車規級功率半導體模塊
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
車規級功率半導體模塊的實例教程
（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-40℃—125℃。
此外，在對抗濕度、粉塵、鹽堿自然環境、有害氣體侵蝕等方面，車規級半導體也有更高要求；二是汽車行駛過程中會存在振動與顛簸，功率模塊長期處于高震動的工作環境，要求功率模塊各組成部分具有足夠的機械強度，能夠在強震動環境下正常運行；三是必須確保超長使用壽命和零容錯率，整車設計壽命通常在 15 年及以上，遠高于消費電子產品的壽命需求，在失效率方面，整車廠對車規級半導體的要求通常是零失效；四是裝配體積、重量和制造成本有嚴格限制。
新能源汽車電機控制器復雜嚴苛的使用工況對功率模塊散熱基板的性能和可靠性提出了很大的挑戰，散熱基板需在熱傳導性能、熱膨脹系數、硬度、耐用性、體積、成本等諸多方面滿足車規級使用場景的需求。
發行人所產銅針式散熱基板，即用于配套電機控制器用功率模塊。散熱基板作為電控功率模塊的重要組成部件與核心散熱功能結構，通過改善功率模塊散熱性能，進而提升電機控制器功率密度，最終達到優化電驅動系統性能的效果。
2）散熱方式與結構
從實踐看，目前常見的功率模塊熱管理方式主要有空冷散熱和液冷散熱。
展開 作為七家重點連線分會場之一，臨港新片區聞泰科技12英寸車規級半導體晶圓制造中心項目正式開工。
該項目由上海鼎泰匠芯科技有限公司投資，其控股股東聞天下投資有限公司也是A股上市公司聞泰科技的控股股東。據聞泰科技公告顯示，為避免投資風險，最大限度保護公司及全體股東特別是中小股東利益，經過審慎判斷，同意12 英寸晶圓制造項目由控股股東拉薩聞天下進行先行投資建設。拉薩聞天下作出避免同業競爭、以及滿足相關條件后建成2年內轉讓給聞泰科技的承諾。
該項目總投資120億元，預計年產晶圓片40萬片，經封裝、測試后的功率器件產品，可廣泛應用于汽車電子、計算和通信設備等領域，達產產值33億元/年。
隨著電動汽車在全球的快速普及，汽車半導體正進入快速發展軌道，預計到2022年汽車半導體市場規模有望達到651億美元，占全球半導體市場的12%，成為全球半導體細分領域中增速最快的市場。預計到2026年，電動汽車的市場占有率預計將會超過傳統汽車，而中國將成為全球最大的電動汽車生產國和消費國。
聞天下、聞泰科技、鼎泰匠芯董事長張學政表示，汽車半導體特別是中國汽車市場的巨大需求，拉動了我們的投資，讓我們決定在上海臨港新片區建設12英寸車規級功率半導體晶圓制造中心。臨港新片區已經是中國重要的電動汽車產業基地，聞泰科技12英寸車規級功率半導體晶圓制造中心項目，對臨港新片區建設世界級的電動汽車全產業鏈具有重要意義。
展開 PPT | 車規級功率器件封裝及可靠性
電控
800V下SiC性能優異，替代Si基功率半導體趨勢明確：
SiC基功率半導體相比Si基具備更高耐壓等級和開關損耗，以Si-IGBT為例，450V下其耐壓為650V，若汽車電氣架構升級至800V，考慮開關電壓開關過載等因素，對應功率半導體耐壓等級需達1200V，而高電壓下Si-IGBT的開關/導通損耗急劇升高，面臨成本上升而能效下降的問題。
800V下SiC的耐壓、開關頻率、損耗表現優異，是800V趨勢下最大受益元器件。
薄膜電容提升耐壓等級，短期內單車價值提升：
薄膜電容的作用是作為直流支撐電容器，從DC-link端吸收高脈沖電流，保護功率半導體。一般一個功率半導體配一個薄膜電容，新能源車上主要用于電機控制器、OBC上，若多電機車型，薄膜電容用量亦會隨之增加。另外，在直流快充樁上亦需要一個薄膜電容。
目前薄膜電容ASP為200元，800V趨勢下，薄膜電容的ASP需提升約20%。另外短期看，800V會在高端車率先應用，高端車一般采用多電驅配置，提升薄膜電容用量。
電池
負極快充性能要求提升。
展開 對于 750 V 車規級的 IGBT 芯片而言，電流密度已從200 A/cm2 和 275 A/
cm
2
，發展到 315 A/
cm
2
，通過逆導結構進一步提高芯片電流密度， 750 V 車規級 IGBT 芯片電流密度有望超過 350 A/
cm
2
。
圖17 750 V 精細溝槽柵 IGBT 元胞結構、折衷曲線及開關損耗與柵極電阻的關系
目前，750 V 功率器件是乘用車應用的主流，1200 V 功率器件是電動大巴應用的主流。隨著快充技術的發展，功率器件阻斷電壓會逐步提高到 1200 V，SiC MOSFET 開關頻率將從硅基 IGBT 的 10 kHz 提高到 15 kHz 或更高，電流密度與開關損耗的折衷更有優勢，但必須解決好溝槽柵設計、柵氧可靠性、薄片工藝等關鍵技術和材料成本高、制造效率低的劣勢。
車規級功率器件封裝面臨功率密度與應用可靠性的巨大挑戰，需解決好模塊低感結構設計、高散熱效率封裝和高溫封裝等一系列材料、結構和工藝上的難題。滿足 175 ℃高溫運行是車規級別器件基本需求，因此平面封裝和雙面散熱模塊有很好的應用前景。
國產車規級功率器件已經形成包括標準封裝、Pin-fin（針翅）單面水冷和雙面散熱封裝等系列化產品（見圖 18），可以滿足各種功率等級電機控制器應用需求，并通過了車廠嚴格驗證與考核，開始批量應用推廣，有能力支撐汽車電動化的應用進程。
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圖18 自主車規級功率半導體模塊產品
綜上所述，基于國內功率半導體在軌道交通、電力系統和汽車電動化 3 個領域多年的技術積累，形成了晶閘管、IGCT、IGBT 和 SiC 完整的技術體系和產能布局，可支撐基于“雙碳”愿景下新能源的生產、輸送、配電、儲能、用電環節功率半導體應用需求。
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來源：中信證券、馭勢資本研究所
文章大綱
核心觀點
動因：為什么是800V
整車：會戰高端化，800V車樁并舉
零部件與元器件：SiC和負極受益最大，其他部件平滑升級
1月4日，2021年上海市重大項目開工儀式順利舉行。臨港新片區10個投資額超10億元的產業項目參加此次集中開工儀式，總投資超300億元。作為七家重點連線分會場之一，臨港新片區聞泰科技12英寸車規級半導體晶圓制造中心項目正式開工。
