豐田電裝大舉進(jìn)軍碳化硅

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2022-03-17 09:12:57 0

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 *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)，這要歸功于 DENSO 獨特的結(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（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*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的住友電工強于碳化硅的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，第4的三菱電機在半導(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、三菱電機、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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