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雙碳目標正在加快汽車向電氣化的發展。半導體技術的創新幫助汽車從燃料汽車轉向電動汽車。新一代半導體材料碳化硅(SiC)電動汽車的未來將因其獨特的優勢而發生變化，如在關鍵的主驅逆變器中使用SiC它可以滿足更高的功率和更低的能效、更長的電池壽命、更小的損耗和更低的重量，以及800 V遷移趨勢可以充分發揮其優勢，但面對成本和包裝ECS代理以及技術成熟度等挑戰。安森美(onsemi)在提供領先的智能電源決方案SiC該領域有著深厚的歷史積累，是世界上為數不多的能夠提供從襯底到模塊的端到端SiC其創新方案供應商之一VE TracTM Direct SiC和VE-TracTM B2 SiC方案采用穩定可靠的平面SiC將燒結技術與壓鑄模包裝相結合，幫助設計師解決上述挑戰，配合公司其他先進的智能電源半導體，加快電動汽車的市場使用，幫助未來的交通可持續發展。

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電動車主驅動發展趨勢

無論電動汽車的配置如何，無論是完全由電池驅動、串聯插電式還是并聯混合動力傳動系統，汽車電氣化都有這些關鍵因素：首先，電池中存儲電源，然后直流電源通過逆變器轉換為交流輸出，供電機轉換為機械能驅動汽車。因此，主驅動逆變器的能源效率和性能是關鍵，它將直接影響電動汽車的性能和每個充電周期的里程。

電動車主驅動追求更大的功率、更高的能效、更高的母線電壓、更輕的重量和更小的尺寸。更大的功率意味著更大的連續扭矩輸出和更好的加速性能。更高的能效可以使續航更遠，損失更低。400 V電池是目前的主流，即將達到800 V發展。800 V結構可以縮短充電時間，減少損失，減輕重量，使續航里程更遠。無論電機是在前軸還是在后軸，較小的電機尺寸都使后備箱和乘客空間更大。這些趨勢推動了電動汽車主驅動器中的功率器件IGBT向SiC轉型。

SiC是主驅逆變器的未來

SiC最重要的特點之一是其禁帶間隙比Si寬，電子遷移率是Si三倍，損失更低。SiC擊穿電壓是Si8倍，高擊穿電壓和更薄的漂移層，更適合800等高壓架構 V。SiC莫氏硬度為9.5.只比最硬的鉆石材料稍軟，比最硬的鉆石材料稍軟Si硬3.5.更適合燒結，可靠性提高，導熱性增強。SiC導熱系數是硅的4倍，更容易散熱，從而降低散熱成本。

逆變器層面或整車層面，SiC MOSFET都能實現比IGBT整體系統級成本低，性能和質量好。SiC MOSFET相對于IGBT主驅逆變器應用的關鍵設計優勢如下：

· SiC使單位面積的功率密度更高，特別是在更高的電壓下(如1200伏擊穿)

· 小電流下的導通損耗相對較低，導致低負載時能效更高

· 單極性行為可以在更高的溫度下工作，開關損耗更低

VE-TracTM SiC系列：燒結工藝 壓鑄模SiC技術是專為主驅逆變而設計的

安森美推出了針對主驅逆變特定封裝的特定封裝SiC產品有：VE-TracTM Direct SiC (1.7 m? Rdson, 900 V 6-pack) 功率模塊，VE-TracTM Direct SiC (2.2 m? Rdson, 900 V 6-pack) 功率模塊，VE-TracTM B2 SiC (2.6 m? Rdson, 1200 V 半橋) 提供行業內和行業內功率模塊IGBT或SiC封裝管腳高度兼容，減少結構變化設計。

圖1：VE TracTM Direct SiC (左) 和VE TracTM B2 SiC (右)

散熱對于提高功率輸出至關重要。為了達到最佳的散熱效果，安森美VE-TracTM Direct SiC采用最新的銀燒結工藝，將SiC裸芯直接燒結DBC上，DBC焊接到Pin Fin底板下有冷卻液，使芯片結與冷卻液之間的直接冷卻路徑有助于大大降低間接冷卻的熱阻，從而保證更大的功率輸出，如1.7 m? Rdson 的VE-TracTM Direct SiC熱阻達到0.10℃/W，比VE-TracTM Direct IGBT熱阻低20%。

圖2：VE-TracTM Direct SiC 關鍵功能

差異化壓鑄模封裝技術比傳統凝膠模塊更可靠，功率密度更高，雜散電感更低，散熱性能更好，功率容易擴展，成本優勢更大SiC工作溫度高達200℃，持續工作時間達到175℃，因此含SiC塑料封壓鑄模封裝比壓鑄模封裝IGBT進一步提高工作溫度，使輸出功率更高。

安森美在同樣的條件下對待VE-TracTM Direct IGBT和VE-TracTM Direct SiC當提供相同的輸出功率時，進行模擬對比，VE TracTM Direct SiC的結溫比VE TracTM Direct IGBT低21%，因此損失較低，提高能效。

圖3：模擬結果：SiC損耗更低

能效的提高相當于續航里程更遠或電池成本更低。例如，使用相同的100 kWh電池，用SiC方案續航里程比用Si遠5%。如果目標是節約成本，可以減少電池尺寸，提供相同的電池壽命。例如，從140 kWh電池的Si方案改用 100 kWh電池的SiC方案， 電池成本降低5%，但續航里程不變。

在同樣的450 V直流母線和150 ℃結溫(Tvj)條件下，820 A的IGBT可提供590 Arms輸出功率213 kW，相當于285馬力(HP)。2.2 mOhm SiC可提供605 Arms輸出功率220的電流 kW，相當于295 HP。1.7 mOhm SiC可提供760 Arms輸出功率274 kW，相當于367 HP。

為何選擇安森美？VE-TracTM SiC？

SiC在MOSFET由于面用已經超過10年了，但由于它面臨的原因，并沒有被汽車制造商廣泛使用SiC比硅基IGBT許多挑戰，如成本高、供應和供應困難、技術成熟度高、包裝不適合主等挑戰。

安森美在SiC該領域的歷史可以追溯到2004年，近年來收購了上游SiC供應企業GTAT，實現產業鏈的垂直整合是世界上為數不多的提供從襯底到模塊的端到端SiC包括方案供應商SiC晶錠生長、襯底、外延、設備制造、同類最佳集成模塊及分立包裝方案，確保供應鏈穩定可靠，有利于成本優化。安森美在系統方面也有很強的技術和系統知識，為客戶提供全球應用支持。GTAT工藝的主要優點之一是SiC能提供非常精確的電阻值， 整個晶體的電阻分布非常均勻。此外，安森美正在推廣6英寸和8英寸SiC同時，晶體生長技術也將更多SiC投資供應鏈環節，包括晶圓廠的生產能力和包裝線。與此同時，安森美憑借多年的技術積累和幾年前的收購Fairchild不斷迭代半導體基因帶來的技術補充SiC技術已進入第三代，綜合性能在行業中處于領先地位。

圖4：安森美SiC的領先地位

VE-TracTM SiC與VE-TracTM IGBT封裝管腳高度兼容，從IGBT轉向SiC在減少結構變更設計的同時，VE-TracTM SiC沿用了VE-TracTM IGBT175℃繼續工作，符合車規AECQ101和AQG324，功率級可靈活擴展。

VE-TracTM B2 SiC所有安森美都集成在半橋架構中SiC MOSFET技術。裸片連接采用燒結技術，提高散熱性、能效、功率密度和可靠性℃連續工作甚至可以短期工作200℃，符合AQG 324汽車功率模塊標準。B2 SiC裸片連接和銅夾采用模塊燒結技術，可靠封裝采用壓鑄模工藝。其SiC安森美的芯片組M1 SiC提供高電流密度、強短路保護、高阻斷電壓和高工作溫度的技術，在電動汽車主驅動應用中帶來領先的同類性能。

圖5：VE-TracTM B2 SiC價值定位

未來產品和800 V電池的優勢

由于SiC具有更高的擊穿電壓將使800 V廣泛使用電池架構。更低的電流產生更少的熱量，而更高的直流電池電壓會增加逆變器的功率密度。從車輛層面來看，電壓較高，電流減小，因此截面電纜和連接器較小，重量較輕，大電流如35 kW在上述充電條件下，充電速度更快，性能提高更好。因此，800將優先考慮高性能車型 V架構。

總結

SiC將改變電動汽車的未來。安森美是世界上為數不多的能夠從襯底到模塊提供端到端的人之一SiC該方案的供應商之一是專門為主驅逆變設計的VE-TracTM Direct SiC和VE-TracTM B2 SiC采用差異化的壓鑄模具包裝和創新的燒結工藝，符合汽車規則，提供更好的散熱更低的損耗、更大的功率和更高的能效，使新能源汽車的范圍更長，電池較小，加上技術團隊提供的應用支持，將有助于解決成本、供應、技術、包裝等問題SiC用于挑戰主驅，推動400輛電動車 V向800 V發展。未來，安森美將繼續創新，提供包括IGBT、SiC和VE-TracTM模塊賦予更強大、更可靠的汽車產品，幫助加快電動汽車市場的使用，使未來的交通可持續發展。