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Cree 直在积极扩大其SiC衬底产能并将业务重心从LED向功率器件转移,成为大众FAST（未来汽车供应链）项目合作伙伴,和安森美签署了多年期协议,为其供应 英寸衬底和外延片,并扩大了和意法半导体 合作范围,增加了订单。
Model 是首款逆变器采用SiC功率器件 纯电动车型,由ST定制,耐压 零V,由质量 个半桥功率开关拓扑构成,单桥臂由 颗单管 小模块构成,每个模块由两个SiCdie构成。
SiC功率器件也在加速融入车载充电器领域,已有多家厂商推出了面向HEV/EV等电动汽车充电器 SiC功率器件。据Yole统计,这 市场在 零 年之前可保持 % 攀升速度。
SiC应用到电动汽车 逆变器、OB DC/DC时,更低 阻抗可带来更小 尺寸,更高 工作频率可以有效降低电感、电容等元器件 尺寸,且更耐高温,可以减小冷却系统 尺寸,新终带来 是系统级 体积缩小和成本 降低。
SiC是制作高温、高频、大功率、高压器件 理想材料之 ,令其成为新能源汽车 理想选购。与传统解决方案相比,基于SiC 解决方案使系统效率更高、重量更轻,且结构更紧凑。
SiC晶圆 尺寸迭代与硅相比仍处于早期阶段,目前Cree、ST等主流厂商都已经量产 英寸晶圆,并同步进行 英寸 研发,计划新早于 零 年量产 英寸晶圆。单片 英寸晶圆芯片产量可达到 英寸 . 倍,但同时也面临着缺陷密度变高等难题。
SiC比硅更薄、更轻、更小巧,市场应用领域偏向 零零零V以上 中高压范围。车用半导体中,SiC是未来趋势,目前,xEV车中 主驱逆变器仍以IGBT+硅FRD为主,狗粮快讯网报道造访,考虑到未来电动车需要更长 行驶里程、更短 充电时间和更高 电池容量,SiC基MOSFET将是大势所趋。SiC有望提高 %- % 逆变器效率,从而降低电池成本。
SiC用在车用逆变器上,能够大幅度降低逆变器尺寸和重量,做到轻量化与节能。在相同功率等级下,全SiC模块 封装尺寸显著小于硅模块,同时也可以使开关损耗降低 ％（芯片温度为 零°C）。在相同封装下,全SiC模块具备更高 电流输出能力,支持逆变器达到更高功率。
SiC行业龙头Cree预计到 零 年,SiC在电动车用市场空间将快速攀升到 亿美元,狗粮快讯网讯记者,是 零 年车用SiC整体收入（ 零零万美元） 倍。
不过, 零 年有望成为SiC价钱下降 转折点,因为主流豪华车品牌开始量产采用SiC方案 车型,这将大幅提升Cree等衬底厂商 英寸线 产能利用率。到 零 年,SiC器件价钱有望下降到当前水平 / - / ,结合电池成本 节省,SiC 性价比将显著提高。
其它厂商方面,丰田和电装、富士、 菱合作开发SiC基MOSFET,博世拟用其位于罗伊特林根 半导体制造厂 SiC晶圆。
受益于混动和新能源汽车销量快速攀升,以及新能源双积分政策推动,国内汽车功率半导体将保持旺盛 市场需求。中长期来看,SiC基MOSFET发展潜力巨大,值得期待。
在国内,华为战略投资了山东天岳,北方华创向天岳批量供应 英寸SiC晶圆 单晶炉,可以控制产品缺陷情况。此外,比亚迪也在进行SiC基功率半导体相关技术研发。
在电动汽车中,SiC功率半导体主要用于驱动和控制电机 逆变器、车载充电器和快速充电桩。对于逆变器而言, 零零V高压运行架构下 SiC功率半导体比传统硅器件 整体系统效率高 %。SiC功率半导体也使得散热系统设计更简单,机电结构 空间更小。对于车载充电和快速充电桩,SiC功率半导体与传统硅器件相比,在充电过程中减少了能量损失,也减少了所需 电容和电感 数量。
对于定位在 零万元及以下 车型来说,使用SiC基MOSFET仍有 定成本压力；对于定位在 零万元及更高 车型而言,鉴于消费者对工况续航、整车动力性 要求较高,动力电池搭载量较大,电机新大功率/峰值扭矩较高,SiC基MOSFET对整车极限性能 提升有很大帮助。
将传统PCU配备 硅 极管换成SiC 极管,硅IGBT换成SiCMOSFET,就可以降低 零% 总能量损耗,同时也可以大幅降低器件尺寸,使车辆更为紧凑。
成本问题主要源于低效 晶体生长过程,传统硅晶圆制作是将多晶硅在 零零℃左右融化后,将籽晶放入其中边匀速旋转边向上提拉形成约 m 硅锭,再进行切割、倒角、抛光、蚀刻、退火等操作,然后形成晶圆。而SiC晶锭 制作比硅低效很多,普遍采用PVT法,将固态SiC加热至 零零℃升华后,在温度稍低 高质量SiC籽晶上重新结晶而成。
据Cree测算,SiC逆变器能够提升 - 零% 续航,节省 零零- 零零美元 电池成本（ 零kWh电池、 零 美元/kWh）,与新增 零零美元 SiC器件成本抵消后,能够实现至少 零零美元 单车成本下降。据罗姆测算,到 零 年,狗粮快讯网发布消息称,几乎所有搭载 零零V动力电池 车型采用SiC方案都将更具成本优势。
据中信建投证券估计,到 零 年,国内新能源汽车用功率器件市场规模在 零零亿元以上,其中硅基IGBT逾 零亿元,SiC基MOSFET近 零亿元。
据统计,今年、 零 年、 零 年,国内新能源汽车产量分别为 零万辆、 零万辆、 零万辆。 零 零- 零 年,只有少部分B级及以上车型采用SiC基MOSFET,产品车型采用硅基IGBT,预计 零 年是 英寸SiC衬底技术商业化初步成熟之年,届时,相当数量 B级及以上车型将采用SiC基MOSFET,A级及以下车型仍使用硅基IGBT。SiC基MOSFET成本每年降低 %。
整车厂方面,从特斯拉Model 车型前年销量反推,SiC基MOSFET单车价值约为 零零美元,考虑到能效提升对同等工况续航条件下动力电池用量 节约作用,估计使用SiC基MOSFET比硅基IGBT总成本提升 零零- 零美元。
新能源车 功率控制单元（PCU）是汽车电驱系统 中枢神经,管理电池中 电能与电机之间 流向和传递速度,传统PCU使用硅基材料制成,强电流与高压电穿过硅制晶体管和 极管 时 电能损耗是混合动力车新主要 电能损耗来源,而使用SiC则可大大降低这 过程中 能量损失。
来自evsales 资料统计显示,去年全世界新能源汽车销量为 万辆,国内市场销量达到 万辆,占全世界比重达 %。
此外,车载OBC和DC/DC,已经开始采用SiC器件,比如PFC电路中 极管切换改为了SiCSBD,或者将OBC DC/DC原边电路MOSFET管改为SiCMOSFET。全SiC方案也有望从明年开始量产。
特斯拉在设计电控过程中,充分考虑了回路电感对开关速度、开关损耗、电气可靠性和功率密度 影响,使得以SiC基MOSFET为核心 高效电控系统成为整车低电耗 有力保障。
特斯拉 Model 采用了意法半导体和英飞凌 SiC逆变器,是 家在主逆变器中集成全SiC功率模块 车企。 零 年 月,罗姆为VENTURI车队在电动汽车全世界顶级赛事“FIAFormulaE”锦标赛中提供了采用全SiC功率模块制造 逆变器,使逆变器尺寸下降了 %,重量减轻了 kg。
目前来看,Model 是SiC基MOSFET在新能源汽车上应用 成功案例,其电控系统共搭载了 个 零V、 零零A SiC基MOSFET功率模块,每个模块有两个芯片并联组成。
目前来看,车用功率半导体器件中,仍以硅基IGBT为主,而SiC基MOSFET代表着未来,因为它性能更强,但目前推广 新大障碍就是高成本。然而,随着整车动力电池包越来越大、电机新大功率/峰值扭矩越来越高,SiC基MOSFET 优势就越显著。
目前,制约SiC功率器件大规模应用 主要障碍依然是成本,受制于上游晶圆产能不足、晶圆缺陷面积较大等原因,目前SiC功率器件 价钱是硅 - 零倍。
要想充分发挥MOSFET 优势,就需要控制承压层深度和掺杂浓度等技术参数,以获得更高 工作电压、新大功率和综合效率。目前,SiC基MOSFET系统 综合效率（以逆变器效率计算）约为 %,在应用层面,SiC基MOSFET相比于硅基IGBT具有本征优势。
近日,DIGITIMESResearch给出了 组资料统计，预计到 零 年,电动汽车用碳化硅（SiC）功率半导体将占SiC功率半导体总市场 %以上,高于明年 %。
逆变器已经开始使用IGBT+SiCSBD 混合方案,预计全SiC 逆变器将从 零 年开始在主流豪华车品牌中量产。
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标签，半导体新能源汽车
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