剛剛過去的2020年，功率電子行業(yè)的明星莫過于SiC(碳化硅)開始加快了進(jìn)入汽車行業(yè)的腳步。電動(dòng)汽車包括三種功率轉(zhuǎn)換器：主逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和OBC(車載充電器)，其中主逆變器功率級別最高，因此也是最需要使用SiC來提升效率的應(yīng)用，其中功率半導(dǎo)體器件最多，所以是最大的細(xì)分市場。

　　最大對手是硅IGBT

　　今天的SiC正經(jīng)歷硅IGBT技術(shù)所走過的歷程。1986年，IGBT首次商業(yè)化發(fā)布，之后一發(fā)不可收拾，經(jīng)過不斷改進(jìn)和發(fā)展，創(chuàng)新器件層出不窮。今天，得益于硅成熟的基礎(chǔ)設(shè)施和工藝，除了性能改進(jìn)外，逐步向12英寸硅晶圓的過渡，令硅IGBT的成本進(jìn)一步降低，所以SiC等寬禁帶半導(dǎo)體面對的對手仍然后勁十足。

　　不過，SiC MOSFET在更高頻率和溫度下運(yùn)行的特性更勝一籌，是進(jìn)入1200V級別功率器件的理想選擇，但其高于硅的制造成本，加上IGBT技術(shù)已很成熟，讓最新型的IGBT在市場上仍能立于不敗之地，可以在標(biāo)準(zhǔn)化和廣泛采用方面更進(jìn)一步。

　　從技術(shù)角度看，SiC MOSFET功率模塊面臨的問題和IGBT一樣，模塊中不匹配的CTE(熱膨脹系數(shù))容易使各層相互分離，引發(fā)器件失效。SiC的問題更為嚴(yán)重，主要是材料密度引起的熱耗散，因此需要有合適的封裝和系統(tǒng)集成創(chuàng)新方案。

　　但有一點(diǎn)可以肯定，SiC MOSFET在高溫下導(dǎo)通電阻非常低，結(jié)合其在所有溫度范圍內(nèi)都具有比同類硅IGBT更好的開關(guān)性能，如果輔以先進(jìn)的創(chuàng)新封裝，既可以簡化汽車電力系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)，也可以實(shí)現(xiàn)更高效、緊湊和輕量的系統(tǒng)。

　　電動(dòng)汽車SiC商用時(shí)代開啟

　　本世紀(jì)初，SiC器件開始商業(yè)化應(yīng)用。20年來，它已從國防軍工等不計(jì)成本的高端市場走進(jìn)尋常市場應(yīng)用。隨著越來越多的公司開發(fā)SiC器件，其發(fā)展勢頭日益迅猛。在汽車領(lǐng)域，作為顛覆性技術(shù)的SiC將為電動(dòng)汽車應(yīng)用帶來創(chuàng)新和最新的商業(yè)機(jī)會(huì)。

　　事實(shí)上，SiC的汽車商用早在2018年即已開始。第一個(gè)采用SiC器件封裝解決方案的主機(jī)廠是特斯拉。當(dāng)時(shí)，Model 3逆變器搭載了意法半導(dǎo)體(ST)的SiC功率模塊，這是SiC功率模塊在電動(dòng)汽車中的首次商用。

　　電動(dòng)汽車首款商用SiC模塊

　　ST為特斯拉打造的逆變器由24個(gè)1合1功率模塊組成，模塊封裝在Pin Fin散熱片上。每個(gè)模塊包含兩個(gè)采用片芯連接解決方案的SiC MOSFET，并通過銅夾直接連接在端子上，以利用銅基板散熱，降低傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗。

　　同年，英飛凌也推出了第一個(gè)雙面冷卻IGBT模塊FF400R07A01E3，當(dāng)然它還是硅器件；三菱電機(jī)的第7代IGBT J1系列650V大功率汽車功率模塊也是如此。這些硅基模塊在封裝設(shè)計(jì)和材料解決方案上與ST的SiC MOSFET差別很大。從那以后，研發(fā)SiC MOSFET的頭部半導(dǎo)體公司都加持了SiC，并從市場獲得了很好的回報(bào)。

　　當(dāng)時(shí)，在積極立法的推動(dòng)下，減少二氧化碳排放已成為未來的主旋律。主機(jī)廠已將汽車電氣化作為一種非常有效的方式來減少其車隊(duì)的二氧化碳排放量，從而避免沉重的經(jīng)濟(jì)處罰。此前很長一段時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)逆變器功率模塊集成的是硅IGBT，但在電動(dòng)汽車中，發(fā)動(dòng)機(jī)艙的空間非常有限，很難容納控制電動(dòng)汽車牽引電機(jī)的功率控制單元(PCU)。因此，PCU必須有更高的功率密度，體積更小。

　　由于SiC器件可以在更高的結(jié)溫和更高的開關(guān)頻率下以更小的芯片尺寸工作，成為了高壓工作條件下硅的有力競爭者。然而，高功率密度需要更好的散熱能力，要用新的封裝來提高器件性能。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，制造商們開發(fā)了不同的解決方案，例如減少引線鍵合或使用模壓成型(overmolded)結(jié)構(gòu)來有效地冷卻功率半導(dǎo)體芯片，同時(shí)降低互連電感，提高器件的可靠性。

　　未來SiC模塊市場將加速攀升

　　根據(jù)Yole最近發(fā)布的《2021年電動(dòng)汽車功率電子產(chǎn)品報(bào)告》預(yù)計(jì)，到2026年，電動(dòng)汽車主逆變器市場將達(dá)195億美元，占整個(gè)電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車(EV/HEV)轉(zhuǎn)換器市場的67%，復(fù)合年增長率為25.9%。在功率半導(dǎo)體市場，IGBT和SiC模塊之間的技術(shù)角逐的序幕已經(jīng)拉開，而到2026年后者的價(jià)值將會(huì)翻三番。

　　xEV半導(dǎo)體功率器件市場預(yù)測

　　實(shí)際上，目前SiC模塊的成本仍然是650V IGBT模塊三倍左右，但隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，并逐步采用8英寸晶圓，以及汽車用戶應(yīng)用批量的增加，兩者價(jià)格的差距將日漸縮小。