在全球可持续发展的背景下，低碳化已经成为各行各业的共同目标。据统计，全球二氧化碳气体排放量的23%以上来自交通运输部门。在电动汽车领域，电驱系统的低碳化尤为重要。近年来，碳化硅（SiC）模块因其优越的性能逐渐受到关注，成为电驱系统低碳化的关键技术。
图 SiC模块应用于电动汽车电驱系统电机控制器
来源 车用碳化硅功率模块的电热性能优化与评估,马荣耀等
碳化硅是第三代宽禁带半导体材料之一，具有高耐压、低导通损耗、高温稳定性等优势。与第一代半导体材料硅相比，碳化硅带隙(3.26 eV）比硅（1.12 eV）大，介电击穿强度比硅高10倍、电子饱和速度是硅的2倍、热导率比硅高3倍。与传统的Si基功率器件相比，SiC器件能减少80%的晶片尺寸，降低60%的功率损耗，同时满足高集成、轻量化发展需求，大幅提升电驱系统的效率和可靠性。
图 宽禁带材料SiC的优势 来源 安森美
根据Yole最新报告，2023年SiC器件全球市场规模约 27 亿美元，预计2029年将超过100亿美元，2023-2029年复合年增长率为25%。其中，纯电动汽车（EV）是SiC器件主要的市场驱动力，占据了70%以上的市场份额，包括电动汽车充电器和电源在内的工业应用为SiC器件市场规模的增长提供了进一步的动力。
图 2023年-2029年SiC功率器件市场预测 来源 Yole
电驱动系统是电动汽车的“心脏”，直接影响到整车的能源效率、续航里程等。SiC在电动汽车上主要应用于电驱动系统，包括牵引逆变器、电源转换系统（DC/DC转换器）、电源驱动系统、车载充电机（OBC）等。据统计，B级以上新能源车SiC 器件需求量约为66-150颗之间，如B级汽车Tesla Model S 仅SiC SBD 使用量已超过60颗，C级汽车小米SU7的单电机、双电机版本用SiC MOSFET分别约为64颗、112颗。因此，SiC器件是直接影响到电动汽车能源效率、续航里程的关键功率器件。
图 SiC应用于电动汽车及充电桩 来源 方正微电子
而SiC器件的优良特性，需要通过封装与电路系统实现功率和信号的高效、高可靠连接才能得到完美展现。然而，现有的封装技术大多都是沿用Si基器件的类似封装，要充分发挥碳化硅的以上性能还有诸多关键问题亟待解决。SiC器件具有高频特性，结电容小，栅极电荷低，开关速度快，开关过程中的电压和电流的变化率极大，寄生电感在极大的 di/dt下，极易产生电压过冲和振荡现象，造成器件电压应力、损耗的增加和电磁干扰问题。
此外，寻求适应不同工况的连接材料和封装工艺；适当减少热界面层数，缩减模块体积，提升功率密度和多功能集成；采用先进散热技术、加压烧结工艺，设计功率半导体芯片一体化，优化多芯片布局等方式，是解决SiC器件高温、严寒等极端条件可靠性急剧下降、模块内部互扰、多面散热、大容量串并联、制造成本高等问题的关键。
赛米控丹佛斯作为功率半导体技术领导者，在全碳化硅功率模块方面开发了 DCM™ 和 eMPack® 两种车规级功率模块。其中DCM™ SiC通过基于铜线键合和烧结芯片连接的先进粘合和连接技术DBB®、获得专利的Transfer Molding 独特模塑，以及ShowerPower® 直接液冷技术，提高了SiC功率模块的功率密度、热鲁棒性、使用寿命和可靠性。
7月5日，赛米控丹佛斯将出席第三届功率半导体 IGBT/SiC 产业论坛，并做《碳化硅模块赋能电驱系统的低碳化》主题演讲，敬请期待！
原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：碳化硅模块如何赋能电驱系统的低碳化