碳化硅功率模塊
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
碳化硅功率模塊的實例教程
3、當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，新能源電動汽車縮短充電時間
充電時間長短是評價一輛新能源電動汽車性能體驗感的重要參數，當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊高擊穿電場強度特性，有助于提高碳化硅器件的功率范圍，降低通電電阻，可在800V及以上的高壓平臺上搭配350kW以上超級充電樁，以提升充電速度，縮短充電時長。
4、當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，有助于新能源電動汽車輕量化
當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊增強電氣和機械性能以及可靠性，能夠實現高頻開關，減少濾波器，變壓器、電容、電感等無源器件的使用，從而減少系統體系和重量，相同功率等級下實現封裝體積尺寸更小。同時，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊且具有良好的熱導率，可以使器件模塊工作于較高的環境溫度中，從而減少散熱器體積和重量。SiC可以降低開關與導通損耗，使系統效率提升，同樣續航范圍內，可以減少電池容量，有助于車輛輕量化。
5、當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，新能源電動汽車降低電池成本
充電功率相同的情況下，當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，氮化硅陶瓷基板升級SiC功率模塊實現新能源電動汽車在800V高壓快充架構下的高壓線束直徑更小，相應成本更低；氮化硅陶瓷基板升級SiC碳化硅功率模塊高熱導率實現新能源電動汽車電池散熱的更少，相對降低電池熱管理難度，進一步降低電池整體成本。
展開 據公示消息，蔚然動力項目分為8個內容，其中包括新增碳化硅實驗室，將自研一條碳化硅功率模塊工藝實驗線，新增若干測試設備。
據了解，碳化硅材料可使系統效率更高、重量更輕，且結構更緊湊。在電動汽車中，碳化硅可應用于驅動和控制電機的逆變器、車載充電器、快速充電樁等系統。目前，不少電動車制造商均開始快速導入碳化硅技術。
電動車制造商入局碳化硅，不僅可以保證自己掌握核心的技術壁壘，形成更好的用戶體驗，也能加強供應鏈的穩定。
值得注意的是，今年6月，蔚來首臺碳化硅電驅系統C樣件（批量樣件，用于工藝和生產試驗驗證）下線。作為蔚來第二代電驅動平臺的產品，該電驅系統更加高效、緊湊、輕量化，是當前電動車制造領域的先進技術。
據悉，該SiC電驅系統將搭載在ET7上，為車輛提供更長的續航里程。蔚來ET7于今年1月全球首發，5月正式下線。車輛定位為純電動中大型轎車，配備容量為70kWh、100kWh和150kWh三種電池包，NEDC工況下續航里程分別超過500km、700km和1000km。
來源：化合物半導體市場
展開 功率模塊各個構件的材料屬性非常重要，本文沒有深入研究過各種材料的特性，僅簡要介紹幾種主流材料以及文中設計功率模塊所涉及的材料。
在這些部件中，最主要是器件、陶瓷襯底。器件是模塊的核心，陶瓷襯底是器件散熱、絕緣以及電回路的襯底基礎。器件損耗產生的熱，絕大部分通過陶瓷襯底經底部基板耗散出去，同時陶瓷襯底的熱阻占了器件結到模塊外殼熱阻的大部分，陶瓷襯底以及上下表面焊料層也是功率模塊可靠性問題的重點。所以陶瓷襯底的選擇是功率模塊設計中除功率器件本身之外最重要的部分。
對于電動汽車應用的功率模塊，A1203和AIN是常見的襯底材料，前者是傳統硅IGBT功率模塊中常用的襯底材料，價格低廉；后者導熱性能好，機械強度也較高，而且熱膨脹系數（CTE）和SiC材料的CTE(3ppm/°Ｃ）更接近，所以導熱性和可靠性會更高，但是價格較高。兩者的性能對比如表5.1所示。
焊接材料主要用于器件與陶瓷襯底和底部基板與陶瓷襯底兩處的連接，考慮到模塊工作時的溫度分布，本文在兩處采用了兩種焊錫材料。器件與陶瓷襯底之間溫度相對較高，采用的焊錫材料也是熔點較高的錫銅焊料（~225°Ｃ），陶瓷襯底與底部基板之間溫度190°Ｃ）。
半導體芯片正面引線鍵合所用的鍵合線有多種材料，常見的有鋁（Al）、金（Au）、銅（Cu），本文中采用了ＡI鍵合線，由于商業芯片正表面基本為Al層，所以鍵合線和芯片之間鍵合程度高。
展開 蔚來品牌的產品調性需要功率、扭矩較大且效率高、體積小的電機，當時市面上要么沒有合適體積的，要么成本太高，于是自研自造最靠譜。其次蔚來汽車聯合創始人鄭顯聰表示過：“三電系統是每一個電動車品牌的技術核心，蔚來將最核心的三電系統從研發到零部件供應都由自己來控制，可以掌握更多的主動權。”
從規模化上來說，得益于蔚來產品銷量的強勁態勢，截止2021年10月12日，蔚來第一代電驅動總成年產量已經達到了14萬臺，累計產量突破30萬臺，在XPT工廠建設之初，蔚來聯合創始人秦力洪曾對外表示，“XPT自產自銷的利潤平衡點大致在10萬臺附近。”按照這個說法，XPT已經開始“盈利”了。
第二代有哪些亮點?
蔚來整個第二代電驅動系統峰值功率比第一代峰值功率提升了20%，峰值扭矩也提升了23%，而且這是在保持電驅系統體積和重量沒有太大變化的前提下，做到的各項性能的提升。實際上要想提升系統功率、扭矩，蔚來完全可以靠塞入兩個更大的電機來實現，但蔚來采用的是“以小搏大”的策略。
不過，碳化硅目前也有成本高、工藝復雜的缺點，所以能應用的車型還很少。特斯拉是首個使用碳化硅的車企，比亞迪也有自研的碳化硅模塊，而哪怕是2021年上市的極氪001和2022年上市的智己L7，哪怕它們的價格也并不便宜，但仍然使用的還是傳統硅基IGBT模塊。
目前電動車車企大多采用傳統硅基IGBT功率模塊作為電機電控的核心部件，但傳統硅基IGBT由于它自身特性，天生會有一些劣勢。最主要的劣勢是傳統硅基IGBT電壓范圍窄、通過的電流不夠大。我們前面說過它主要的作用是轉化電流，那么一旦它通過的電流不夠大，就會使得電機無法100%的發揮其真正的“威力”，從而影響動力系統最大功率和扭矩的輸出。
不過碳化硅功率模塊制造工藝復雜，成本較高，還沒有得到規模化應用，并不適合所有車型。
展開 蔚來
2021年4月1日，蔚來旗艦轎車ET7首臺生產線車身正式下線，據介紹，ET7采用了具備碳化硅功率模塊的第二代高效電驅平臺。
2021年6月，首臺碳化硅電驅系統C樣件（批量樣件，用于工藝和生產試驗驗證）也已經于今年6月在南京先進制造技術中心正式下線，該碳化硅電驅系統將搭載在ET7上，標志著蔚來成為特斯拉、比亞迪之后，又一家成功將SiC技術應用至其量產車型功率器件零部件的車企。該碳化硅電驅系統將在2022年隨著蔚來ET7的交付正式量產，該車將是全球首批應用碳化硅功率模塊的電動車之一。在新技術的幫助下，ET7 的續航里程能夠超過 1000 公里。
2021年10月份消息，蔚來將自研一條SiC功率模塊工藝實驗線，新增若干測試設備。與此同時，蔚來也與碳化硅功率模塊供應商合作伙伴簽訂了長期的協議，可保證獲得優先的供貨。未來，蔚來在推動SiC應用于新能源量產車型方面取得的進一步成果將備受期待。
2021年11月29日，ET7首批預生產車正式下線，作為蔚來旗下首款轎車，基于SiC功率模塊的電驅動系統，量產進程穩步推進。
SiC功率模塊主要用在ET7電驅動系統中的前永磁同步電機系統，取代了傳統的硅基IGBT功率模塊，彌補了傳統硅基IGBT電壓范圍窄、通過的電流不夠大的劣勢。
值得一提的是，碳化硅功率模塊未來有望陸續配備在ES8 、ES6及EC6在內的全系車型上。
2021年12月18日，蔚來宣布ET7將于2022年1月20日開啟鎖單，3月28日開啟交付。
2021蔚來日（NIO Day 2021）當天，蔚來又發布了一款搭載SiC功率模塊電驅動系統的車型——中型智能電動轎跑ET5，預計2022年9月開啟交付。ET5搭載了蔚來SiC功率模塊新一代高效電驅平臺。
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碳化硅功率模塊的相關專題、標簽、搜索
碳化硅功率模塊的最新內容
IEEE Explore上發表的一篇技術論文中，對他們的創新型專有方法進行了介紹，論文題為《Automated Multidisciplinary Analysis and Lab Verification for Silicon-Carbide Based Power Modules》（碳化硅功率模塊的自動化多學科分析和實驗室驗證） 。
其次，電控效率大幅提升，采用碳化硅功率模塊和無極升壓技術，功率密度提升50%，損耗降低15%，效率提升2%。最后，電機冷卻方式從多點噴淋進化為環瀑式油冷，最高工作轉速提高31%，熱交換效率提升30%，持續功率提升30%。通過轉子軸中空設計和新型硅鋼片結構，五菱將電機工作轉速鎖定在21000rpm，機械轉速達到27258rpm，極限轉速突破3萬轉。
瑞森半導體（REASUNOS）推出應用在5W-18W LED電源上的LED驅動模塊RSC6218A。
LED驅動模塊RSC6218A小功率、小體積、高效率，應用在5W-18W LED電源上
LED驅動模塊RSC6218A是一款LLC 諧振拓撲功率模塊，帶有半橋驅動的控制電路和功率轉化器件，適用于 LED 恒流控制線路，電路工作頻率可達200KHz。采用絕緣體上硅SOI及BCD
CINNO Research產業資訊，日本半導體材料加工設備廠商高鳥株式會社（Takatori，以下簡稱為“高鳥”）近日推出了一款用于切割功率半導體方向碳化硅（SiC）晶圓的新型切割設備。該設備不僅支持切割當下主流的直徑為6吋（約15厘米）的晶圓，還可用于切割10吋晶圓（約25厘米），可顯著提升半導體芯片的生產效率。
新型多線切割設備可切割直徑為10吋的晶圓
與硅基功率半導體相比
來源：阿基米德半導體
IGBT全稱為絕緣柵雙極型晶體管，特點是可以使用電壓控制、耐壓高、飽和壓降小、切換速度快、節能等。功率模塊是電動汽車逆變器的核心部件，其封裝技術對系統性能和可靠性有著至關重要的影響。
傳統的單面冷卻功率模塊一直是汽車應用中最常見的封裝結構之一。傳統的IGBT功率模塊主要由IGBT芯片，氧化鋁覆銅陶瓷基板
（1）行業概況
1）產品概述
良好的熱管理對于功率模塊穩定性和可靠性尤為重要，相較于其他應用領域，新能源汽車電機控制器用功率半導體模塊面臨著更為復雜的使用環境和特殊的應用工況：一是車載工況功率等級高、循環波動極其復雜，功率模塊溫度快速變化，經常處于“極熱”或“極冷”狀態，消費級半導體溫度可承受區間一般為-20℃—70℃，而車規級半導體一般要求溫度可承受區間達到
來源 | 無機材料學報
作者 | 付師1,2，楊增朝1，李江濤1,2
單位 | 1.中國科學院理化技術研究所 低溫重點實驗室; 2. 中國科學院大學材料與光電研究中心
摘要：隨著以 SiC 和 GaN 為代表的第三代寬禁帶半導體的崛起， 電力電子器件向高輸出功率和高功率密度的方向快速發展， 對用于功率模塊封裝的陶瓷基板材料提出更高的性能要求
一、前言
大功率電源通常由一個變壓器、整流電路、濾波電路、功率半導體器件和開啟電路等多個部分組成。變壓器主要用于將市電的交流電壓轉換為設備所需要的直流電壓。整流電路將輸出的交流電壓轉化為直流電壓。濾波電路可對直流電壓進行過濾，使其更加穩定。
士蘭微董事長陳向東曾在接受采訪時表示，通過發揮IDM一體化優勢，士蘭微碳化硅功率器件芯片量產線進展順利，已具備月產2000片6英寸SiC芯片的生產能力，預計到今年年底SiC芯片生產能力將提升至6000片/月；士蘭SiC MOS芯片性能指標已達到國際先進水平；士蘭微用于汽車主驅的碳化硅功率模塊已向國內客戶送樣，爭取在今年年底前上車，同時士蘭微碳化硅產品在光伏、儲能、充電樁、OBC等領域也已展開全面推廣
當氮化硅陶瓷基板邂逅碳化硅功率模塊，氮化硅基板的優異高強度和高導熱的綜合性能，完美配套升級碳化硅功率模塊的性能優勢。
