在2018年11月6至8日于上海舉辦中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨展覽會(huì)（SAECCE）上，全球知名半導(dǎo)體制造商羅姆（總部位于日本京都）攜多款新產(chǎn)品亮相。在同期舉辦的“新能源汽車(chē)及混合動(dòng)力技術(shù)分論壇”上，羅姆半導(dǎo)體（北京）有限公司設(shè)計(jì)中心所長(zhǎng)水原德健先生發(fā)表了“面向新能源汽車(chē)的SiC（碳化硅）解決方案”的主題演講。會(huì)后，水原德健還就SiC在汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)、趨勢(shì)等話(huà)題接受了汽車(chē)制動(dòng)網(wǎng)的專(zhuān)訪(fǎng)。
水原德健在“中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨展覽會(huì)（SAECCE）”現(xiàn)場(chǎng)發(fā)表演講
如業(yè)內(nèi)人士所知，時(shí)至今日，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一代半導(dǎo)體材料以硅（Si）為代表；第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵（GaAs）也已經(jīng)廣泛應(yīng)用；第三代半導(dǎo)體材料則以氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）、氧化鋅（ZnO）等寬禁帶為代表。相較前兩代產(chǎn)品，第三代半導(dǎo)體材料具有高擊穿電場(chǎng)、高飽和電子速度、高熱導(dǎo)率、高電子密度、高遷移率等特點(diǎn)，非常適用于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。
第三代半導(dǎo)體材料SiC的“三高”
據(jù)水原德健介紹，相比Si材料，第三代的SiC具有“三高（高溫、高壓、高頻）”等綜合優(yōu)勢(shì)。在耐高溫方面，SiC材料可達(dá)到250℃，比Si高出50℃。采用SiC材料，器件的散熱板可以設(shè)計(jì)的小一些，外觀(guān)尺寸更緊湊（輕量化）。在耐高壓方面，Si材料的耐壓瓶頸在900V左右，雖然也能在1200V，甚至1500V下工作，但性能特性會(huì)有所下降，如果要達(dá)到1700V或以上，則必須要使用第三代的SiC材料。因?yàn)镾iC材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)（Breakdown Electriic Field）指標(biāo)幾乎能達(dá)到Si的10倍。在滿(mǎn)足高頻響應(yīng)方面，SiC材料的開(kāi)關(guān)速度更快，使得器件內(nèi)的電阻、電感、線(xiàn)圈能以更小、更緊湊的尺寸滿(mǎn)足系統(tǒng)需求。其中，線(xiàn)圈的尺寸可縮小至原先的1/10。
↑在滿(mǎn)足同等性能特性的需求時(shí)，采用具有高溫、高壓、高頻優(yōu)勢(shì)的SiC材料制作的功率器件，可以比Si更薄、更輕、更小巧。
水原德健表示，在滿(mǎn)足同等性能特性的需求時(shí)，采用具有高溫、高壓、高頻優(yōu)勢(shì)的SiC材料制作的功率器件，可以比Si更薄、更輕、更小巧。無(wú)疑，SiC材料“三高”特性正好滿(mǎn)足了新能源汽車(chē)的應(yīng)用所需。就目前SiC材料發(fā)展而言，在新能源汽車(chē)中的主要應(yīng)用包括：車(chē)載充電器、DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器、主機(jī)逆變器以及無(wú)線(xiàn)充電。他預(yù)計(jì)，采用SiC的功率器件有望在2022年出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。同時(shí)，車(chē)載充電器采用SiC材料，可實(shí)現(xiàn)更高的充電效率、更長(zhǎng)的續(xù)駛里程。
活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，羅姆展示了其與Formula-E參賽隊(duì)-文圖里（Venturi）車(chē)隊(duì)合作的技術(shù)成果示意圖。水原德健說(shuō)，雙方的合作起步很早，從2016年的第三賽季就開(kāi)始了。幾年來(lái)，在Formula-E賽車(chē)電力驅(qū)動(dòng)主逆變器上的應(yīng)用演進(jìn)，也驗(yàn)證了SiC元器件的性能優(yōu)勢(shì)。例如，同為200kW功率，第三賽季相比第二賽季傳統(tǒng)的逆變器，采用SiC材料后總量減輕了2kg、尺寸縮小了19%。而第四賽季應(yīng)用了全SiC模塊的主逆變器（220KW）相比第二賽季，實(shí)現(xiàn)減重6kg、體積縮小43%。
SiC材料新能源汽車(chē)應(yīng)用增勢(shì)驚人
權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2017年，羅姆位列SiC市場(chǎng)前三甲，而且與排名前兩位的市場(chǎng)份額非常接近。
采訪(fǎng)中，水原德健詳細(xì)介紹了羅姆SiC的發(fā)展歷史。他說(shuō)，早在2002年，公司就開(kāi)始進(jìn)行SiC材料的基礎(chǔ)研發(fā)。2009年收購(gòu)了SiC晶圓供應(yīng)商德國(guó)SiCrystal公司， 2010年，完善并確立了羅姆在SiC器件領(lǐng)域一條龍的生產(chǎn)體系，羅姆第一代肖特基勢(shì)壘二極管量產(chǎn)，是當(dāng)時(shí)日本首家、全球第4家具備該量產(chǎn)能力的半導(dǎo)體廠(chǎng)商。同年12月，羅姆作為全球第一家公司量產(chǎn)了SiC MOSFET。2012年，羅姆SiC全模塊產(chǎn)品開(kāi)始量產(chǎn)。2015年，采用創(chuàng)新的溝槽構(gòu)造的第二代SiC MOSFET投產(chǎn)。相比第一代采用平面構(gòu)造的產(chǎn)品，第二代產(chǎn)品芯片尺寸更小，并通過(guò)導(dǎo)通電阻的降低，使得器件具備更大的通過(guò)電流（功率）。最新的第三代SiC功率器件也于2017年11月開(kāi)始量產(chǎn)。
談到SiC全球應(yīng)用概況，水原德健說(shuō)，2013年起SiC材料開(kāi)始逐步被使用。目前，SiC材料主要應(yīng)用于這四大市場(chǎng)：風(fēng)電、太陽(yáng)能等綠色能源領(lǐng)域；服務(wù)器等信息和通信（ICT）行業(yè)；新能源汽車(chē)；工業(yè)控制。他坦言，受較高成本的限制，除了個(gè)別車(chē)型外，目前SiC材料在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用還未普及開(kāi)。不過(guò)，展望未來(lái)，新能源汽車(chē)應(yīng)用增長(zhǎng)是最快的。據(jù)行業(yè)最新統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，SiC材料全球市場(chǎng)規(guī)模將從2017年的4億美元快速增長(zhǎng)到2025年的16億美元，樂(lè)觀(guān)的預(yù)測(cè)甚至能達(dá)到34億美元。水原德健透露，為了把握SiC材料快速增長(zhǎng)的機(jī)遇，羅姆計(jì)劃分批投入共計(jì)600億日幣，至2025年時(shí)將SiC的產(chǎn)能提升至2017年的16倍。力爭(zhēng)到2025年，羅姆能在全球SiC市場(chǎng)的份額達(dá)到30%。
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標(biāo)簽：新能源汽車(chē)