半导体封装测试展|半导体碳化硅（SIC）功率器件封装三个关键技术的详解

在全球汽车电动化的浪潮下，汽车半导体领域的功率电子器件作为汽车电动化的核心部件，成为了车企和电机控制器Tire 1企业关注的热点。半导体封装测试展了解到，车用功率模块已从硅基IGBT为主的时代，开始逐步进入以碳化硅MOSFET为核心的发展阶段。碳化硅的禁带宽度约为硅基材料的3倍，临界击穿场强约为硅基材料的10倍，热导率约是硅基材料的3倍，电子饱和漂移速率约是硅基材料的2倍。

碳化硅材料的耐高压、耐高温、高频特性相较于硅基器件能应用于更严苛的工况，可显著提高效率和功率密度，降低应用端的成本、体积和重量。

电动汽车行业发展至今，行业更关心的是续航里程。影响续航里程的因素有很多，包括电池容量、车身重量、电力系统的电能转化效率等。功率半导体是电能转换的核心，碳化硅功率器件比硅基器件有低导通损耗、高开关频率和高工作耐压等优势，能获得更高的系统电能转换效率，且在使得同等电量情况下，比使用硅基功率器件获得更多的续航里程。因此电动汽车对于碳化硅功率器件的应用需求日益凸显。在电动汽车中，碳化硅功率器件的应用主要为两个方向，一个用于电机驱动逆变器（电机控制器），另一个用于车载电源系统，主要包括：电源转换系统（车载DC/DC）、车载充电系统（OBC）、车载空调系统（PTC和空压机）等方面。

半导体封装测试展了解到，电动汽车整车系统中，动力电池的成本占比较高，约占整车成本的4-5成，在成本一定且电池技术路线确定的情况下，直接通过增加电池容量来提升续航里程的思路难以实现，在保证电池容量及技术路线不变的前提下，如何通过其他方法提升电能的转化效率，降低电能损耗，实现续航里程的提升，一直是行业在探索的问题。根据目前已知的行业数据，在电机控制器中用碳化硅MOS替换硅基IGBT后，会获得电机控制器的效率的提升，NEDC工况下，对电池续航的贡献提升在3%-8%之间，所以电控应用对碳化硅器件的需求更为迫切。同时，在国内新能源汽车市场大力推进适应高压快充技术的高压平台上，硅基IGBT应对起来就非常吃力，取而代之的是碳化硅MOS。这更加确定了碳化硅功率器件在下一代电控系统中的核心和不可替代性地位。

半导体封装测试展了解到，近年来多家车企已开始全面采用碳化硅功率模块，特斯拉的Model 3和Model Y、比亚迪的汉、蔚来的ET5和ET7、小鹏的G9和G6等车型相继量产碳化硅电机控制器，整车的续航里程与加速性能都得到了显著的提升。

碳化硅肖特基二极管、SiC MOSFET 器件则主要应用于车载OBC、DC/DC、空调系统，主要影响充电效率和辅助系统用电效率、开关频率等。

车载充电机（OBC）为电动汽车的高压直流电池组提供了从基础设施电网充电的关键功能，并决定了充电功率和效率的关键部件。电网中的交流电转换为直流电对电池进行充电， 碳化硅二极管及MOSFET器件则可用于车载充电机PFC和DC-DC次级整流环节，推动车载充电机向双向充放电、集成化、智能化、小型化、轻量化、高效率化等方向发展。

文章来源：汽车半导体情报局