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最近小米汽車SU7正式亮相，細(xì)心注意的人會(huì)發(fā)現(xiàn)，他們主驅(qū)電控的SiC功率模塊并沒(méi)有采用常規(guī)的HPD三相全橋模塊，而是采用了SiC半橋模塊。
據(jù)“行家說(shuō)三代半”調(diào)研，除了小米外，比亞迪、蔚來(lái)、北汽、長(zhǎng)安、賽力斯、長(zhǎng)城等車企也在轉(zhuǎn)向SiC半橋模塊。同時(shí)，基本半導(dǎo)體、愛(ài)仕特等SiC企業(yè)也已研發(fā)出高性價(jià)比的車規(guī)級(jí)SiC半橋模塊產(chǎn)品，助力新能源賽道發(fā)展。
比亞迪、小米、蔚來(lái)等車企為何紛紛采用SiC半橋模塊？對(duì)比HPD模塊，半橋模塊有哪些優(yōu)勢(shì)？基本半導(dǎo)體、愛(ài)仕特發(fā)布的SiC半橋模塊有何獨(dú)特優(yōu)勢(shì)？
蔚來(lái)、比亞迪改變SiC路線：半橋模塊取代HPD
12月23日，蔚來(lái)發(fā)布了最新的旗艦車型ET9，該車型搭載了1200V SiC功率模塊，采取半橋封裝工藝，功率模塊密度1315kW/L，擁有高達(dá)30萬(wàn)次的功率循環(huán)能力。
“行家說(shuō)三代半”發(fā)現(xiàn)，去年5月，蔚來(lái)與安森美達(dá)成合作，采購(gòu)其VE-TracTM Direct SiC功率模塊，該模塊搭載了第二代SiC MOSFET技術(shù)，采用HPD封裝形式。也就是說(shuō)，蔚來(lái)此前的SiC車型主要采用HPD模塊，而從ET9開(kāi)始轉(zhuǎn)向SiC半橋模塊。
無(wú)獨(dú)有偶，比亞迪汽車也在更新SiC主驅(qū)功率模塊技術(shù)路線，逐漸從HPD模式向半橋模式轉(zhuǎn)移，并推出相關(guān)產(chǎn)品。
“行家說(shuō)三代半”留意到，2023年12月，比亞迪半導(dǎo)體在某個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的申報(bào)材料中透露，他們自研出了單面塑封SiC半橋模塊。該模塊采用最新雙面銀燒結(jié)工藝，目前已應(yīng)用在比亞迪汽車系列上。
可以發(fā)現(xiàn)，比亞迪的主驅(qū)SiC模塊已經(jīng)發(fā)展至第三代：2020年推出第一代1200V、840A三相全橋SiC功率模塊，已搭載比亞迪“漢EV”等車型；2022年推出第二代1200V、1040A三相全橋SiC功率模塊；2023年推出第三代SiC半橋模塊。
目前，商用的車規(guī)級(jí)SiC功率模塊多采用基于硅器件的傳統(tǒng)模塊封裝技術(shù)，三相全橋HPD模塊仍是主流，但隨著800V+SiC時(shí)代的到來(lái)，以半橋結(jié)構(gòu)和塑封工藝為主的封裝模式或?qū)⒊蔀榇筅厔?shì)，國(guó)內(nèi)出了比亞迪、蔚來(lái)和小米外，北汽、長(zhǎng)安、賽力斯、長(zhǎng)城等車企也在主驅(qū)中導(dǎo)入SiC半橋模塊。
SiC半橋優(yōu)勢(shì)：降低25%成本、75%雜感
眾所周知，傳統(tǒng)HPD灌膠模塊只是SiC模塊的“過(guò)渡性”封裝方案，并不能充分發(fā)揮SiC MOSFET芯片的高耐溫、高頻率和高耐壓等優(yōu)勢(shì)，很難克服雜散電感、可靠性、兼容性、工作溫度等方面的挑戰(zhàn)。
對(duì)比之下，SiC塑封半橋模塊式則更靈活，配合銀燒結(jié)、塑封轉(zhuǎn)模等關(guān)鍵技術(shù)，不僅可實(shí)現(xiàn)更均勻的電流密度分布，而且熱容熱阻和雜散電感等方面表現(xiàn)也更好。據(jù)行業(yè)人士分析，傳統(tǒng)HPD模塊的雜散電感高達(dá)12 nH，而塑封半橋模塊僅為3-4 nH，相較之下雜散電感下降了75%左右，SiC模塊的可靠性更佳。
此外，通過(guò)采用雙面水冷等技術(shù)，還可以大幅降低SiC芯片成本。以北汽的第五代SiC電驅(qū)動(dòng)總成為例，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)HPD封裝，在同樣輸出功率情況下，他們的雙面水冷塑封SiC半橋模塊的芯片數(shù)量減少1/4、功率密度提高28%，封裝拓展更加靈活，壽命提升4倍。
然而，在將塑封半橋封裝技術(shù)應(yīng)用于SiC模塊時(shí)仍面臨著一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，包括寄生參數(shù)、模塊散熱和電磁干擾等。最近，基本半導(dǎo)體、愛(ài)仕特等國(guó)內(nèi)SiC廠商已經(jīng)順利攻克技術(shù)關(guān)隘，成功實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)SiC半橋功率模塊自研創(chuàng)新，為汽車廠商邁向800V時(shí)代提供了一臂之力。
基本半導(dǎo)體：發(fā)布DCM SiC模塊系列Pcore?2
針對(duì)新能源汽車主驅(qū)逆變器應(yīng)用，基本半導(dǎo)體打造了高功率密度的車規(guī)級(jí)DCM?SiC MOSFET模塊系列——Pcore?2，共有4款產(chǎn)品。
據(jù)悉，基本半導(dǎo)體的Pcore?2模塊采用主流的DCM封裝，不僅采用了先進(jìn)的有壓型銀燒結(jié)工藝和高性能粗銅線鍵合技術(shù)，還使用氮化硅AMB陶瓷基板以及直接水冷的PinFin結(jié)構(gòu)。
該系列產(chǎn)品具有低動(dòng)態(tài)損耗、低導(dǎo)通電阻、高阻斷電壓、高電流密度、高可靠性等特點(diǎn)，可支持連續(xù)運(yùn)行峰值結(jié)溫至175℃，以及具備650Arms以上連續(xù)峰值相電流輸出，可應(yīng)用在新能源乘用車/商用車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、燃料電池能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：
●采用溝槽型、低RDS(on)??SiC MOSFET芯片，結(jié)合多種芯片并聯(lián)組合形式，實(shí)現(xiàn)高輸出功率密度，適配主驅(qū)逆變器應(yīng)用優(yōu)化特性；
●通過(guò)DTS（Die Top System）連接系統(tǒng)，將高密度銅線綁定技術(shù)和雙面壓型銀燒結(jié)工藝高度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)低開(kāi)關(guān)損耗、低雜散電感、更低的熱阻Rth(j-f)<0.09 K/W；
●高性能氮化硅AMB陶瓷板作為封裝基板，配合直接水冷的PinFin結(jié)構(gòu)，SiC模塊可在工作結(jié)溫高達(dá)175℃環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行；
據(jù)基本半導(dǎo)體透露，未來(lái)他們的Pcore?2系列模塊將與多家車企展開(kāi)合作，推動(dòng)半橋式SiC模塊上車應(yīng)用。此前，基本半導(dǎo)體的SiC功率模塊已在數(shù)十家客戶端進(jìn)行評(píng)測(cè)和驗(yàn)證，并已收獲了近20家整車廠和Tier1電控客戶的定點(diǎn)，涉及30余個(gè)SiC電驅(qū)項(xiàng)目，得到了汽車客戶的廣泛認(rèn)可。
愛(ài)仕特：發(fā)布車規(guī)級(jí)SiC模塊DCS12系列
2023年6月，愛(ài)仕特也推出了為新一代車規(guī)級(jí)SiC模塊——DCS12系列，該產(chǎn)品采用半橋式結(jié)構(gòu)，工作額定電壓范圍為650V-1700V，工作電流范圍為400A-1000A，契合大多數(shù)新能源汽車的使用場(chǎng)景，給即將到來(lái)的高壓高功率時(shí)代注入新動(dòng)力。
在工藝設(shè)計(jì)上，愛(ài)仕特DCS12模塊系列具有以下優(yōu)勢(shì)：
●散熱架構(gòu)優(yōu)越，整體可靠性強(qiáng)：DCS12模塊一方面優(yōu)化水道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)分區(qū)散熱和對(duì)水流的精準(zhǔn)控制，避免了整體溫差梯度過(guò)大的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)直接水冷以降低系統(tǒng)熱阻，最高工作結(jié)溫175℃；另一方面，這種并聯(lián)的水道設(shè)計(jì)使得芯片均勻冷卻無(wú)溫差，利于并聯(lián)的芯片中電流均勻分布，模塊可靠性進(jìn)一步提升。
●密封性良好，雜散電感低：DCS12模塊的封裝是一次鑄造成型，其密封保護(hù)可以確保逆變器在機(jī)械沖擊和潮濕環(huán)境下仍然可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的性能，允許極限溫度循環(huán)以及更高的結(jié)溫來(lái)提升功率密度；此外，模塊結(jié)構(gòu)緊湊，利于降低模塊的雜散電感，進(jìn)而降低系統(tǒng)雜散電感，并充分利用SiC器件的高速開(kāi)關(guān)特性，以降低電壓過(guò)沖的影響。
●功率密度高，適用高溫、高頻應(yīng)用，超低損耗：DCS12模塊采用銀燒結(jié)與銅綁定技術(shù)的結(jié)合，解決了普通綁定工藝可靠性問(wèn)題，在不降低電流的情況下實(shí)現(xiàn)更高結(jié)溫下運(yùn)行，功率循環(huán)能力得到大幅度提升。
綜合來(lái)看，愛(ài)仕特DCS12模組系列在縮小半導(dǎo)體器件使用尺寸的同時(shí)，還可以提高車載逆變器的功率密度、可靠性、耐用性以及壽命周期，緊密貼合新能源汽車的使用場(chǎng)景和實(shí)際要求，未來(lái)勢(shì)必得到多數(shù)車企的歡迎。
作為SiC器件頭部廠商，愛(ài)仕特目前已完成A+輪融資，累積融資金額達(dá)數(shù)億元，基于自主設(shè)計(jì)的6英寸SiC 芯片，現(xiàn)已量產(chǎn)650V、1200V、1700V、3300V全系列 SiC MOSFET（46款）及功率模塊（71款） ，并自建車規(guī)級(jí)SiC功率模塊生產(chǎn)基地。截至目前，愛(ài)仕特SiC功率器件獲得了多家車企的億元訂單。
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