《電子技術(shù)應(yīng)用》
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豐田電裝大舉進(jìn)軍碳化硅

2021-11-03
來源:半導(dǎo)體行業(yè)觀察
關(guān)鍵詞: 豐田 碳化硅

  在去年十二月,,電裝宣布,作為其實現(xiàn)低碳社會努力的一部分,,其配備了高質(zhì)量的碳化硅 (SiC) 功率半導(dǎo)體的最新型號升壓功率模塊已開始量產(chǎn),,并被用于于2020 年 12 月 9 日上市的豐田新 Mirai 車型上。

  在介紹中,,DENSO表示,,公司開發(fā)了 REVOSIC 技術(shù),旨在將 SiC 功率半導(dǎo)體(二極管和晶體管)應(yīng)用于車載應(yīng)用,。他們指出,,碳化硅是一種與傳統(tǒng)硅(Si)相比在高溫、高頻和高壓環(huán)境中具有優(yōu)越性能的半導(dǎo)體材料,。因此,在關(guān)鍵器件中使用 SiC 以顯著降低系統(tǒng)的功率損耗,、尺寸和重量并加速電氣化引起了廣泛關(guān)注,。

  2014 年,DENSO 推出了一款用于非汽車應(yīng)用的 SiC 晶體管,,并將其商業(yè)化用于音頻產(chǎn)品,。DENSO 繼續(xù)對車載應(yīng)用進(jìn)行研究,2018 年,,豐田在其 Sora 燃料電池巴士中使用了車載 SiC 二極管,。

  現(xiàn)在,DENSO 開發(fā)了一種新的車載 SiC 晶體管,,這標(biāo)志著 DENSO 首次將 SiC 用于車載二極管和晶體管,。新開發(fā)的SiC 晶體管在車載環(huán)境中提供高可靠性和高性能,這對半導(dǎo)體提出了挑戰(zhàn),,這要?dú)w功于 DENSO 獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和加工技術(shù),,應(yīng)用了溝槽柵極 MOSFET。搭載SiC功率半導(dǎo)體(二極管,、晶體管)的新型升壓功率模塊與搭載Si功率半導(dǎo)體的以往產(chǎn)品相比,,體積縮小約30%,功率損耗降低約70%,,有助于實現(xiàn)小型化,。升壓電源模塊,提高車輛燃油效率,。

  DENSO 表示,,公司將繼續(xù)致力于 REVOSIC 技術(shù)的研發(fā),將技術(shù)應(yīng)用擴(kuò)展到電動汽車,,包括混合動力汽車和純電動汽車,,從而助力建設(shè)低碳社會,。

  近日,DENSO 在一篇新聞稿中指出,,功率半導(dǎo)體就像人體的肌肉,。它根據(jù)來自 ECU(大腦)的命令移動諸如逆變器和電機(jī)(四肢)之類的組件。車載產(chǎn)品中使用的典型功率半導(dǎo)體由硅 (Si) 制成,。相比之下,,碳化硅在高溫、高頻和高壓環(huán)境中具有卓越的性能,,有助于顯著降低逆變器的功率損耗,、尺寸和重量。因此,,SiC 器件因其加速車輛電氣化而受到關(guān)注,。

  電裝指出,與采用硅功率半導(dǎo)體的傳統(tǒng)產(chǎn)品相比,,采用公司碳化硅功率半導(dǎo)體的升壓功率模塊體積縮小了約 30%,,功率損耗降低了 70%。這就可以讓產(chǎn)品變得更小,,車輛燃油效率得到提高,。

  電裝工程師也表示,與硅相比,,碳化硅的電阻低,,因此電流更容易流動。由于這種特性,,一個原型 SiC 器件被突然的大電流浪涌損壞,。為此電裝的多部門合作討論如何在充分利用 SiC 的低損耗性能的同時防止損壞市場上的設(shè)備,并以一個我們部門無法單獨(dú)提出的想法解決了這個問題:使用特殊的驅(qū)動器 IC 高速切斷電流,。

  碳化硅專利:電裝排第五

  據(jù)日經(jīng)報道,,日美企業(yè)壟斷了新一代半導(dǎo)體材料碳化硅(SiC)相關(guān)專利的前5位。從事專利分析的日本Patent Result公司的統(tǒng)計顯示,,涉足碳化硅半導(dǎo)體基板的美國科銳(Cree)排在首位,,第2~5位是羅姆和住友電氣工業(yè)等日本企業(yè)。

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  根據(jù)截至7月29日發(fā)布的美國專利數(shù)據(jù),,通過數(shù)量和關(guān)注度計算了分?jǐn)?shù),。碳化硅被用作替代現(xiàn)有的硅半導(dǎo)體基板材料,有助于提高功率半導(dǎo)體的性能和節(jié)能化,。在純電動汽車(EV)和光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器等領(lǐng)域,,碳化硅的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。在脫碳化社會之下,,需求有望擴(kuò)大,。

  Patent Result的分析顯示,,排在首位的美國科銳在碳化硅基板和結(jié)晶化的專利方面具有優(yōu)勢。第2位的羅姆和第5位的電裝在降低電力損耗方面有優(yōu)勢,,第3的住友電工強(qiáng)于碳化硅的結(jié)晶結(jié)構(gòu),,第4的三菱電機(jī)在半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)方面有優(yōu)勢。

  電裝還有更遠(yuǎn)大的目標(biāo)

  在2019年,,豐田與電裝聯(lián)合宣布將成立一個新的合資企業(yè),。新公司主要研發(fā)下一代車載半導(dǎo)體技術(shù)。他們將目光投向了能夠挑戰(zhàn)SiC(碳化硅)和GaN(氮化鎵)的功率半導(dǎo)體氧化鎵,、金剛石,。

  通過對產(chǎn)品基本結(jié)構(gòu)和加工工藝的深入研究,新合資公司將致力于面向用于電動車輛的功率模塊,、或是用于自動駕駛車輛的外圍監(jiān)控傳感器等電子元件的先進(jìn)前瞻技術(shù)開發(fā),。

  作為全球鮮少能夠自產(chǎn)IGBT的整車廠,豐田與富士電機(jī),、三菱電機(jī),、電裝深入合作。電裝,,入股英飛凌,與京都大學(xué)創(chuàng)辦的一家科技初創(chuàng)公司FLOSFIA合作,,加強(qiáng)車載半導(dǎo)體產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用,。他們都在投資和開發(fā)新一代功率半導(dǎo)體器件,減少和降低用于電動汽車的功率模塊的成本,、尺寸,。





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