作為國(guó)家內(nèi)部第全家裝載純電動(dòng)車子突破100萬(wàn)臺(tái)的電驅(qū)動(dòng)公司，上海電驅(qū)動(dòng)股份局限企業(yè)從08年就映入該范疇，從分體式電驅(qū)產(chǎn)物、三融合技藝突破到步入寬禁帶半導(dǎo)體的利用實(shí)踐，上海電驅(qū)動(dòng)始終緊追在技藝前沿，順電驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行趨向一路直行。

上海電驅(qū)動(dòng)股份局限企業(yè)電控探討院院長(zhǎng)陳雷顯示，日前電驅(qū)動(dòng)體系曾經(jīng)進(jìn)行到了相比老練的階段，但在新燃料車子進(jìn)行的大情勢(shì)下，新的要求也在為電驅(qū)體系指出新的進(jìn)行方向。 

相片來(lái)自：上海電驅(qū)動(dòng) 陳雷

要求導(dǎo)向 新資料成電驅(qū)體系進(jìn)行突破點(diǎn)

詳細(xì)而言，對(duì)駕馭體會(huì)的追求引出了高扭矩/高提速功能的須要，這請(qǐng)求電驅(qū)體系增添電流密度、提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)功能；對(duì)續(xù)航時(shí)長(zhǎng)和迅速充電的追求引出了高壓化這一電動(dòng)車子產(chǎn)業(yè)恒久不變的話題，碳化硅這種寬禁帶半導(dǎo)體比較硅基IGBT更有功能突破的可能。

對(duì)行進(jìn)和充電平安的請(qǐng)求引出了對(duì)電池生命、功效穩(wěn)固性的把控；對(duì)低噪環(huán)境的請(qǐng)求引出了對(duì)NVH的提高……從微觀的使用者體會(huì)逆推產(chǎn)物進(jìn)行趨向，會(huì)發(fā)覺(jué)日前IGBT市場(chǎng)較為老練的概況下，電驅(qū)動(dòng)體系依然有相當(dāng)大的進(jìn)行體積。

如何滿足這點(diǎn)要求，如何在這點(diǎn)范疇實(shí)現(xiàn)技藝突破，締造新的經(jīng)濟(jì)增添點(diǎn)？這是車企和供給商全在考量的難題。

在陳雷看來(lái)，將全個(gè)電驅(qū)動(dòng)體系拆開(kāi)來(lái)看，半導(dǎo)體是最頂級(jí)的單一零部件，效用十分要害，對(duì)半導(dǎo)體的抉擇相當(dāng)大可能會(huì)作用到對(duì)這點(diǎn)要求的實(shí)現(xiàn)。

日前市面子上有三代半導(dǎo)體資料，區(qū)別所以硅（Si）、鍺（Ge）為代表的第一代（素材）半導(dǎo)體，以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）為代表的第二代（二元/三元化合物）半導(dǎo)體；以及陳雷作要點(diǎn)推薦的第三代半導(dǎo)體。

第三代半導(dǎo)體又叫做寬禁帶半導(dǎo)體，其代表有碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO），具有高頻、高功率、抗高輻射、光電功能優(yōu)異等特色，符合生產(chǎn)電力電子、微波射頻、光電子等元器件，正契合新燃料車子所代表的電氣化、智能化趨向。

值得注意的是，“十四五”國(guó)度要點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃發(fā)動(dòng)實(shí)行2021年“新款顯現(xiàn)與策略性電子資料”要點(diǎn)專項(xiàng)，第三代半導(dǎo)體正好其列。

在電驅(qū)動(dòng)器中專門(mén)料理大功率電壓和電流的功率半導(dǎo)體，區(qū)別從損失、封裝、可靠性三個(gè)方面作用全車?yán)m(xù)航、電機(jī)輕量化、電機(jī)生命。

相片來(lái)自：上海電驅(qū)動(dòng) 陳雷

以碳化硅為例，陳雷從三個(gè)方面講明了寬禁帶半導(dǎo)體的利用會(huì)帶來(lái)的浮動(dòng)。 

相較Si IGBT 碳化硅上車有何不同

從損失看，功率半導(dǎo)體的損失尺寸干脆打算電機(jī)操控器的效能，從而作用電池容量，繼而打算續(xù)航。

功率器件在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生兩種損失，一個(gè)是通態(tài)損失，在功率器件處于正向?qū)�通的概況下，經(jīng)過(guò)功率器件的正向壓降與正向電流的積，即稱為通態(tài)耗損。

另一個(gè)叫做開(kāi)關(guān)損失，不管頻次和速度，開(kāi)關(guān)進(jìn)程中，電流和電壓浮動(dòng)總會(huì)發(fā)生損失，也分為開(kāi)通損失和關(guān)斷損失。

相片來(lái)自：上海電驅(qū)動(dòng) 陳雷

通態(tài)損失中，比較Si IGBT，碳化硅在同樣的封裝下會(huì)具備必定的優(yōu)勢(shì)。最重要的原因在于碳化硅器件自身的電阻特性，而IGBT是雙極性的器件，雙極性的器件存留VCE0的電壓，而電阻特性無(wú)這類壓降。

由于VCE0電壓的存留，在小電流的概況里，IGBT的器件壓降很大，碳化硅更小，發(fā)生損失相對(duì)更低。將相似規(guī)格的碳化硅和Si IGBT對(duì)照，大電流的概況下導(dǎo)通壓降相差20%-30%，小電流的概況下，相應(yīng)的損失會(huì)相差數(shù)倍。

就開(kāi)關(guān)損失而言，碳化硅的優(yōu)勢(shì)在于開(kāi)關(guān)速度更快，這意指開(kāi)關(guān)損失相應(yīng)水平的下降。

通常來(lái)講，關(guān)于1200V的碳化硅，開(kāi)關(guān)時(shí)電壓電流浮動(dòng)的時(shí)間在100-200nm之中，而1200V的硅，其時(shí)間則在在300-400nm之中。

就封裝而言，半導(dǎo)體的尺寸、散熱冷卻的方式會(huì)干脆作用到電機(jī)操控器的功率密度，繼而作用到全車輕量化和框架。

日前市面子上的封裝多樣：從多融合的全橋方式到半橋方式；果凍膠布到塑封；另有單面散熱或許雙面散熱的封裝。

封裝是依據(jù)功率器件屬性來(lái)發(fā)展的，市面子上相比盛行的仍是400V為主的小功率型封裝形式。可是從高壓化的未來(lái)趨向來(lái)看，封裝的散熱性、電感、批量利用、兼容性在將來(lái)都會(huì)有大的提高。

另有可靠性。芯片自身和封裝的可靠性都很要害。慣例Si IGBT運(yùn)用鋁線就可以夠滿足功率重復(fù)等請(qǐng)求，但為了加強(qiáng)電流密度，運(yùn)用過(guò)電能力更強(qiáng)、發(fā)熱更小的銅可行下降溫度，繼而提升功率重復(fù)的次數(shù)。

最終是碳化硅的焊合層利用。相較于硅，碳化硅的熱膨脹系數(shù)很大，在器件的邊緣導(dǎo)致的熱應(yīng)力很大，隨著運(yùn)用時(shí)間的加長(zhǎng)，在功率重復(fù)進(jìn)程中會(huì)發(fā)生分層，甚而在焊料上顯露空洞，這點(diǎn)空洞帶來(lái)的干脆結(jié)果便是熱阻升高，熱傳遞能力下調(diào)，散熱變差。

這一難題曾經(jīng)在日前的技藝進(jìn)步中獲得理解決，比較于慣例焊料焊合，日前運(yùn)用的銀漿燒結(jié)工藝具有數(shù)倍以上的功率重復(fù)生命，還可行承擔(dān)更高的事業(yè)溫度。

助力碳化硅上車 上海電驅(qū)動(dòng)布置六年

2016年，上海電驅(qū)動(dòng)最初做鑒于營(yíng)運(yùn)車的碳化硅操控器樣件。兩年以后，研發(fā)步入開(kāi)發(fā)鑒于雙面冷卻的碳化硅操控器，并對(duì)其發(fā)展了乘用車和營(yíng)運(yùn)車的全車認(rèn)證。陳雷顯示，這段時(shí)間盡管開(kāi)發(fā)速度快，但全體效能提高不顯著。

2020年最初，研發(fā)鑒于量產(chǎn)的碳化硅操控器名目，將在2023年SOP。同一時(shí)間陳雷顯示，S鑒于800V平臺(tái)功率很大的碳化硅操控器，也適用于運(yùn)轉(zhuǎn)路程更高的營(yíng)運(yùn)車，可行使這種操控器有助于節(jié)省電量和提升經(jīng)濟(jì)效益。

碳化硅器件會(huì)起首利用在相比高檔的車型，尤其是利用800V平臺(tái)的車型上，這差不多算是一種產(chǎn)業(yè)共識(shí)。

一方面，鑒于更迅速的充電考量，運(yùn)用碳化硅器件后，開(kāi)關(guān)損失和導(dǎo)通損失都會(huì)下降，同樣的開(kāi)發(fā)效能下，利用于800V體系中，功率器件開(kāi)關(guān)損失下降的比重很大，這有助于提高體系效能。

另一方面，碳化硅尚未達(dá)到范圍化產(chǎn)能，這也是其尚未大批利用于市場(chǎng)的最重要的原因。原料在達(dá)到范圍化產(chǎn)能以后，良率提高，產(chǎn)物單價(jià)下降，從而得到市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。陳雷看來(lái)，在量化產(chǎn)出和運(yùn)用后，碳化硅可能得到必定的本錢(qián)優(yōu)勢(shì)。也許可行用于A級(jí)或更小的車上。

聯(lián)合上海電驅(qū)動(dòng)關(guān)于碳化硅的詳細(xì)研發(fā)來(lái)看，這種資料的實(shí)質(zhì)利用依然存留部分技藝挑戰(zhàn)。

相片來(lái)自：上海電驅(qū)動(dòng) 陳雷

碳化硅上車有多難？技藝難題仍待解決

起首是EMC（電磁兼容性）功能的難題，在高的開(kāi)關(guān)速度下，dv/dt及di/dt更高，簡(jiǎn)單發(fā)生電磁干擾，通過(guò)好幾年技藝進(jìn)行，EMC關(guān)于Si IGBT已非是難點(diǎn)，但要拓新碳化硅資料必需重提多級(jí)濾波器的設(shè)置。

可靠性的難題還不可忽視，陳雷顯示，日前利用碳化硅器件的數(shù)量和實(shí)質(zhì)運(yùn)用碳化硅器件的時(shí)間都不夠長(zhǎng)，對(duì)碳化硅器件的可靠性要格外重視。

硅基IGBT日前進(jìn)行相比老練，通常耐壓全能夠達(dá)到正負(fù)20V的級(jí)別。然則，碳化硅在耐壓部分會(huì)遇上挑戰(zhàn)，特別是對(duì)負(fù)壓部分，可能只能承擔(dān)負(fù)6V-負(fù)10V的電壓。

除此以外，與硅質(zhì)資料不同，碳化硅資料器件的利用也會(huì)帶來(lái)功率重復(fù)、溫度重復(fù)方面的挑戰(zhàn)。

要?jiǎng)?chuàng)新，勢(shì)必碰到門(mén)檻�？偟膩�(lái)講，寬禁帶半導(dǎo)體是要求導(dǎo)向，技藝先好的典例。在新燃料、智能化的進(jìn)行趨向下，在相對(duì)老練的Si IGBT產(chǎn)業(yè)中尋覓新的技藝突破點(diǎn)，營(yíng)造經(jīng)濟(jì)增添點(diǎn)，須要上海電驅(qū)動(dòng)這樣的公司勇敢嘗試、踴躍進(jìn)步。

但不可忽視的是，助力碳化硅上車，讓新資料功能第一大化，須要體系性和長(zhǎng)久性的努力，唯有上下游并行進(jìn)行，才能推進(jìn)新資料進(jìn)市場(chǎng)，繼而推進(jìn)產(chǎn)業(yè)更新。

（以上內(nèi)容來(lái)源上海電驅(qū)動(dòng)股份局限企業(yè)電控探討院院長(zhǎng)陳雷在2022年6月24日由蓋世車子主持的2022華夏車子電驅(qū)動(dòng)與要害技藝云論壇發(fā)表的《寬禁帶半導(dǎo)體在電機(jī)操控器中的利用》專題演講。）