功率半導(dǎo)體器件的案例
大功率半導(dǎo)體技術(shù)現(xiàn)狀及其進(jìn)展
摘要：介紹了現(xiàn)代硅基大功率半導(dǎo)體器件的歷史演變和新型器件結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，以及寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件的現(xiàn)狀；闡述了國(guó)內(nèi)大功率半導(dǎo)體器件在軌道交通、直流輸電和新能源汽車等領(lǐng)域的研發(fā)進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀；最后討論了大功率半導(dǎo)體技術(shù)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)。
0 引言
經(jīng)過 60 余年的技術(shù)發(fā)展，大功率半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出多種硅（Si）基功率器件，單極型器件以金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（Metal Oxide Semiconductor,MOS）為代表，雙極型器件包括二極管、功率晶體管和晶閘管等，復(fù)合型器件包括絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）等。圍繞功率轉(zhuǎn)換，功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)和工藝以提高功率容量、增大功率密度、降低功率損耗和提升能源轉(zhuǎn)換效率為主要的技術(shù)發(fā)展方向 [1-2] 。
功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展不斷推動(dòng)著能源技術(shù)和軌道牽引傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。1957 年晶閘管的發(fā)明使得牽引傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)入電力電子技術(shù)時(shí)代 [1]，晶閘管的誕生促進(jìn)了交直傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。1965 年第 1 臺(tái)晶閘管整流機(jī)車問世，同時(shí)全球也興起了單相工頻交流電網(wǎng)電氣化的高潮。20 世紀(jì) 70 年代初，大功率晶閘管特別是門極可關(guān)斷晶閘管（Gate Turn-off Thyristor, GTO）的出現(xiàn)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了交流傳動(dòng)技術(shù)逐步取代交直傳動(dòng)技術(shù)。20 世紀(jì) 90 年代中期，隨著高壓 IGBT 技術(shù)的成熟，交流傳動(dòng)功率開關(guān)器件被 IGBT 所取代，在高速、重載和城市軌道交通等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
展開 一文了解大功率半導(dǎo)體技術(shù)歷史進(jìn)程與現(xiàn)狀
摘要：介紹了現(xiàn)代硅基大功率半導(dǎo)體器件的歷史演變和新型器件結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，以及寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件的現(xiàn)狀；闡述了國(guó)內(nèi)大功率半導(dǎo)體器件在軌道交通、直流輸電和新能源汽車等領(lǐng)域的研發(fā)進(jìn)展和應(yīng)用現(xiàn)狀；最后討論了大功率半導(dǎo)體技術(shù)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：功率半導(dǎo)體器件；硅材料；晶閘管；門極可關(guān)斷晶閘管；集成門極換流晶閘管；絕緣柵雙極晶體管；金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管；寬禁帶
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引言
經(jīng)過 60 余年的技術(shù)發(fā)展，大功率半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出多種硅（Si）基功率器件，單極型器件以金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（Metal Oxide Semiconductor,MOS）為代表，雙極型器件包括二極管、功率晶體管和晶閘管等，復(fù)合型器件包括絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）等。圍繞功率轉(zhuǎn)換，功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)和工藝以提高功率容量、增大功率密度、降低功率損耗和提升能源轉(zhuǎn)換效率為主要的技術(shù)發(fā)展方向。
功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展不斷推動(dòng)著能源技術(shù)和軌道牽引傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。1957 年晶閘管的發(fā)明使得牽引傳動(dòng)技術(shù)進(jìn)入電力電子技術(shù)時(shí)代，晶閘管的誕生促進(jìn)了交直傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。1965 年第 1 臺(tái)晶閘管整流機(jī)車問世，同時(shí)全球也興起了單相工頻交流電網(wǎng)電氣化的高潮。20 世紀(jì) 70 年代初，大功率晶閘管特別是門極可關(guān)斷晶閘管（Gate Turn-off Thyristor, GTO）的出現(xiàn)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了交流傳動(dòng)技術(shù)逐步取代交直傳動(dòng)技術(shù)。20 世紀(jì) 90 年代中期，隨著高壓 IGBT 技術(shù)的成熟，交流傳動(dòng)功率開關(guān)器件被 IGBT 所取代，在高速、重載和城市軌道交通等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
展開 功率半導(dǎo)體宏微科技IPO過會(huì)
據(jù)招股書顯示，宏微科技擬募集資金55750.36萬元，此次募集的資金將用于新型電力半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)基地、研發(fā)中心建設(shè)、償還銀行貸款及補(bǔ)充流動(dòng)資金等項(xiàng)目。
公開資料顯示，宏微科技成立于2006年，總部位于江蘇省常州市，主要從事以IGBT、FRED為主的功率半導(dǎo)體芯片、單管、模塊和電源模組的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品主要應(yīng)用于工業(yè)控制，如變頻器、逆變電焊機(jī)、UPS電源等；新能源發(fā)電，如光伏逆變器、SVG（靜止無功補(bǔ)償器）、APF（有源電力濾波器）等；新能源汽車（充電樁）；白色家電，如空調(diào)、電冰箱、微波爐等領(lǐng)域。
據(jù)了解，宏微科技自成立以來，始終以“成為提供功率半導(dǎo)體器件解決方案的專家”為宗旨，專注于功率半導(dǎo)體器件的領(lǐng)域的研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新。宏微科技依靠自身技術(shù)、工藝、人才、管理等優(yōu)勢(shì)的長(zhǎng)期積累，成功實(shí)現(xiàn)了IGBT、FRED等功率半導(dǎo)體器件（涵蓋芯片、單管、模塊及電源模組）的全產(chǎn)品鏈布局。宏微科技依托良好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及敏銳的市場(chǎng)洞悉能力，通過技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品外延等手段不斷延伸產(chǎn)品線，擴(kuò)大產(chǎn)品系列。同時(shí)，為了解決客戶的痛點(diǎn)并提高客戶的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，宏微科技在標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，與客戶深度合作開發(fā)定制產(chǎn)品。宏微科技目前已成為國(guó)內(nèi)少數(shù)具備功率半導(dǎo)體模塊定制化能力的企業(yè)之一。
展開 智芯研報(bào) | 碳化硅功率器件發(fā)力電動(dòng)飛機(jī)市場(chǎng)
SiC 的禁帶寬度3.23ev，相應(yīng)的本征溫度可高達(dá)800 攝氏度，承受的溫度相對(duì)Si 更高；SiC 材料擁有3.7W/cm/K 的熱導(dǎo)率，而硅材料的熱導(dǎo)率僅有1.5W/cm/K，更高的熱導(dǎo)率可以帶來功率密度的顯著提升，同時(shí)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，或者直接采用自然冷卻。
SiC 能大大降低功率轉(zhuǎn)換中的開關(guān)損耗
SiC 更容易實(shí)現(xiàn)模塊的小型化、更耐高溫
碳化硅功率半導(dǎo)體器件相較于硅基功率器件優(yōu)勢(shì)
02
????????????碳化硅功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)鏈
碳化硅功率半導(dǎo)體器件從上個(gè)世紀(jì)70年代開始研發(fā)，經(jīng)過30年的積累，于2001年開始商用碳化硅SBD器件，之后于2010年開始商用碳化硅MOSFET器件，當(dāng)前碳化硅IGBT器件還在研發(fā)當(dāng)中。
展開 
REASUNOS瑞森半導(dǎo)體碳化硅二極管在大功率電源上的應(yīng)用
一、前言
大功率電源通常由一個(gè)變壓器、整流電路、濾波電路、功率半導(dǎo)體器件和開啟電路等多個(gè)部分組成。變壓器主要用于將市電的交流電壓轉(zhuǎn)換為設(shè)備所需要的直流電壓。整流電路將輸出的交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓。濾波電路可對(duì)直流電壓進(jìn)行過濾，使其更加穩(wěn)定。功率半導(dǎo)體器件則用于放大輸出信號(hào)功率，實(shí)現(xiàn)高功率輸出功能。開啟電路在電源啟動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)非常短暫的電壓降低，來避免高壓損壞電源的部件。
二、產(chǎn)品應(yīng)用
大功率電源廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如：電子類、電力類、汽車類、航空與航天類、醫(yī)療和海洋工程類、軍事類等。在航天航空領(lǐng)域，大功率電源提供飛機(jī)飛行所需的全部電量。在軍事領(lǐng)域，大功率電源作為保證通訊的中心設(shè)備，以確保作戰(zhàn)的順利進(jìn)行。在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，大功率電源用于供電給CT機(jī)、超聲波、心電圖等不同的醫(yī)療器械。
三、典型應(yīng)用拓?fù)鋱D
因大功率電源要求其高效、功率密度高、體積小、重量輕、成本低等需求，大功率電源PFC電路推薦采用碳化硅二極管，可提升大功率電源的功率密度和效率，減少體積和降低成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的環(huán)保效率。
展開 功率半導(dǎo)體器件的機(jī)遇與挑戰(zhàn)
而美國(guó)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(guó)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(guó)英飛凌同樣是SiC市場(chǎng)一個(gè)重磅玩家。
展開 芯導(dǎo)科技募資加強(qiáng)功率器件與IC研發(fā)，抓緊第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展機(jī)遇
據(jù)招股書信息顯示，預(yù)計(jì)芯導(dǎo)科技公開募集資金用于投資發(fā)展項(xiàng)目，包括高性能分立功率器件開發(fā)和升級(jí)、高性能數(shù)模混合電源管理芯片開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化、硅基氮化鎵高電子遷移率功率器件開發(fā)項(xiàng)目、研發(fā)中心建設(shè)項(xiàng)目。
芯導(dǎo)科技主營(yíng)業(yè)務(wù)為功率半導(dǎo)體的研發(fā)與銷售，而功率半導(dǎo)體產(chǎn)品包括功率器件和功率IC兩大類。通過向市場(chǎng)公開募集資金，有利于擴(kuò)大公司業(yè)務(wù)規(guī)模，增強(qiáng)研發(fā)實(shí)力，強(qiáng)化核心能力。
增強(qiáng)功率器件和IC的業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)力
據(jù)芯導(dǎo)科技表示，通過募投高性能分立功率器件開發(fā)和升級(jí)及高性能數(shù)模混合電源管理芯片開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，這兩個(gè)項(xiàng)目能夠?qū)π緦?dǎo)科技的的主營(yíng)業(yè)務(wù)進(jìn)行進(jìn)一步補(bǔ)充和提升。
2019年我國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模約為940.80億元，占全球市場(chǎng)規(guī)模35%左右。雖然中國(guó)已經(jīng)成為全球功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要市場(chǎng)，但是由于中國(guó)的功率半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展起步相對(duì)較晚，在技術(shù)實(shí)力、產(chǎn)品穩(wěn)定性方面與歐美同行業(yè)公司相比，仍然存在較大差距。目前我國(guó)對(duì)高性能功率器件仍依賴進(jìn)口。
以功率IC中的電源管理芯片來看，全球電源管理芯片市場(chǎng)仍由國(guó)際規(guī)模廠商占據(jù)主要份額，如德州儀器、安森美、商升特半導(dǎo)體等。由于國(guó)內(nèi)電源管理芯片企業(yè)起步較晚、工藝相對(duì)落后等因素，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)在技術(shù)和規(guī)模上與國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)存在著一定差距。
目前功率半導(dǎo)體的應(yīng)用范圍已從傳統(tǒng)的工業(yè)控制和4C產(chǎn)業(yè)(計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)類電子產(chǎn)品和 汽車)擴(kuò)展到5G通訊、新能源、人工智能、智能電網(wǎng)等新領(lǐng)域，這些都會(huì)增加了對(duì)功率半導(dǎo)體器件種類多元化和性能提升的需求，同時(shí)也需要追求產(chǎn)品的低功耗和高能效比。
隨著5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、汽車電子、工業(yè)控制等新興應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，功率半導(dǎo)體行業(yè)會(huì)踏入發(fā)展的快車道，包括TVS/ESD保護(hù)器件、MOSFET、肖特基等功率器件和功率IC的用量將會(huì)大幅度增長(zhǎng)。
展開 拆解報(bào)告 ：瑞森半導(dǎo)體功率器件在九陽Z2-Vmini 榨汁機(jī)上的應(yīng)用
瑞森半導(dǎo)體于2018年開始與中國(guó)家喻戶曉的品牌九陽股份合作，并成為九陽在功率半導(dǎo)體器件上的長(zhǎng)期合作伙伴。在合作期間，瑞森半導(dǎo)體始終堅(jiān)持“首件確認(rèn)，始終如一”的產(chǎn)品理念，得到九陽股份的高度認(rèn)可與信任。
九陽Z2-Vmini榨汁機(jī)開箱展示
九陽Z2-Vmini榨汁機(jī)內(nèi)含有主機(jī)、推料棒、螺桿、擠汁器、支架、果渣桶、接汁杯 、USB充電線及產(chǎn)品使用說明書等。
產(chǎn)品采用便攜式設(shè)計(jì)，體積迷你，為原汁機(jī)的3分之一。拿在手上的直觀感受，小巧而精致。
頂部面板有電量顯示，剩余電量一目了然，開關(guān)按鍵同樣位于頂部，通過開關(guān)按鍵可以控制原汁機(jī)的開/關(guān)機(jī)和正/反方向，雙擊即可啟動(dòng)。這里的正反方向控制，可以更好地將原汁機(jī)縫隙里的果肉碾壓出果汁。
這款產(chǎn)品通過USB口為其充電，充電口附有橡膠塞，使用防水結(jié)構(gòu)，4小時(shí)即可充滿，充電不受使用場(chǎng)景的限制，如手機(jī)插頭、車載充電以及充電寶均可。
展開 全球功率半導(dǎo)體IGBT企業(yè)20強(qiáng)
臺(tái)基半導(dǎo)體
湖北臺(tái)基半導(dǎo)體股份有限公司位于襄陽市襄城南郊，主營(yíng)TECHSEM牌晶閘管及其模塊的研發(fā)、制造和銷售，是中國(guó)功率半導(dǎo)體器件的主要制造商之一，綜合實(shí)力位居國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體行業(yè)前三強(qiáng)。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于金屬熔煉、工業(yè)加熱、電機(jī)調(diào)速、軟啟動(dòng)、發(fā)配電等領(lǐng)域，以品種齊全、質(zhì)量可靠、服務(wù)誠(chéng)信享譽(yù)和暢銷全國(guó)，并銷往歐美、韓國(guó)、臺(tái)灣及東南亞等國(guó)家和地區(qū)。
17. 楊杰科技
揚(yáng)州揚(yáng)杰電子科技股份有限公司是國(guó)內(nèi)少數(shù)集半導(dǎo)體分立器件芯片設(shè)計(jì)制造、器件封裝測(cè)試、終端銷售與服務(wù)等產(chǎn)業(yè)鏈垂直一體化（IDM）的杰出廠商。
產(chǎn)品線含蓋分立器件芯片、整流器件、保護(hù)器件、小信號(hào)、MOSFET、功率模塊、碳化硅等，為客戶提供一攬子產(chǎn)品解決方案。
展開 干貨 | 功率器件的dv/dt和di/dt有多大？
前 言
01
我們都知道功率半導(dǎo)體器件屬于電力電子開關(guān)，開關(guān)速度非常快，1秒可以開關(guān)上千次（kHz），高速功率器件可達(dá)到幾十kHz，甚至上百kHz。開關(guān)速度越快意味著器件的電壓變化率dv/dt和電流變化率di/dt也就越大。影響dv/dt和di/dt的主要因素是器件材料，其次是器件的電壓、電流、溫度以及驅(qū)動(dòng)特性。為了加深大家對(duì)高速功率半導(dǎo)體器件的理解，今天我們以SiC和GaN為例來聊一下這個(gè)話題，看看高速功率器件的dv/dt和di/dt到底有多大？
開關(guān)暫態(tài)參數(shù)定義
02
首先，讓我們先來看一下SiC MOSFET開關(guān)暫態(tài)的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，圖片來源于Cree官網(wǎng)SiC MOS功率模塊的datasheet。
展開 高效能半導(dǎo)體器件進(jìn)展與展望
1 高效能半導(dǎo)體器件研究進(jìn)展
1.1寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵射頻器件
由于纖鋅礦結(jié)構(gòu)的GaN材料具備很強(qiáng)的自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)，使其在AlGaN/GaN界面會(huì)形成高電子遷移率的二維電子氣(
2DEG
)，2DEG導(dǎo)電能力遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件導(dǎo)電溝道，這也是GaN器件能夠?qū)崿F(xiàn)高頻高功率的原因。
目前在材料方面，國(guó)內(nèi)GaN，SiC的材料生長(zhǎng)已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，這為我國(guó)第三代半導(dǎo)體器件的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。在器件方面，國(guó)內(nèi)也取得了非常好的進(jìn)展，一大批高性能GaN器件從實(shí)驗(yàn)室、研究所走出，開啟第三代半導(dǎo)體器件的廣泛應(yīng)用。
西安電子科技大學(xué)開展了面向5G的C波段的GaN大功率射頻器件的研究，如圖2，在頻率為5GHz，Vd為28V時(shí)進(jìn)行三次諧波調(diào)制研究，連續(xù)波工作狀態(tài)下，器件的功率附加效率到達(dá)了目前國(guó)際最高指標(biāo)85.16%，且功率密度為7.0W/mm，功率增益為14.9 dB，這也為6G通信的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐，為未來毫米波通信奠定了重要的基礎(chǔ)。
1.2 超寬禁帶半導(dǎo)體氧化鎵材料與器件
寬禁帶半導(dǎo)體材料已經(jīng)能較好支撐高效能半導(dǎo)體器件的發(fā)展。近幾年來，學(xué)術(shù)界正在發(fā)展超寬禁帶半導(dǎo)體氧化鎵，Ga2O3具有4.8eV的禁帶寬度。超寬禁帶半導(dǎo)體在理論上具備更高的擊穿電壓、更大的功率密度，為高功率、高壓器件的發(fā)展提供了新的思路，讓我們對(duì)未來半導(dǎo)體器件的發(fā)展充滿期望。
展開 
功率器件進(jìn)階之路
各功率器件功率頻譜（左）&耐壓功率（右）對(duì)比圖 （圖片來源：知乎）
第三代功率器件——寬禁帶功率器件
隨著以硅材料為基礎(chǔ)的功率器件逐漸接近其理論極限值，利用寬禁帶半導(dǎo)體材料制造的電力電子器件顯示出比Si和GaAs更優(yōu)異的特性，給功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了新的生機(jī)。
2014年，美國(guó)奧巴馬政府連同企業(yè)一道投資1.4億美元在NCSU成立TheNext Generation Power Electronics Institute，發(fā)展新一代寬禁帶電力半導(dǎo)體器件。
相對(duì)于Si材料，使用寬禁帶半導(dǎo)體材料制造新一代的功率器件，可以變得更小、更快、更可靠和更高效。這將減少功率器件的質(zhì)量、體積以及生命周期成本，允許設(shè)備在更高的溫度、電壓和頻率下工作，使得功率器件使用更少的能量卻可以實(shí)現(xiàn)更高的性能。
展開 新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)展望
在當(dāng)前電池技術(shù)未能取得突破的前提下，提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率、功率密度、安全性與可靠性成為新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要研究方向，也是我國(guó)政府和企業(yè)進(jìn)行政策制定和未來發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)對(duì)象。
二、驅(qū)動(dòng)控制器關(guān)鍵技術(shù)
電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器作為新能源汽車中連接電池與電機(jī)的電能轉(zhuǎn)換單元，是電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)的核心。其中高性能功率半導(dǎo)體器件、智能門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及器件級(jí)集成設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，將有助于實(shí)現(xiàn)高功率密度、低損耗、高效率電機(jī)控制器設(shè)計(jì)；同時(shí)，高性能、高可靠電機(jī)控制器產(chǎn)品，還要求具有高標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容性（EMC）、功能安全和可靠性設(shè)計(jì)。
（一）功率半導(dǎo)體器件技術(shù)
電機(jī)控制器的發(fā)展以功率半導(dǎo)體器件為主線，正從硅基絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、傳統(tǒng)單面冷卻封裝技術(shù)，向?qū)捊麕?em>半導(dǎo)體（如SiC、GaN等）、定制化模塊封裝、雙面冷卻集成等方向發(fā)展。同時(shí)，得益于成熟的技術(shù)迭代，以及相比于寬禁帶半導(dǎo)體器件更低的成本，硅基IGBT仍然是當(dāng)前與未來較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)電機(jī)控制器產(chǎn)品的主要選擇。
在硅基IGBT芯片技術(shù)上，英飛凌科技公司針對(duì)新能源汽車市場(chǎng)高功率密度需求，已研發(fā)出EDT2芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了750V/270A IGBT芯片量產(chǎn)，富士集團(tuán)等日本廠商也都相繼研發(fā)出了高功率密度IGBT芯片技術(shù)，并已批量應(yīng)用于汽車IGBT模塊產(chǎn)品。此外，與硅基器件（如IGBT、MOSFET等）相比，SiC器件屬于第三代半導(dǎo)體材料功率器件，具有高熱導(dǎo)率、耐高溫、禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、飽和電子漂移速率大等優(yōu)勢(shì)，結(jié)溫耐受可以達(dá)到225 ℃甚至更高，遠(yuǎn)高于當(dāng)前硅基IGBT 175 ℃的最高應(yīng)用結(jié)溫。SiC器件開關(guān)速度更快，可應(yīng)用于更高的開關(guān)頻率，更適用于高速電機(jī)的控制。同時(shí)，相比硅基IGBT，SiC器件的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗均大幅降低，有助于降低整車百千米耗電量，提升整車?yán)m(xù)航里程[1]。
展開 新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)展望
在當(dāng)前電池技術(shù)未能取得突破的前提下，提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率、功率密度、安全性與可靠性成為新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要研究方向，也是我國(guó)政府和企業(yè)進(jìn)行政策制定和未來發(fā)展規(guī)劃的重點(diǎn)對(duì)象。
二、驅(qū)動(dòng)控制器關(guān)鍵技術(shù)
電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器作為新能源汽車中連接電池與電機(jī)的電能轉(zhuǎn)換單元，是電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)的核心。其中高性能功率半導(dǎo)體器件、智能門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及器件級(jí)集成設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，將有助于實(shí)現(xiàn)高功率密度、低損耗、高效率電機(jī)控制器設(shè)計(jì)；同時(shí)，高性能、高可靠電機(jī)控制器產(chǎn)品，還要求具有高標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容性（EMC）、功能安全和可靠性設(shè)計(jì)。
（一）功率半導(dǎo)體器件技術(shù)
電機(jī)控制器的發(fā)展以功率半導(dǎo)體器件為主線，正從硅基絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、傳統(tǒng)單面冷卻封裝技術(shù)，向?qū)捊麕?em>半導(dǎo)體（如SiC、GaN等）、定制化模塊封裝、雙面冷卻集成等方向發(fā)展。同時(shí)，得益于成熟的技術(shù)迭代，以及相比于寬禁帶半導(dǎo)體器件更低的成本，硅基IGBT仍然是當(dāng)前與未來較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)電機(jī)控制器產(chǎn)品的主要選擇。
在硅基IGBT芯片技術(shù)上，英飛凌科技公司針對(duì)新能源汽車市場(chǎng)高功率密度需求，已研發(fā)出EDT2芯片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了750V/270A IGBT芯片量產(chǎn)，富士集團(tuán)等日本廠商也都相繼研發(fā)出了高功率密度IGBT芯片技術(shù)，并已批量應(yīng)用于汽車IGBT模塊產(chǎn)品。此外，與硅基器件（如IGBT、MOSFET等）相比，SiC器件屬于第三代半導(dǎo)體材料功率器件，具有高熱導(dǎo)率、耐高溫、禁帶寬度大、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、飽和電子漂移速率大等優(yōu)勢(shì)，結(jié)溫耐受可以達(dá)到225 ℃甚至更高，遠(yuǎn)高于當(dāng)前硅基IGBT 175 ℃的最高應(yīng)用結(jié)溫。SiC器件開關(guān)速度更快，可應(yīng)用于更高的開關(guān)頻率，更適用于高速電機(jī)的控制。同時(shí)，相比硅基IGBT，SiC器件的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗均大幅降低，有助于降低整車百千米耗電量，提升整車?yán)m(xù)航里程[1]。
展開 功率半導(dǎo)體對(duì)汽車到底有多重要？
受益于政策支持及銷售補(bǔ)助，預(yù)計(jì)全球及中國(guó)新能源電動(dòng)車銷量的復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到32%，這將帶動(dòng)相關(guān)半導(dǎo)體，電子產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，汽車作為拉動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三駕馬車之一絕非虛言（5G、物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子被認(rèn)為是下一波帶動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大引擎）。
功率半導(dǎo)體需求增加
汽車中用量最多的半導(dǎo)體器件主要是三大類：傳感器，MCU和功率半導(dǎo)體。
這三類中，MCU的市場(chǎng)份額最大，其次是功率半導(dǎo)體，功率半導(dǎo)體主要運(yùn)用在動(dòng)力控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、燃油噴射、底盤安全等系統(tǒng)當(dāng)中。
新能源汽車新增半導(dǎo)體用量中大部分是功率半導(dǎo)體。在傳統(tǒng)汽車中，功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用在啟動(dòng)與發(fā)電、安全等領(lǐng)域，占傳統(tǒng)汽車半導(dǎo)體總量的20%，單車價(jià)值約為60美元。
由于新能源汽車普遍采用高壓電路，當(dāng)電池輸出高電壓時(shí)，需要頻繁進(jìn)行電壓變換，這時(shí)電壓轉(zhuǎn)換電路（DC-DC）用量大幅提升，此外，還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對(duì)IGBT、MOSFET、 二極管等半導(dǎo)體器件的需求量也有大幅增加。以上這些極大帶動(dòng)了汽車電子系統(tǒng)對(duì)功率器件需求的增加。
根據(jù)麥肯錫的統(tǒng)計(jì)，純電動(dòng)汽車的半導(dǎo)體成本為704美元，比傳統(tǒng)汽車的350美元增加了1倍，其中功率器件成本高達(dá)387美元，占55%。純電動(dòng)汽車相比傳統(tǒng)汽車新增的半導(dǎo)體成本中，功率器件成本約為269 美元，占新增成本的76%。
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