攻克SiC的发展瓶颈,推进在汽车和工业中的应用

1 SiC的应用优势

Bryan Lu：碳化硅（SiC）是新一代宽禁带（WBG）半导体材料，具有出色的R_DS(ON)*Q_g品质因数（FoM）和低反向恢复电荷（Q_rr），特别适用于具有挑战性的应用，尤其是高压大电流等应用场景，主驱逆变器采用SiC，可提升系统的效率，进而使得在相同的电池容量下里程数得以提升。OBC（车载充电机）采用SiC，可实现更高的能效和功率密度。随着汽车市场向800 V 高压系统发展，SiC 在高压下的低阻抗、高速等优势将更能体现。

Mrinal K.Das博士(安森美电源方案事业群先进电源部技术营销高级总监)

2 制约SiC推广的技术挑战

Mrinal Das：首先，从良率和可靠性来看，与硅相比，SiC的缺陷率更高，制造条件更苛刻。第二，SiC 的工作温度比硅基器件支持的温度高，在整个设计阶段都要考虑更大的热应力，因此热管理也是一大挑战。此外，由于SiC 是一种相对较新的材料，生态系统的支持至关重要。除了技术方面的挑战，还有供货和成本方面的挑战，随着整个行业产能的提升和成本的下降，市场将渗透到除汽车以外更为广泛的应用领域。

Bryan Lu：受制于成本，SiC 还没有全面应用在新能源汽车以及工业等其他应用中，但SiC 的性能优势适合广阔的应用场景，尤其是高压大电流是SiC 功率器件的最佳应用条件，类似光伏逆变器、高铁等都是SiC 功率器件的匹配应用场景。在汽车应用中，800 V 平台是未来的迭代方向，将是SiC 的主战场，但800 V 和现有的400 V 母线系统零部件不通用，切换需要时间。如果开发800 V 的高压系统，整车系统平台需要重新优化设计，需要系统性地重构电池、电驱、高压配电等子系统以及外部的基础设施，这个过程不是一蹴而就的。

Bryan Lu(安森美电源方案事业群汽车主驱逆变器功率模块中国区负责人)

3 安森美的SiC解决方案

Mrinal Das：安森美(Onsemi) 通过垂直整合从原材料粉末到成品封装功率器件的供应链，来确保高可靠性，这种高度可扩展的端到端生产方式使安森美能够控制供应链的相关环节，从而根据市场需求去弹性地调节产能，优化成本结构。

为确保良率和高可靠性，安森美推动晶体生长、晶片、外延、器件设计/ 制造和封装等各生产阶段的创新，以减少可能导致实际应用中早期失效的电活性缺陷的发生。此外，我们还在生产过程中采用高效的筛选方法，确保筛选出的、本征性好的器件能够在实际应用中稳定工作，最终使失效率达到行业要求的低PPM 水平。安森美采用两种方式来优化热管理：①采用铜基板方案以改善从芯片到散热器的热阻R_th；②用烧结技术替代传统的焊接工艺，可进一步降低热阻。

完善的生态系统支持也是安森美的差异化竞争优势，安森美提供各种封装的SiC 器件和相关栅极驱动器，以满足不同的应用要求，还提供评估板/ 套件、参考设计、选型指南、应用手册、SPICE 模型和仿真工具等全面的设计支持，以助设计人员加快和简化设计。

Bryan Lu：安森美作为目前全球范围内为数不多能够提供端到端SiC 生产能力的厂家，有自己的衬底厂、外延厂和晶圆厂，也在积极地推进6 英寸提升到8 英寸。由于全供应链都是自己所控制，所以无论质量和产能都是可以保障的。安森美在SiC 领域积累了十多年的经验，因此对于市场和终端应用非常的熟悉和了解，产品都是针对具体的应用来优化的。安森美开发的SiC产品命名为EliteSiC，主要有EliteSiC 功率模块、分立EliteSiC MOSFET 和SBD、bare die 三大类。SiC 功率模块包括用于主驱逆变器的EliteSiC 功率模块，和针对OBC、DC-DC 的SiC 功率模块APM。其主驱EliteSiC功率模块采用了最新的平面结构的EliteSiC MOSFET，使得效率和损耗都得到了优化。APM 的应用使得整个OBC 和DC-DC 系统的可靠性和功率密度都得到了提升。分立EliteSiC MOSFET 和SBD 都是采用标准的封装，和友商的管脚完全兼容。bare die 则针对一些长期合作的客户，使得客户的差异化可以做得更好。目前安森美的EliteSiC 的MOSFET 都还是平面结构，Rsp 达到了2.2 mΩ*cm2 左右，处于市场领先的一个地位。安森美将会紧跟市场的发展，更好地优化SiC 功率器件产品来匹配具体的应用，加强在汽车和光伏等行业的拓展，为客户提供更好的产品。

（本文来源于EEPW 2023年10月期）