當(dāng)前，SiC襯底供應(yīng)開始嚴重不足， 但是過去兩年間SiC領(lǐng)域企業(yè)動作頻頻并不平靜，其中，數(shù)個關(guān)鍵公司和Cree/其他簽署了長期供貨協(xié)議。2018年On Semi會自研襯底，2018年11月Infineon收購了具有襯底制造技術(shù)的Siltectra，2019年2月，ST收購了Norstel 55%的股權(quán)，2019年5月，Cree宣布在未來5年投資10億美元，擴展襯底生產(chǎn)產(chǎn)能，其他襯底供應(yīng)商也在擴產(chǎn)；2020年8月，II-VI宣布收購Ascatron(SIC 外延晶片及器件）和INNOVion(世界最大離子注入服務(wù)供應(yīng)商）；2021年春，Cree宣布8“SIC襯底進展順利；2021年4月15日，II-VI 宣布在福州增加SIC襯底產(chǎn)能……

 

從應(yīng)用上來看，特斯拉開始引入SiC MOSEFT到主驅(qū)上并迅速量產(chǎn)，并被市場廣泛接受；國產(chǎn)新能源車開始引入SiCMOSFET 到主驅(qū)上，反應(yīng)良好； SiC襯底開始降價；SiC 市場從以二極管為主逐漸過渡到以MOSFET為主（國際市場）……

 

近日，2021功率半導(dǎo)體與車用LED技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用論壇在上海舉行。本屆論壇由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)和勵展博覽集團共同主辦，并得到第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的指導(dǎo)。

會上，廣東芯聚能半導(dǎo)體有限公司總裁周曉陽帶來了“碳化硅功率模塊在新能源汽車中的應(yīng)用”的主題報告，分享了最新發(fā)展趨勢，相關(guān)封裝設(shè)計優(yōu)化思路及工藝挑戰(zhàn)等。

 

Cree供應(yīng)全球40%的SiC wafer，國際領(lǐng)先大廠采用不同的發(fā)展戰(zhàn)略，比如Cree垂直整合，控制襯底價格及產(chǎn)品開發(fā)，過度到8吋的時間以到達器件級別的價格競爭力；羅姆垂直整合，向8吋過度，追求性價比，2009收購SiCrystal；IGBT 12” 和SIC雙輪發(fā)展，封裝有規(guī)模價格優(yōu)勢，2018年收購Siltectra。

 

 

報告指出，SiC 芯片的特性對新型器件封裝提出了新的要求和挑戰(zhàn)，SiC模塊封裝材料面臨著要適應(yīng)>175℃ 應(yīng)用溫度材料；高導(dǎo)熱材料；高耐壓絕緣材料；高溫可靠性材料的挑戰(zhàn)。

SiC模塊封裝工藝也面臨著應(yīng)用環(huán)境挑戰(zhàn)、嚴苛的可靠性要求挑戰(zhàn)、 質(zhì)量成本挑戰(zhàn)、新工藝檢測方法挑戰(zhàn)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范性挑戰(zhàn)等。

 

SiC模塊封裝設(shè)計面臨著成本挑戰(zhàn)，SIC晶圓和襯底國內(nèi)較少、芯片價格高、封裝研發(fā)成本較高。技術(shù)儲備則涉及過去主要以代工為主、封裝研發(fā)設(shè)計積累不深、科研體系與產(chǎn)業(yè)銜接起步階段等挑戰(zhàn)。軟件支持方面，當(dāng)前主流CAE軟件國外為主，成本較高，技術(shù)支持和經(jīng)驗積累較薄弱。

 

全球SiC產(chǎn)業(yè)化剛剛開始，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)起步雖晚，但推動力度大進度快，封裝技術(shù)瓶頸和差距依然具備追趕并進的機會。

 

對于SiC模塊在電驅(qū)上的應(yīng)用，報告指出與IGBT相比，在中小電流下，SiC MOS的導(dǎo)通損耗更低；SiC MOS的 開關(guān)損耗也低，反向恢復(fù)電流非常小，在極限工況下開關(guān)損耗相比IGBT低60%；在更適合城市的輕載工況下，SiC MOS損耗性能優(yōu)勢明顯，因此逆變器應(yīng)用SiC MOS體現(xiàn)在效率Map上就是高效區(qū)面積比較大。

 

相比于傳統(tǒng)功率器件，SiC器件在測試和應(yīng)用時需要關(guān)注幾點： 1.大功率模塊采用多芯片并聯(lián)；相比IGBT，SiC MOSFET的器件電氣參數(shù)具有更大分散性，在模塊并聯(lián)配置時需要更準(zhǔn)確的分組設(shè)置和測試方法；2.柵極開啟電壓Vth需要通過預(yù)測試實現(xiàn)準(zhǔn)確可重復(fù)測量；3.雙脈沖測試系統(tǒng)雜散電感對SiC器件波形影響更大，導(dǎo)致讀值異常；4.SiC器件在大電流關(guān)斷時di/dt高，模塊會承受較大的電壓應(yīng)力，電壓尖峰容易超過安全工作區(qū)。 

最后，周曉陽總裁透露了公司自主開發(fā)SiC 車載主驅(qū)模塊進展。2020年8月完成設(shè)計定型1200V/750V多個版本；2021年3月完成了B樣試制，采用高溫高壓銀燒結(jié)技術(shù)，已經(jīng)通過主機廠性能測試與驗證。預(yù)計2021年6月達到SOP狀態(tài)，2021Q4產(chǎn)能目標(biāo)>10萬塊/年。