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碳復合材料半導體技術對電力模塊的發展趨勢

時間:2020-12-14, 來源:互聯網, 資訊類別:行業動態

事實上,除了消費電子行業寄予厚望的氮化鎵之外,第三代半導體材料的另一個關鍵商品碳碳復合材料(SiC)的室內空間更為廣闊。在他看來,新能源汽車有望充分發揮第三代半導體材料的特點。第三代半導體材料的整個產業鏈敲響了組裝號。

今年年初,華為發布的ADS804E氮化鎵(GaN)快速充電器,引爆了第三代半導體材料的定義。事實上,除了消費電子行業寄予厚望的氮化鎵之外,第三代半導體材料的另一個關鍵商品碳碳復合材料(SiC)的室內空間更為廣闊。得益于新能源汽車領域的快速發展趨勢,氮化鎵的商業應用將爆發大爆炸。

全球新能源汽車銷售市場不斷升溫。

近日,國務院發布了《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035)》(以下簡稱《規劃》)。“現階段,我國新能源汽車總擁有量居世界第一,動力鋰電池銷量也居世界第一。”中國汽車工業協會副主席許彥華表示,中國將盡一切努力保持目前在純電動汽車行業的領先優勢。

許彥華表示,現階段新能源汽車和新車在中國的銷售份額約為5%。從規劃來看,2025年新能源汽車和新車的銷售份額將達到20%。預計2035年,新能源汽車將在新市場普及,公共出行全面電氣化完成。到那時,中國新能源汽車的數量將超過1億輛。

除了中國新能源汽車產業鏈的快速發展趨勢,世界各地都在努力追趕。“中國新能源汽車產業鏈運營規模連續五年位居世界第一。2019年,中國新能源汽車銷量占全球銷售市場銷量的53%。”中國教育部工程項目研究院首席科學家、哈爾濱理工大學專家教授蔡威表示:“然而,根據2020年1月至7月的數據,這一比例已大幅降至39%。這是因為近年來,法國、荷蘭和美國等歐洲國家的新能源汽車銷量保持了70%以上的同比增長。”

縱觀世界,汽車機動化的趨勢早已不可避免。許彥華表示,在歐洲,嚴苛的碳排放政策和法規正在推動歐洲汽車行業加快電氣化步伐。隨著政策支持的增加和產業發展合理布局的加快,歐洲純電動汽車的銷量明顯增加,并迅速小于中國。

許彥華進一步強調,在美國的奧巴馬時代,英國的純電動汽車推動了整個世界的發展趨勢。拜登執政后,英國可能會回到巴黎協定。因此,大力推廣新能源汽車控制空氣污染,將成為拜登執政時期和英國后肺炎時期改造和發展經濟發展的重要舉措。

碳碳復合材料是提高新能源汽車能耗水平的重要因素。

電驅動系統軟件可謂新能源汽車的“心血管系統”。在蔡威看來,電驅動的關鍵部件強,新能源汽車產業鏈強;功率半導體產業鏈強,電機驅動更有競爭力。

蔡威強調,碳碳復合功率半導體是第三代寬帶隙半導體材料之一,具有高飽和電子器件速度、高熱導率、高電子密度和高電子密度的特點。碳碳復合部件具有耐熱、高效、高頻的特點,是進一步提高電機驅動器功率和效率的重要因素。

“利用碳-碳復合部件的耐熱、高頻、高效的特點,是提高新能源汽車電機驅動器功率和效率的有效途徑。”中科院焊工研究室負責人溫旭輝地產的觀點與蔡威相同。

肖鵬汽車動力系統管理中心IPU硬件配置資深權威專家陳宏認為,碳碳復合材料的技術應用與車輛里程的提高有著千絲萬縷的聯系。他表示,功率半導體廣泛應用于新能源汽車,包括車載充電器、中央空調、逆變電源、交流/交流轉換器和輔助電氣設備。與硅基IGBT(絕緣柵雙極晶體管)功率半導體相比,第三代半導體材料碳碳復合MOSFET(氫氧化物半導體材料場效應晶體管)具有耐熱性、功耗和耐高壓的特點。使用碳碳復合材料后,電機逆變器的高效率可提高4%左右,整車里程將提高7%左右。

江蘇宏偉科技發展有限公司老板趙稱新能源汽車為“第三代半導體材料的最佳應用領域”。在他看來,新能源汽車有望充分發揮第三代半導體材料的特點。

第三代半導體材料的整個產業鏈敲響了組裝號。

經過多年的發展趨勢,我國新能源汽車驅動電機行業取得了長足的進步。據蔡威詳細介紹,從全球硅基IGBT功率半導體控制板的各種重要性能指標來看,中國產品在功率和高效率方面與國際同行非常具有可比性。2019年,中國90%以上的新能源汽車選擇了獨立驅動電機,并完成了大量出入口。

眾所周知,在第三代半導體材料的新跑道上,功率半導體現階段在中國仍然處于劣勢。蔡威表示,如果碳碳復合材料要得到很好的利用,中國還必須面對一系列技術挑戰。例如,為了充分發揮其耐熱的優勢,需要選擇高結溫控制模塊的設計方案,而這種設計方法需要應用耐熱且高度可靠的封裝原材料。

他強調,中國碳碳復合獨立集成電路和獨立原材料處于發展趨勢,但與國外優秀技術和商品仍有顯著差異。目前,中國科學院電焊機研究所、株洲CRRC、上海電氣傳動企業等中國企業正著力于碳碳復合控制板的產品研發,并取得了可喜的進展。但遺憾的是,大批量生產的搭載碳碳復合材料的新能源汽車并沒有中國貨的影子。

陳宏表示,雖然第三代功率半導體有很多優勢,但在中國的銷售市場和技術發展趨勢中也面臨許多挑戰,如元件成本增加、合格率低、高頻信號干擾高于硅基IGBT、制造和封裝難度系數較大等。碳-碳復合半導體技術對功率模塊的封裝有更高的要求,因此該技術正朝著耐熱、大功率、低雜散電感和高可靠性的封裝路徑發展。

文旭輝地產還表示,雖然碳碳復合控制板的功率大幅提升,損耗顯著降低,但快速切換帶來的干擾信號問題同樣突出,因此寬屏干擾信號的預測分析和高密度干擾信號的濾波是未來行業分析的關鍵之一。

“現階段碳碳復合部件的價格還是很高的。”上海電驅股權有限公司總經理張表示:“但隨著碳碳復合產品在特斯拉Model3和比亞迪汽車‘韓’上的大規模應用,后申請流程無疑將加快。2~3年后,大家在銷售市場上會看到越來越多使用碳碳復合產品的新能源汽車。”

新能源汽車和第三代半導體產業是相互依存、雙贏的。蔡威呼吁第三代功率半導體的原材料、集成電路和封裝經銷商采取緊急行動,盡快提高開發、設計和產業發展水平,從而增強下一代國產功率半導體的全球競爭力。


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