因旗下部分產品存在問題 三家險企被要求全面整改
2022-04-29 21:47:29
碳化硅（SiC）功率器件或在電動汽車領域一決勝負
2022-04-29 21:47:29 來源: 電子產品世界
電力電子器件的發展歷史大致可以分為三個大階段：硅晶閘管（可控硅）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）和剛顯露頭角的碳化硅（SiC）系列大功率半導體器件。
碳化硅屬于第三代半導體材料，與普通的硅材料相比，碳化硅的優勢非常突出，它不僅克服了普通硅材料的某些缺點，在功耗上也有非常好的表現，因而成為電力電子領域目前最具前景的半導體材料。正因為如此，已經有越來越多的半導體企業開始進入SiC市場。
到2023年，SiC功率半導體市場預計將達到15億美元。SiC器件的供應商包括Fuji、英飛凌、Littelfuse、三菱、安森半導體、意法半導體、Rohm、東芝和Wolfspeed（Wolfspeed是Cree的一部分），X-Fab是SiC的唯一代工廠商。
碳化硅功率器件的電氣性能優勢：
1. 耐壓高：臨界擊穿電場高達2MV/cm(4H-SiC)，因此具有更高的耐壓能力(10倍于Si)。
2. 散熱容易：由于SiC材料的熱導率較高(是Si的三倍)，散熱更容易，器件可工作在更高的環境溫度下。理論上，SiC功率器件可在175℃結溫下工作，因此散熱器的體積可以顯著減小。
3. 導通損耗和開關損耗低：SiC材料具有兩倍于Si的電子飽和速度，使得SiC 器件具有極低的導通電阻(1/100 于Si)，導通損耗低；SiC 材料具有3倍于Si 的禁帶寬度，泄漏電流比Si 器件減少了幾個數量級，從而可以減少功率器件的功率損耗；關斷過程中不存在電流拖尾現象，開關損耗低，可大大提高實際應用的開關頻率(10 倍于Si)。
4. 可以減小功率模塊的體積：由于器件電流密度高(如Infineon 產品可達700A/cm2)，在相同功率等級下，全SiC功率模塊(SiC MOSFETsSiC SBD)的封裝尺寸顯著小于Si IGBT 功率模塊。
碳化硅功率器件發展中存在的問題：
1. 在商業化市場方面：由于Cree公司技術性壟斷，一片高質量的4英寸SiC單晶片的售價約5000美元，然而相應的4英寸Si片售價僅為7美元。如此昂貴的SiC單晶片已經嚴重阻礙了SiC器件的發展。
2. 在技術方面：SiC單晶材料位錯缺陷等其他缺陷對SiC器件特性造成的影響仍未解決；SiC器件可靠性問題；高溫大功率SiC器件封裝問題。
隨著碳化硅電力電子器件技術的研究的不斷深入，這些問題將逐漸得到解決，更多更好的商用碳化硅電力電子器件將推向市場，必將大大拓展碳化硅電力電子器件的應用領域。
同時，縱觀電力電子的發展歷程，新器件的誕生會帶來整個電力電子行業的重大革命，在不久的將來，碳化硅功率器件將成為各種變換器應用領域中減小功率損耗、提高效率和功率密度的關鍵器件。
碳化硅功率器件最大的增長機會在汽車領域
SiC是一種基于硅和碳的復合半導體材料。在生產流程中，專門的SiC襯底被開發出來，然后在晶圓廠中進行加工，得到基于SiC的功率半導體。許多基于SiC的功率半導體和競爭技術都是專用晶體管，它們可以在高電壓下開關器件的電流。它們用于電力電子領域，可以實現系統中電力的轉換和控制。
與傳統硅基器件相比，SiC的擊穿場強是傳統硅基器件的10倍，導熱系數是傳統硅基器件的3倍，非常適合于高壓應用，如電源、太陽能逆變器、火車和風力渦輪機。
目前碳化硅功率器件主要定位于功率在1kw-500kw之間、工作頻率在10KHz-100MHz之間的場景，特別是一些對于能量效率和空間尺寸要求較高的應用，如電動汽車車載充電機與電驅系統、充電樁、光伏微型逆變器、高鐵、智能電網、工業級電源等領域，可取代部分硅基MOSFET與IGBT。
另外，SiC還用于制造LED。碳化硅材料各項指標均優于硅，其禁帶寬度幾乎是硅的3倍，理論工作溫度可達600℃，遠高于硅器件工作溫度。技術成熟度最高，應用潛力最大。最大的增長機會在汽車領域，尤其是電動汽車。電動汽車未來有三大趨勢，一是行駛里程延長，二是縮短充電時間，三是需要更高的電池容量。
隨著電動汽車以及其他系統的增長，碳化硅（SiC）功率半導體市場正在經歷需求的突然激增，這便是SiC的用武之地。SiC正在進軍車載充電器、DC-DC轉換器和牽引逆變器。
當前電動汽車的車載充電機市場已逐步采用碳化硅SDB，產品集中在1200V/10A、20A，每臺車載充電機需要4-8顆碳化硅SBD，全球已有超20余家汽車廠商開始采用。在著名的電動方程式（Formula-E）賽車中也用到了SiC技術，羅姆從2016年的第三賽季開始贊助Venturi車隊。在第三賽季使用了IGBT＋SiC SBD后，與傳統逆變器相比，重量降低2kg，尺寸減小19％，而2017年的第四賽季采用Si MOS＋SiC SBD后，其重量降低6kg，尺寸減小43％。目前，特斯拉Model 3的電驅系統已采用了ST所提供的的碳化硅器件，豐田也將于2020年正式推出搭載碳化硅器件的電動汽車。
SiC器件在電動汽車控制部件應用中存在的問題
盡管碳化硅功率器件在電動汽車驅動系統的使用中具有顯著的優勢和廣泛的應用前景，但仍有以下問題需要解決：
1. 電磁兼容性問題：電動汽車電力電子裝置是電動汽車的最主要的電磁干擾源也是重要的傳播途徑，顯然，高的開關頻率會加劇電動汽車的電磁干擾。電動汽車內有大量噪聲敏感的電子設備，不良的電磁兼容設計往往對其他車載電子設備的造成干擾甚至是誤操作，給汽車留下較大的安全隱患。對SiC器件引起的電磁干擾的產生機理和抑制方法上進行深入研究，才能有效提高電動汽車的電磁兼容性能。
2. 高頻磁性元件設計問題：碳化硅器件的使用可以提高變換器的開關頻率、縮小磁性元件體積，但高頻化下的磁性元件有許多基本問題要研究。
3. 先進封裝技術：電動汽車環境溫度較高，功率模塊及其輔助電路需滿足高可靠性、耐熱性以及電氣堅固性等需求。因此需要先進封裝技術改善散熱條件、降低寄生參數、提高功率模塊的電氣堅固性和可靠性。電力電子研究人員一直在努力尋找新型大電流高功率密度封裝結構和互連方法，以替代目前的平面封裝結構和引線鍵合工藝，徹底消除它們帶來的各種問題。
您可能也感興趣:
為您推薦
二季度五行業暫緩繳納養老保險費 含零售、民航等特困行業
2022-04-29 21:47:29
深圳市重疾險參保人數逐年增加 七個醫保年度賠付14.4億元
2022-04-29 21:47:29
一季度社保基金新進14只個股 養老金賬戶新進9只個股
2022-04-29 21:47:29
排行
最近更新
- 碳化硅（SiC）功率器件或在電動汽車領域一決勝負
- 英特爾楊敘：全新超極本是PC與平板二合一
- 脈沖式電子圍欄工作原理及優點分析
- 發動機測試的便攜式振動分析儀
- 鉅浪混動壓軸登場，廣汽傳祺的“雙保險”
- 新蛋全球CEO鄒果慶獲評 2022年中國數字生態領袖
- 四月收官整體呈陰 五月結束探底翻紅可期丨微策略
- 廣東省出臺促進消費措施，廣汽傳祺率先響應，補貼至高10000元！
- 老字號、供應鏈、新消費品牌集中布局預制菜 疫情打開線上增量？
- 打通鄉村振興“毛細血管”——農發行合江縣支行投放1.07億元...
- 興業銀行德陽分行筑牢防范電信網絡詐騙“防火墻”
- 珠海制造業貸款余額比年初增35%
- 如何避免核酸檢測交叉感染
- 九安醫療擬使用不超27億元開展證券投資與衍生品交易
- 二氧化碳“變”葡萄糖，深圳先進院研究成果登《自然》子刊
- 九安醫療：一季度凈利潤143.12億元 同比增長37527.35%
- 成立19年兩度遇疫情 楊麗萍含淚宣布《云南映象》演出團隊暫時解散
- 中原區衛健委積極開展醫療機構放射性職業病危害建設項目竣工...
- 陳岱鎮開展職業病防治宣傳周活動
- 市疾控中心：開展職業健康行動 助力企業高質量發展
- 孝昌縣總工會開展《職業病防治法》宣傳周活動
- 宜都市衛健監督執法大隊開展《職業病防治法》宣傳周活動
- 嘉實致遠3個月定期純債債券(013544)2022年第二次收益分配
- Q1綠債產品承銷總額同比增57％ 市場稱綠債投資將迎廣闊發展空間
- 中南建設：“17 中南 01”將于5月11提前兌付及摘牌
- 中證協修訂發布《公司債券承銷業務規范》 規范承攬行為
- 信用債追蹤 | 20龍控01上漲50% 15世茂02下跌3.21%
- 泛海控股“20泛控03”公司債回售金額7億 將于4月29日摘牌
- 古井貢酒2021年營收132.7億增28.93%，年份原漿毛利率增1.7個百分點
- 永輝超市：一季度凈利潤5.02億元，同比增長2053.54%