SiC功率器件
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-01-11
SiC功率器件的視頻教程
特斯拉Tesla Model 3電控系統(tǒng)介紹，電池/三相逆變、電機(jī)、IGBT與碳化硅MOS驅(qū)動(dòng)系
Model 3電機(jī)控制器是第一款采用全SiC功率模塊的電機(jī)控制器，據(jù)一些國外的土豪拆解分析，SiC功率器件采用的是ST公司的GK026，驅(qū)動(dòng)芯片采用的是ST的STGAP1AS，母線電壓采樣ACPL-C87(A)BT
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半導(dǎo)體器件的功率循環(huán)及熱可靠性測(cè)試
本視頻介紹了半導(dǎo)體器件的功率循環(huán)及熱可靠性測(cè)試流程。 第一步：將待測(cè)器件與POWERTESTER連接，輸入相關(guān)參數(shù)，校準(zhǔn)K系數(shù)（溫度敏感因子） 第二步：通過測(cè)試平臺(tái)內(nèi)置的觸摸屏電腦，設(shè)置待測(cè)器件的循環(huán)策略，啟動(dòng)設(shè)備，進(jìn)行全自動(dòng)熱瞬態(tài)及功率循環(huán)測(cè)試 第三步：數(shù)據(jù)分析（支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出，進(jìn)行結(jié)構(gòu)函數(shù)分析、生成熱模型等）
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多導(dǎo)體系統(tǒng)及功率器件寄生參數(shù)計(jì)算與電路分析應(yīng)用
多導(dǎo)體系統(tǒng)及功率器件寄生參數(shù)計(jì)算與電路分析應(yīng)用會(huì)議包括 1.基于SimLab PE的導(dǎo)體阻抗參數(shù)計(jì)算； 2.基于PSIM的功率器件電路建模與分析應(yīng)用。點(diǎn)擊參會(huì)
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SiC功率器件的實(shí)例教程
SiC功率器件的概況
SiC（碳化硅）功率器件以其耐高溫、耐高壓、低開關(guān)損耗等特性，能有效實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)的高效率、小型化、輕量化、高功率密度等要求，受到了新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的追捧。
在車用領(lǐng)域，SiC功率器件在能量轉(zhuǎn)換效率上的顯著優(yōu)勢(shì)，能有效增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和充電效率。另外，SiC器件的導(dǎo)通電阻更低、芯片尺寸更小、工作頻率更高，能夠使電動(dòng)汽車適應(yīng)更加復(fù)雜的行駛工況。隨著SiC良率的提升、成本的降低，SiC功率器件在新能源汽車上的裝機(jī)量會(huì)大幅上升，SiC功率器件的車用需求也會(huì)迎來跨越式發(fā)展。
當(dāng)前，SiC全球產(chǎn)業(yè)布局上，形成美、歐、日三強(qiáng)態(tài)勢(shì)，但與第一代、第二代半導(dǎo)體材料相比，全球第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)均還在發(fā)展初期，國內(nèi)與主流SiC產(chǎn)業(yè)差距不大，為國產(chǎn)三代半產(chǎn)業(yè)提供了彎道超車、打入半導(dǎo)體元器件高端產(chǎn)業(yè)鏈的機(jī)會(huì)。
國產(chǎn)SiC功率器件面臨的主要問題
目前，SiC產(chǎn)業(yè)普遍遇到的問題是良率低、成本高的瓶頸，而對(duì)于國產(chǎn)器件，一致性和可靠性也是其市場(chǎng)應(yīng)用的攔路虎，要獲取市場(chǎng)信任與認(rèn)可，可靠性驗(yàn)證是必經(jīng)之路。驗(yàn)證SiC功率器件高溫與高壓下的模擬壽命，可采用高溫反偏（HTRB）作為基礎(chǔ)的驗(yàn)證試驗(yàn)。
SiC功率器件的高溫反偏試驗(yàn)
1、高溫反偏試驗(yàn)的作用
高溫反偏試驗(yàn)是模擬器件在靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)工作模式下，以最高反偏電壓或指定反偏電壓進(jìn)行工作，以研究偏置條件和溫度隨時(shí)間對(duì)器件的壽命模擬。甚至一些廠商還會(huì)將其作為一篩或二篩的核心試驗(yàn)。
2、高溫反偏的試驗(yàn)條件
分立器件的高溫反偏主要采用的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有MIL-STD-750 方法1038、JESD22-A108、GJB 128A-1997 方法1038、AEC-Q101表2 B1項(xiàng)等。
展開 碳化硅功率器件與傳統(tǒng)硅功率器件制作工藝不同，不能直接制作在碳化硅單晶材料上，必須在導(dǎo)通型單晶襯底上額外生長高質(zhì)量的外延材料，并在外延層上制造各類器件。
功率器件行業(yè)發(fā)展到IGBT(絕緣柵雙極晶體管)時(shí)期，硅基器件的性能已經(jīng)接近極限，邊際成本越來越高。
半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)仍對(duì)高功率、高頻切換、高溫操作、高功率密度等有著越來越多的需求，因此以SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)等第三代半導(dǎo)體材料為核心的寬禁帶功率器件成為了研究熱點(diǎn)與新發(fā)展方向，并逐步進(jìn)入應(yīng)用量產(chǎn)階段。
SiC功率器件性能優(yōu)勢(shì)
SiC功率半導(dǎo)體的發(fā)展改善了功率開關(guān)器件的硬開關(guān)特性，耐壓可達(dá)數(shù)萬伏，耐溫可達(dá)500℃以上，其性能優(yōu)勢(shì)如下：
(1)寬禁帶可大幅減小泄漏電流，從而減少高功率器件損耗；
(2)高擊穿場(chǎng)強(qiáng)可提高功率器件耐壓能力與電流密度，減小整體尺寸；
(3)高熱導(dǎo)率可改善耐高溫能力，有助于器件散熱，減小散熱設(shè)備體積，提高集成度，增加功率密度；
(4)強(qiáng)抗輻射能力，更適合在外太空等輻照條件下應(yīng)用。理論上，SiC器件是實(shí)現(xiàn)高壓、高溫、高頻、高功率及抗輻射相結(jié)合的理想材料，主要應(yīng)用于大功率場(chǎng)合，可實(shí)現(xiàn)模塊及應(yīng)用系統(tǒng)的小型化、集成化，提高功率密度和系統(tǒng)效率。
展開 報(bào)告主題：一文搞懂SiC功率器件的市場(chǎng)、應(yīng)用和制造
報(bào)告作者：Dr. Victor Veliadis
Deputy Executive Director and CTO, PowerAmerica
Professor ECE North Carolina State University, Raleigh, NC USA
報(bào)告內(nèi)容包含：（具體內(nèi)容詳見下方全部報(bào)告內(nèi)容）
SiC/GaN 性能科普
Si、SiC 或 GaN 的選擇應(yīng)用差異
汽車電氣化是寬禁帶(WBG功率器件和電子裝置的一大機(jī)遇
SiC功率器件的制造
SiC襯底的生長比Si更復(fù)雜
SiC外延技術(shù)成熟度相對(duì)較高
SiC 晶圓占 SiC 器件成本的 50-70%
高壓 (+900 V) SiC 功率器件通常采用縱向配置
SiC 器件的理想阻斷電壓由其漂移層的厚度和摻雜決定
電壓和開關(guān)頻率需求推動(dòng)單極與雙極 SiC 器件的選擇
SiC制造需要投資特定的設(shè)備和開發(fā)特定的工藝
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展開 而美國半導(dǎo)體巨頭安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor）也將以車載半導(dǎo)體為中心，擴(kuò)充功率半導(dǎo)體產(chǎn)品。
中國的比亞迪也在日前表示，明年會(huì)將其IGBT的產(chǎn)能從現(xiàn)在的5萬片提升到十萬片左右。
順便說一下，IGBT的歷史并不是很久遠(yuǎn)。1990年左右進(jìn)入市場(chǎng)，最初并未成為人們的話題。登場(chǎng)的契機(jī)居然是因?yàn)橛迷诹素S田的混合動(dòng)力車--“PRIUS-普銳斯”上，自那以后，開始逐漸推廣用于汽車上。
SiC功率器件以電動(dòng)車為中心，擴(kuò)展用途
以IGBT為“主角”功率半導(dǎo)體市場(chǎng)很活躍，SiC功率半導(dǎo)體也相當(dāng)備受矚目。Band gap（禁帶寬度）比硅（1.12）高3.26，熱傳導(dǎo)率也比硅（1.5）高4.9。在周波特性方面也很突出，在對(duì)應(yīng)高電壓方面也實(shí)現(xiàn)了1,200V以上。可以說，對(duì)于高電壓、高電流應(yīng)用方面是最合適的功率器件。
據(jù)中村先生說，“羅姆公司在本田的Clarity（一款氫燃料電池電動(dòng)車）上搭載了SiC功率器件，它是世界首次用Full SiC驅(qū)動(dòng)的燃料電池車，由于具有高溫條件下動(dòng)作和低損耗特點(diǎn)，可以縮小用于冷卻的散熱片，通過高頻切換也實(shí)現(xiàn)了電抗器的小型化。為此，擴(kuò)大了內(nèi)部空間，豐田的燃料電池車MIRAI可以坐4個(gè)人，本田的Clarity實(shí)現(xiàn)了5人座”。
SiC功率器件的目標(biāo)市場(chǎng)是EV、混合動(dòng)力車、燃料電池車等電動(dòng)車。最近也開始用于功率調(diào)節(jié)器（power conditioner）、工業(yè)機(jī)器的電源等方面。成本方面相當(dāng)具有優(yōu)越性。也開始搭載在鐵道上，JR的新干線N700系列等已經(jīng)使用，但是只采用了三菱電機(jī)公司的Full SiC。富士電機(jī)、日立制作所、東芝等公司還沒有實(shí)現(xiàn)Full。
德國英飛凌同樣是SiC市場(chǎng)一個(gè)重磅玩家。
展開 PPT | SiC功率器件的性能表征、封裝測(cè)試與系統(tǒng)集成
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SiC功率器件的最新內(nèi)容
2025大賽優(yōu)秀作品 | 基于多物理場(chǎng)仿真技術(shù)的高速動(dòng)車用功率器件主端子連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)4個(gè)月前
“Ansys 2025 全球仿真大會(huì)”仿真應(yīng)用大賽優(yōu)秀作品展示
本屆仿真應(yīng)用大賽最終評(píng)選出 30 篇 TOP 優(yōu)秀作品，分別榮獲一、二、三等獎(jiǎng)及行業(yè)最佳實(shí)踐獎(jiǎng)。近 200 位來自汽車、半導(dǎo)體、高科技、能源等行業(yè)的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創(chuàng)新實(shí)踐，充分展現(xiàn)了仿真技術(shù)的無限潛能。我們將陸續(xù)為大家分享獲獎(jiǎng)佳作，帶您一同領(lǐng)略仿真賦能創(chuàng)新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感
DC-AC逆變器包含有絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）或碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiC MOSFET）功率器件，這些器件通過印刷電路板（PCB）或功率母排相連。這些電源半導(dǎo)體器件可作為高速開關(guān)，“開”“關(guān)”電機(jī)的大電流和高電壓，以模擬正弦電流波形。
DC-DC轉(zhuǎn)換器：DC-DC轉(zhuǎn)換器可調(diào)節(jié)電池的高壓DC輸出，提供為照明、娛樂系統(tǒng)或空調(diào)等輔助系統(tǒng)供電所需的低壓DC電源。
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※ 展會(huì)優(yōu)勢(shì)
功率器件設(shè)計(jì)十強(qiáng)”、“最具潛力IC設(shè)計(jì)企業(yè)”等獎(jiǎng)項(xiàng)。
來源 | 各公司官網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)
氮化鋁具有一系列優(yōu)良特性，核心優(yōu)勢(shì)特性為優(yōu)良的熱導(dǎo)性、可靠的電絕緣性、以及與硅相匹配的熱膨脹系數(shù)等。它既是新一代散熱基板和電子器件封裝的理想材料，也可用于熱交換器、壓電陶瓷及薄膜、導(dǎo)熱填料等，應(yīng)用前景廣闊。
根據(jù) Maxmize Market Research 數(shù)據(jù)，2021 年全球陶瓷基板市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到
高功率IGBT、SiC 功率器件搭載上車，刺激上游陶瓷基板的需求，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，近期多個(gè)公司宣布陶瓷基板項(xiàng)目的投產(chǎn)或擴(kuò)建計(jì)劃。
相比IGBT，SiC功率器件具有更高開關(guān)速度、更低開關(guān)損耗、更高效率和耐用性等特點(diǎn)，轉(zhuǎn)化為汽車最直觀的體驗(yàn)就是續(xù)航能力更長，更易于輕量化車身設(shè)計(jì)。特斯拉率先將SiC用于其爆款車型Model 3上，其也成為全球車企SiC上車的代表。
不過，特斯拉在今年3月初的投資者大會(huì)上表示，將減少75%的SiC用量，一度引發(fā)SiC未來發(fā)展前景不明的猜測(cè)。
圖源：yole
國內(nèi)廠商在SiC功率器件領(lǐng)域入局相對(duì)較晚，相關(guān)企業(yè)華潤微、士蘭微、斯達(dá)半導(dǎo)、時(shí)代電氣、泰科天潤、安徽長飛先進(jìn)、派恩杰、上海瞻芯、中電科55所及13所等正積極布局碳化硅器件。
當(dāng)前國內(nèi)廠商仍處于發(fā)展初期，與國際巨頭存在一定差距。
高功率IGBT、SiC 功率器件搭載上車，刺激上游陶瓷基板的需求，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，近期多個(gè)公司宣布陶瓷基板項(xiàng)目的投產(chǎn)或擴(kuò)建計(jì)劃。
SiC功率器件的概況
SiC（碳化硅）功率器件以其耐高溫、耐高壓、低開關(guān)損耗等特性，能有效實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)的高效率、小型化、輕量化、高功率密度等要求，受到了新能源汽車、光伏發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的追捧。
在車用領(lǐng)域，SiC功率器件在能量轉(zhuǎn)換效率上的顯著優(yōu)勢(shì)，能有效增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和充電效率。
