一個比較相似的技術(shù)路線，所以這個地方，并且從整個壽命表現(xiàn)來講，前面我們也做了一些研究探討，基本上可以保證15倍甚至更高的壽命水平，這個地方是可以實現(xiàn)的。 第三個像芯片金屬化的增強技術(shù)。這個芯片表現(xiàn)我們可以采用一些銅、鎳這樣的金屬化材質(zhì)，因為碳化硅的芯片功率密度更高，而且芯片的大小實際上更小，你在里面鍵合鋁線，相對于鋁線溫度也會很高，它對整個芯片工藝重金屬污染這塊實際上會產(chǎn)生一些影響。 4.7中車SiC 目前中車現(xiàn)在做的碳化硅主要是有三種封裝形式，第一種是600A/450A的全橋的封裝模塊，它里面芯片的數(shù)量非常多，而且大家知道像碳化硅本身材料級的缺陷，它跟硅比起來，從原料級的缺陷就非常多。在這里面芯片的數(shù)量又非常多，對客戶來講這種方案可能是一種界面比較友好，安裝起來也是比較方便的，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計來講也比較簡單的，但是成本帶來的挑戰(zhàn)還是比較大的。 第二種，平面的封裝方式，這種跟全橋的相比在成本上是比較折衷的選擇，跟單管比也需要有限的數(shù)量，少數(shù)幾個基本上就可以滿足我們的要求，它也是一種比較好的解決思路，中車也做了一些探索。第三，中車還做了3300V的XHP封裝碳化硅模塊，這個模塊主要是面對軌道交通的應(yīng)用，它對電壓等級要求會更高。 中車對比了基于同樣S3的封裝形式，用現(xiàn)在的IGBT和碳化硅來對比，目前在額定功率的情況下采用碳化硅這種情況，它整個的損耗還是降低比較多的，因為它的開關(guān)損耗確實比硅有非常大的提升，大約可以節(jié)省54%的損耗，而且它整個對逆變器的效率這塊也是有提升。在這種比較低功率的段，這個實際上反而是電動汽車應(yīng)用最廣闊的供應(yīng)段，在這個效率的提升比剛才大效率的功率提升更明顯，整個損耗基本上降低了接近71.7%。 基于平面的封裝，主要是小型化和節(jié)省系統(tǒng)空間，包括采用銀燒結(jié)配合銅線鍵合和直接水冷，實現(xiàn)低熱阻封裝，它實際上采用單面安裝形式也可以達到比較好的效果。 針對這種平面封裝，中車也做了一些小樣的設(shè)計，整個做下來，整體的感覺就是在整個的功能上面都是沒有什么太大問題的，但是它實際上對應(yīng)用這塊的挑戰(zhàn)還是比全橋封裝的挑戰(zhàn)帶來了更大的一些挑戰(zhàn)，它對整個平整度來講，包括在整個封裝過程當中對工藝區(qū)塊的平整度、位置度要求也是更高的。 4.8博世SiC 在汽車里廣泛應(yīng)用碳化硅功率器件，可以有效減少功耗，提高電流。碳化硅的帶寬是硅基產(chǎn)品的三倍，熱傳導(dǎo)性也是它的三倍，在這個基礎(chǔ)上它的功耗又只有它的1/10。之所以這么受歡迎，還是因為碳化硅本身產(chǎn)品的耐高溫。 博世原來硅基產(chǎn)品典型的溫度在150-175度，而碳化硅的產(chǎn)品可以達到200度。最后一個是更高的開關(guān)頻率。在更高開關(guān)頻率的作用下可以實現(xiàn)更高的功率密度。整體來看，如果在汽車上更多使用碳化硅的話，它能量的損耗可以減少50%，同時它的工作溫度可以提高到200度，并且可以使外圍器件電容使用更少，有利于提高它的功率密度。 隨著碳化硅在車輛上的使用，如果說相同的里程，用碳化硅可以使用更小的電池；如果說電池容量一樣，那它可以有更高的里程。同時碳化硅的使用有利于提高效率，減少整個散熱系統(tǒng)的尺寸。在汽車上，如果碳化硅充分應(yīng)用，基本上可以提升大概6%左右的里程。 碳化硅可以有更快的開關(guān)頻率，這樣可以減少功耗，反過來就是提高了能效。隨著碳化硅在汽車上的廣泛應(yīng)用，大家原來使用的IGBT驅(qū)動要改變，所以我們碳化硅設(shè)計的時候，它的15V驅(qū)動或者18V驅(qū)動是可以兼容的。針對不同電壓值，它的功耗損耗區(qū)別非常小，可以忽略。 所謂車規(guī)級的碳化硅產(chǎn)品，它的失效率都比較低，博世推的產(chǎn)品也都是車規(guī)級的，并沒有工業(yè)類的。同時它的弱電流都比較低。這個其實是碳化硅材料本身固有的屬性，耐高溫。如果是碳化硅的裸片，在實際應(yīng)用中它的結(jié)溫目前來看可以達到200度。隨著結(jié)溫的提升，在相同的額定功率下模塊尺寸可以更小，能夠節(jié)約空間。 博世雙溝槽型的碳化硅，是一個縱向的延伸，可以有效地縮小尺寸間距。同時博世的碳化硅是專門針對汽車應(yīng)用的，是車規(guī)級的。雙溝槽的技術(shù)也有利于電流密度的提升，尺寸間隙的減小。在相對同樣的室溫下，溝槽型的碳化硅產(chǎn)品在同樣的面積下比傳統(tǒng)平面型的碳化硅要小很多。針對于可靠性的優(yōu)化也有利保證了碳化硅產(chǎn)品更高的性能。 4.9緯湃科技SiC 緯湃科技SiC用的是一個400V的系統(tǒng)，其實是為了和IGBT的400V系統(tǒng)做一個對比，所以采用了這樣一個400V的碳化硅系統(tǒng)進行的研究。它的工作電壓是250V-450V，最高電流是500A、240A，開關(guān)頻率用的是10kHz，當然后面為了進一步優(yōu)化碳化硅的效率，它是變頻率的，是從6-20kHz。 緯湃科技是在整車上進行的研究，其中動力總成占整車損耗的25%，減速器是恒定的損耗，是6.9瓦時，IGBT逆變器是8瓦時。如果研究系統(tǒng)優(yōu)化，主要就是為了提高系統(tǒng)的效率，從而一方面可以擴大續(xù)航里程，另外一方面也可以保持續(xù)航里程的前提下，可以節(jié)約電池。按照目前的電池電價來看，如果節(jié)約1瓦時相當于節(jié)約32歐元的價格。 緯湃科技首先只把逆變器里面的IGBT換成碳化硅元件，這時候就能降低開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，就能減少4.5瓦時/公里，整車如果從電池成本上就能帶來145歐元的成本節(jié)約。 如果把碳化硅的開關(guān)頻率提高，就能看到在不同的開關(guān)頻率下，6kHz和20kHz出來的紋波電流是不一樣的，紋波電流越低可以降低電機的損耗。同時由于碳化硅的開關(guān)速度快，同時還可以在死區(qū)時間上面進一步優(yōu)化，從原來的2微秒優(yōu)化到1.2微秒，這樣可以看到開關(guān)損耗也會有相應(yīng)的降低，同時電機的損耗也會有相應(yīng)的降低。 也對車輛使用不同工況進行了研究。其實能看出在提高碳化硅頻率時它的開關(guān)損耗是升高的，但是同時碳化硅頻率的提高、開關(guān)頻率提高，電機的損耗是隨著開關(guān)頻率升高逐漸降低的。從6-16kHz這個區(qū)間碳化硅的頻率升高，電機的損耗是有效降低的，但是在進一步提高的時候，特別是在低速和高扭矩的情況下，這時候電機的損耗其實并不是隨著碳化硅開關(guān)頻率升高而進一步降低，電機最低的損耗點是在前面14kHz的區(qū)域。這就說明了在不同的工況下，電機的最佳效率點是隨著工況的變化而有所變化的。 基于前面的研究，把整個WLTP內(nèi)部各個工況下的開關(guān)頻率，在電機損耗最低的值找出來。這里面就有低頻率狀態(tài)下的電機損耗情況和高頻率狀態(tài)下電機損耗情況。這是在不同的轉(zhuǎn)速和不同的扭矩情況下找出來最優(yōu)化的開關(guān)頻率。整個循環(huán)是536瓦時，這里面通過優(yōu)化開關(guān)頻率，能降低7瓦時再加上死區(qū)電壓額外的2.4瓦時，一共降低是9.4瓦時。 最后得出這樣一個結(jié)論，單純使用碳化硅逆變器能夠降低4.5瓦時/公里的功率消耗。如果用優(yōu)化過后的開關(guān)頻率，從逆變器端這邊的功率損耗其實是升高了，但是從電機的角度是進一步降低了0.55瓦時/公里，這樣在電機和逆變器綜合起來，加上死區(qū)時間的優(yōu)化，一共能優(yōu)化0.4瓦時/公里的功率損耗降低。加上碳化硅逆變器的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗的降低，這一共有4.9瓦時的損耗降低。折合的電池成本，這個也是一個相當可觀的收益。 4.10丹佛斯SiC 碳化硅的芯片是非常貴的，模塊貴不是做模塊的廠商把錢賺走的，賺的都是血汗錢，錢大部分都讓做芯片的賺去了。為了充分達到做模塊的競爭力，封裝廠要充分運用芯片的能力。要發(fā)揮芯片的能力就需要多學(xué)科的方法，包括材料科學(xué)、綁定連接工藝和創(chuàng)新散熱設(shè)計。 丹佛斯為了應(yīng)對此挑戰(zhàn)提供了不同的選擇方式。傳統(tǒng)的焊接跟綁定的方式在長期的功率循環(huán)過程中容易出現(xiàn)綁定脫落、翹起這些問題。業(yè)內(nèi)現(xiàn)在比較常見的串聯(lián)式冷卻方式也會給整個模塊底板帶來比較大的溫度梯度。以及常見的框架式和硅膠注塑的封裝形式一般來說很難達到很高的功率密度。其次這種封裝形式對潮氣、污染以及沖擊會比較敏感。 丹佛斯提供的差異化的封裝解決方案，包括了丹佛斯的DBB專利技術(shù)，同時還有消泡的水冷技術(shù)，這些技術(shù)可以快速提高模塊的散熱能力以及實現(xiàn)較高的功率密度和機械可靠性。 DBB技術(shù)就是將傳統(tǒng)的焊錫焊接用銅綁定來代替。當時銅綁定還包括銅帶的綁定。比如在750V的硅上面用的是銅帶綁定，在碳化硅的芯片上面因為尺寸比較小，所以用的是銅線來綁定的。未來芯片的結(jié)溫可能會進一步提高到250度，而客戶實際應(yīng)用中的冷卻溫度大概是在65度。 怎么來應(yīng)對這個挑戰(zhàn)？DBB通過銀燒結(jié)的技術(shù)，把熔點從普通焊錫的220度提高到銀燒結(jié)的960度。所以DBB技術(shù)可以說是未來碳化硅芯片應(yīng)用的一個共識。 接下來是丹佛斯專利的直接水冷技術(shù)，它直接把多個并行的水道直接集成在底板上面。這些水道進行U型流動，產(chǎn)生渦流效應(yīng)，這些渦流效應(yīng)會引導(dǎo)著冷卻液在前進方向上旋轉(zhuǎn)，這樣可以充分攪拌冷熱液體，提高模塊的散熱性能，達到極低的熱阻。 此外這種多水道并聯(lián)的方式有利于減少模塊的溫度梯度。另外這種水道方式也可以給模塊提供一個比較強的機械支撐，有利于模塊承受冷卻系統(tǒng)中出現(xiàn)的高壓脈沖。它不僅可以實現(xiàn)單個模塊的并行冷卻，還可以實現(xiàn)三相模塊之間的并行冷卻，冷卻液從左下角的進水口進入，以相同的距離流過三個模塊，然后從右上角的出水口出來，這樣每個模塊的溫度梯度都是一樣的。 仿真的參數(shù)，母線電壓是800V，開關(guān)頻率10kHz，冷卻液溫度65度，系統(tǒng)水流量是10升?？梢钥吹皆谶_到模塊的平均結(jié)溫175度的時候，它有將近700A有效值的輸出電流能力。在175度的結(jié)溫限制下，在20kHz的開關(guān)頻率下面，這款模塊還有著616A有效值的輸出電流能力。得益于碳化硅MOSFET極低的開關(guān)損耗，這時候它的開關(guān)損耗大概占整個模塊損耗的50%左右。在30K開關(guān)頻率下面，模塊還有著540A有效值輸輸出電流能力，這時候開關(guān)損耗大概占總損耗的60%。 丹佛斯定制了一款特殊的開蓋涂黑模塊，讓這個模塊直接以逆變工況運行，母線電池電壓到了835V，開關(guān)頻率到10kHz，65度的水溫，8升的水流量。逐漸提高控制器的輸出電流，并且實時觀測此時對應(yīng)芯片的結(jié)溫。每個開關(guān)是由8個芯片并聯(lián)的，記錄的是8個芯片里面最熱的那個芯片的溫度，在650A輸出電流的時候，模塊的最熱芯片結(jié)溫只有173度，而且8個芯片之間的溫度分布是非常均勻的。 4.11安森美SiC 安森美碳化硅的Inverter power主要是集中在150-160千瓦這個等級。再往下基本是IGBT。未來2023-2024年推出來的汽車，后驅(qū)基本上都是碳化硅，但前驅(qū)可能還是由IGBT為主。目前120KW或者還是IGBT，基本上160KW到250KW都會切換到碳化硅，目前400V碳化硅也能帶來5%以上效率的提升，所以400V系統(tǒng)還是有意義的。 安森美碳化硅是目前全球為數(shù)不多的幾家公司能從襯底一直做到模塊、到系統(tǒng)的公司，有些公司在襯底上非常優(yōu)秀，但是模塊不是那么優(yōu)秀；有些公司模塊做得不錯，但是由于襯底上可能會有一些缺陷，那會導(dǎo)致未來的供應(yīng)上會造成很大的問題。 碳化硅的模塊跟以前硅的不太一樣，因為硅相對來說是比較標準的市場，因為之前英飛凌推出來一個封裝，變成了相應(yīng)的標準，所有在硅里面都會用這個封裝。但是到了碳化硅，發(fā)現(xiàn)有好有壞，好的一點在于現(xiàn)在的客戶對于封裝的接受度非常高，就是不在乎封裝什么樣，更在乎的是性能什么樣、雜散電感怎么樣、熱度怎么樣，這個角度封裝變成了差異化的東西，所以這個對于國內(nèi)的一些公司來說也是好事，因為相當于打開了一扇門，只要能做出來好的封裝和好的產(chǎn)品，客戶都能接受?，F(xiàn)在各大車廠紛紛投資開發(fā)自己的模塊，做自己的封裝。 安森美主要做半橋的模塊，可靠性上會增加它的功率密度，另外雜散電感上盡量降低，目前市場上2點幾或者3點幾nH已經(jīng)是非常好的水平。還有一點，在TC上，基本上碳化硅都是175度，目前175度是持續(xù)工作電流，但是對于安森美來說，朝200度會更好一些。當溫度能提到200度以后，這個對客戶來說允許工作的電流再能夠提高，所以200度也是非常大的門檻。不僅是晶圓，還有封裝，還有材料等等全方位的一個挑戰(zhàn)。 我們不能拋開Die去講封裝。其實前段時間有一個客戶跟我們在抱怨他們用了一個模塊，是某一家公司做的，這里面模塊用的Die是另一家公司提供的，結(jié)果這個失效了。失效以后怎么辦？他去找模塊廠，當然模塊廠還是要認，因為是他的產(chǎn)品。但是模塊廠跟晶圓的提供方，兩方其實就有點扯皮，這個時候就說不清。晶圓方說這個是你沒有用好我的晶圓，把我這個搞壞了。模塊廠說我設(shè)計沒有問題，是你晶圓的問題。 所以晶圓是非常關(guān)鍵的，在模塊里面晶圓的占比也很高，所以我們不能拋開晶圓單獨去談模塊。尤其溫度，當溫度能提升到200度以上的時候，晶圓現(xiàn)有的條件，無論是測試標準、考核標準還有怎么樣篩選的標準都會發(fā)生變化。 同時還有一個Edge termination。在高濕的情況下，芯片最外面這一圈影響到弱電流，還影響到耐壓，之前做過一個試驗，168個小時的時候這里就會腐蝕失效了。一個好的設(shè)計，特別是對Edge來說，至少保證5000個小時。 襯底其實可選得不是很多，目前兩種，要么碳化硅要么氮化鋁，基本上就這兩種里面選。這個東西其實在小范圍里可以用，因為它本身是有害的，在不同的溫度下，我們必須在做模塊的時候，在不同的溫度下做好仿真，才能夠確保我們的產(chǎn)品在高溫的時候仍然能夠符合要求。特別是有些變形的會導(dǎo)致晶片脫落失效。封裝方面因為硅膠的方式溫度高了以后基本上不太適合，而且它在可靠性上也不是很好。從轉(zhuǎn)模的方式相對來說會好一些，可靠性比封裝的好不少。 安森美現(xiàn)在里面用的是用銀燒結(jié)，同時用的是氮化鋁的，總體比之前大概降低10%，Die是用銀燒結(jié)。這里能夠200度是短期的工作，大概是幾百個小時。首先Die是用銀燒結(jié)，同時是用焊接的，這個用的高性能氮化鋁，這個是跟之前的方案是一樣的，是兼容的。 安森美900V已經(jīng)有SSDC，1200V是2.6，這個是目前已經(jīng)量產(chǎn)的。通過仿真，整個溫度降低21%，效率提升5%，整個電流能力在450V提升29%，原來是500A，現(xiàn)在漲到763A。 4.12忱芯科技SiC 相比于傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體，SiC它整個電壓電流都是數(shù)十倍的提升。這么高的電壓電流變化率也對碳化硅的特性表征和整個驅(qū)動應(yīng)用帶來很大難點，包括它會帶來一些非常嚴重的振蕩。很多時候我們?yōu)榱俗龊芏嚅_通關(guān)斷的折中，我們會讓它開得慢一點，減少一些干擾。很多時候雖然可以通過整個開通關(guān)斷速度的降低減少挑戰(zhàn)，但是這樣其實并不能充分發(fā)揮碳化硅整個模塊的價值和它的性能。碳化硅芯片貴，模塊也貴，那考慮性價比怎么樣能夠充分和最大化地發(fā)揮碳化硅整個芯片模塊的價值，這就牽扯到我們怎么樣盡量最大化地駕馭碳化硅功率半導(dǎo)體整個芯片的模塊特性。 雖然相比于傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體，碳化硅開關(guān)速度是提升了五到十倍，所以整個開關(guān)頻率也可以大幅提升，但是我們現(xiàn)在看到很多電驅(qū)動系統(tǒng)，它其實整個開關(guān)頻率依然只有在10kHz左右，所以后面隨著電機的高速化，齒輪箱和電流系統(tǒng)高速化，碳化硅功率模塊都可以做很多工作，提升電驅(qū)系統(tǒng)的性能。 碳化硅整個芯片面積、晶圓面積相比傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體小了二到三倍，這樣帶來整個碳化硅短路承受時間也是大幅縮短的，相比傳統(tǒng)的硅基模塊有差不多10微秒，碳化硅差不多只有2-3微秒，所以它是大幅減少了。這樣也需要更加快速的過熱保護和短路保護，才能保證碳化硅電驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性。 從碳化硅動態(tài)特性來講，如果能夠精準測試、可靠測試和全面測試就是它的難點。首先整個電壓電路測試需要更高帶寬和精度，傳統(tǒng)那種粗放型的測試已經(jīng)很難滿足碳化硅這種高精準的要求了。碳化硅本身電壓比較高，達到千伏的等級，在這么高的電壓范圍，這么大的電流范圍，能夠把它精準特性測準也是關(guān)鍵點。很多時候我們說碳化硅都是說額定可以達到600A，但是由于它電壓太高，我們測試只能測到一半電壓或者一半電流，這樣沒法讓我們充分把碳化硅的模塊做一個全面測試，所以整個碳化硅的高速開關(guān)、回路雜感帶來的問題，回路雜感也會導(dǎo)致碳化硅的性能沒法充分發(fā)揮出來，因為這么大的回路雜感都會極大降低整個碳化硅高速開關(guān)帶來的電壓和電流的變化率。再者我們說碳化硅模塊可以做得非常低雜感，高的性能，但是我們也需要更加可靠的驅(qū)動電路和測試電路來匹配碳化硅器件和模塊的高速特性。這樣如果整個碳化硅電路不能具備高速特性和高抗干擾能力，很多時候驅(qū)動會失效，整個控制機臺也會損壞。 從雜感回路講，都希望整個功率回路雜感做到10nH以內(nèi)。解決方案無論是從導(dǎo)體疊層也好，整個回路面積也好，都是可以通過電子廠的優(yōu)化設(shè)計來優(yōu)化功率回路的雜感。這邊包括我們說的整個功率回路，不僅有功率母排需要低雜感化，薄膜互聯(lián)、包括整個設(shè)計端子互聯(lián)都需要低雜感化。 4.13上汽捷能SiC 800V給整車帶來最大的一個亮點其實就是充電，因為新能源車對充電的要求是比較高的，當應(yīng)用了800V以后，大功率充電就成為了可能。再就是800V帶來很大功率的提升，比如我們在400V平臺下可以做到250kw，800V平臺下可以做到350kw的功率等級。另外介入碳化硅高功率、高效的模塊應(yīng)用，可以使得整車續(xù)航有5%-8%的提升。還有由于800V這種高壓帶來的一些結(jié)構(gòu)緊湊方面的影響。 在2021年，800V的樁可以占比11%，2022年今年預(yù)計達到18%，2023年達到24%，2024年32%。從這個占比上可以看出來，每年的趨勢是在增高的，新上市的這些充電樁基本上都是滿足1000V這樣的一個等級要求的。但是從這個點也可以看出，市面上的一些老的樁畢竟還是之前開發(fā)的，沒有辦法滿足800V充電的需求，所以為什么昨天我看很多解決方案的都在提800V充電的兼容性。 上汽800V，電驅(qū)這邊重量增加了4%，但是它的重量功率密度大大提升，可以提升60%。但是碳化硅這種高壓功率器件成本還是比較貴，所以電驅(qū)的成本上升大概30%左右。另外一個部分就是電池，電池的充電速度其實可以大大地提升，提升50%-100%，甚至我們觀察到有的公司充電倍率會做得很高。電池的重量由于高壓等級帶來的變化，導(dǎo)致重量會提升5%-10%。 由于大家都知道800V更適合碳化硅的技術(shù)應(yīng)用，一方面主要是由于800V的這些優(yōu)點，使得它成本的上升其實在電驅(qū)方面和電池續(xù)航的均衡性可以達到一定的接近或者平衡。有些可能會說是有正收益，但這取決于碳化硅跟硅基的比，目前還是將近三倍的概念，大家也希望隨著行業(yè)的發(fā)展，包括產(chǎn)業(yè)的投資，包括現(xiàn)在看國內(nèi)有很多的廠商也在布局，希望這個成本能進一步地降低，最終從2025年之后會得到一個比較好的平衡點，這樣碳化硅在800V的體系下應(yīng)用會有更大的一個空間。 800V碳化硅帶來的首先就是效率方面，上汽將400V的C軸和800V的C軸效率做了對比，高效區(qū)明顯變大了，會比400V大很多。這里有幾個統(tǒng)計數(shù)據(jù)，90%的效率擴大6.6%，95%的效率區(qū)間擴大7%。碳化硅還有一個比較好的點是它更適合CLTC的工況，平均效率提高了3%-5%。 其實在10K頻率下也可以控制在2.1萬轉(zhuǎn)的高速情況，但是還是可以看到我們這種電流的波動其實還是比較大的。但是從10K提到12K的時候，這個波動降低到了原來的1/5，整個扭矩波動也很小，所以為什么說碳化硅應(yīng)用之后電機控制可以達到2.5萬轉(zhuǎn)這樣一個情況，而在IGBT應(yīng)用的平臺下其實做2.5萬轉(zhuǎn)的控制還是比較難的。 很多系統(tǒng)解決方案都提到了升壓，碳化硅可以促使基于碳化硅功率器件的復(fù)用上面把頻率做高。這里有一個數(shù)據(jù)，這個是13K以下測到的噪音，可以看15K、16K、17K，可以看到很明顯的優(yōu)化。我們當時也是在現(xiàn)場看，現(xiàn)場用耳朵聽，13K的時候明顯可以聽到聲音的，到20K幾乎已經(jīng)聽不到這種噪音。 首先，800V其實是技術(shù)可以帶來極致的體驗，它是新能源中重要的一個發(fā)展方向。另外碳化硅可以帶來續(xù)航的改善。第三我們也覺得中國新能源已經(jīng)發(fā)展了十多年，在業(yè)界已經(jīng)有了非常多的認知，所以從IGBT到碳化硅本身是需要一些系統(tǒng)上的設(shè)計優(yōu)化，但是我相信業(yè)界的同仁們都可以克服這些挑戰(zhàn)。第四是可靠性方面，因為碳化硅也是剛成熟，它的芯片、封裝包括主機廠的應(yīng)用，這個過程中其實需要更多主機廠跟半導(dǎo)體廠商大家一起來合作，把碳化硅的可靠性做好。 4.14 Yole SiC 汽車的電壓平臺其實是由它的電池決定的，決定之后其它所有的子系統(tǒng)都要到電池的電壓平臺進行校準或者對齊。系統(tǒng)實際上有兩部分，一部分是高壓的主線，另一部分是信號控制的部分。可以看到電池的BMS，其它的系統(tǒng)大家都很熟悉。現(xiàn)在問題來了，這么多系統(tǒng)，之前的情況是每一個系統(tǒng)一個控制，整個串到一塊做一個系統(tǒng)?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一個比較主流的集成方式，第一個就是所謂三合一的，另外一個是DC/DC、OBC、PDU集成的比較主流的方案。 碳化硅和800V是比較好的組合，但是它們倆并不是一對一的關(guān)系，最早其實出現(xiàn)800V的系統(tǒng)，但是當時碳化硅的器件并沒有那么成熟，所以實際上用的還是硅的IGBT搭建的。第一個大規(guī)模使用碳化硅器件的車型，是400V的。 這個市場真的是發(fā)展得非常快，最近Yole又做了一些更新，發(fā)現(xiàn)又有兩個車型使用的是碳化硅，一個是ET7，一個是SmartNo.1。其實這里面用的是一個國產(chǎn)的碳化硅的模塊，芯片不是，但模塊是國產(chǎn)的，是吉利一個廣東的公司，先把碳化硅的模塊應(yīng)用起來，在400V的平臺下面，因為800V對消費者的體驗是快充比較好，但是真正能達到快充級別的少之又少，所以可能上了這種系統(tǒng)，消費者買了但是真正能享受到的益處是十分有限的。隨著整個800V快充網(wǎng)絡(luò)整個鋪開之后，相信碳化硅和800V的協(xié)同效果就會發(fā)揮出來。這時候碳化硅的滲透率會出現(xiàn)比較大的提升。 芯片它就是這么小，其它的部分都是封裝。封裝從個人角度理解它實際上是兩個作用，第一是連接功能，不管是信號還是功率流一定要通過某種方式連接到外面的系統(tǒng)里面，封裝十分關(guān)鍵，不管什么形式都要實現(xiàn)連接功能。另外要保護的，放在板子上，兩個熱循環(huán)下來板子就崩掉了，所以這也是封裝比較關(guān)鍵的。但是保護之后帶來散熱問題需要考慮。 碳化硅模塊應(yīng)用需要考慮的幾個問題： 首先就是冷卻，大家比較熟悉的就是單邊的間接冷卻，這是功率比較低的情況。Yole認為碳化硅實際上會更適合雙面的水冷技術(shù)，效果會非常好。硅和碳化硅并不是完全一樣的，因為實際上目前碳化硅大部分還是平臺性器件，發(fā)熱的范圍很窄，產(chǎn)生的熱量其實很高，這樣對冷卻提出了更高的要求。 第二個所謂銀燒結(jié)技術(shù)，它有一個比較好的好處，相對來說封裝的溫度比較高。我們知道一旦封裝溫度比較高可靠性就有比較大的問題，銀燒結(jié)就可以克服這個問題。大家可以銀燒結(jié)實際上應(yīng)用到不同的位置，包括底端的連接，不同位置都可以采用銀燒結(jié)技術(shù)。銀本身它的導(dǎo)熱性也是比較好的。 除了銀燒結(jié)之外還有一個比較新的趨勢，銅燒結(jié)。材料本身的成本其實在這整個里面占比比較低，所以可能在成本上面不一定得到很大的優(yōu)勢，但是它可能實現(xiàn)一個全銅的模塊，這是一個比較有優(yōu)勢的地方。銀燒結(jié)應(yīng)該慢慢開始普及起來，銅燒結(jié)很多公司開始做，但是現(xiàn)在還沒有看到到量產(chǎn)的情況。 另外一個，鍵合技術(shù)。這里面尤其是對碳化硅來說，它可以在比較高頻的情況下運行，所以它需要一個非常低的低電感技術(shù)。這里面我們提出了一些我們覺得比較有意思的，或者比較前瞻性的技術(shù)。這里面用了一個柔性的，有點像電路板的鍵合方式，包括像雙面的鍵合，包括像他們做的也比較有意思，他們直接相當于把整個包覆的板作為像引線一樣，直接焊接到這個表面，這都是比較新穎的鍵合技術(shù)。 另外大家比較關(guān)注的就是成本了。Yole把碳化硅和硅整個成本的比例是放到2.5左右，我們覺得在未來幾年它可能逐漸降低到2左右。 材料方面，但是現(xiàn)在氮化鎵在車上應(yīng)用比較少，Yole做市場預(yù)測，大概從2026年就可以超過硅基的材料了。 參考資料：
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