丰田电装大举进军碳化硅

infowei · 发表于 2021-11-3 23:41:16

在去年十二月，电装宣布，作为其实现低碳社会努力的一部分，其配备了高质量的碳化硅 (SiC) 功率半导体的最新型号升压功率模块已开始量产，并被用于于2020 年 12 月 9 日上市的丰田新 Mirai 车型上。

在介绍中，DENSO表示，公司开发了 REVOSIC 技术，旨在将 SiC 功率半导体（二极管和晶体管）应用于车载应用。他们指出，碳化硅是一种与传统硅（Si）相比在高温、高频和高压环境中具有优越性能的半导体材料。因此，在关键器件中使用 SiC 以显着降低系统的功率损耗、尺寸和重量并加速电气化引起了广泛关注。

2014 年，DENSO 推出了一款用于非汽车应用的 SiC 晶体管，并将其商业化用于音频产品。DENSO 继续对车载应用进行研究，2018 年，丰田在其 Sora 燃料电池巴士中使用了车载 SiC 二极管。

现在，DENSO 开发了一种新的车载 SiC 晶体管，这标志着 DENSO 首次将 SiC 用于车载二极管和晶体管。新开发的SiC 晶体管在车载环境中提供高可靠性和高性能，这对半导体提出了挑战，这要归功于 DENSO 独特的结构和加工技术，应用了沟槽栅极 MOSFET。搭载SiC功率半导体（二极管、晶体管）的新型升压功率模块与搭载Si功率半导体的以往产品相比，体积缩小约30%，功率损耗降低约70%，有助于实现小型化。升压电源模块，提高车辆燃油效率。

DENSO 表示，公司将继续致力于 REVOSIC 技术的研发，将技术应用扩展到电动汽车，包括混合动力汽车和纯电动汽车，从而助力建设低碳社会。

近日，DENSO 在一篇新闻稿中指出，功率半导体就像人体的肌肉。它根据来自 ECU（大脑）的命令移动诸如逆变器和电机（四肢）之类的组件。车载产品中使用的典型功率半导体由硅 (Si) 制成。相比之下，碳化硅在高温、高频和高压环境中具有卓越的性能，有助于显着降低逆变器的功率损耗、尺寸和重量。因此，SiC 器件因其加速车辆电气化而受到关注。

电装指出，与采用硅功率半导体的传统产品相比，采用公司碳化硅功率半导体的升压功率模块体积缩小了约 30%，功率损耗降低了 70%。这就可以让产品变得更小，车辆燃油效率得到提高。

电装工程师也表示，与硅相比，碳化硅的电阻低，因此电流更容易流动。由于这种特性，一个原型 SiC 器件被突然的大电流浪涌损坏。为此电装的多部门合作讨论如何在充分利用 SiC 的低损耗性能的同时防止损坏市场上的设备，并以一个我们部门无法单独提出的想法解决了这个问题：使用特殊的驱动器 IC 高速切断电流。

碳化硅专利：电装排第五

据日经报道，日美企业垄断了新一代半导体材料碳化硅（SiC）相关专利的前5位。从事专利分析的日本Patent Result公司的统计显示，涉足碳化硅半导体基板的美国科锐（Cree)排在首位，第2～5位是罗姆和住友电气工业等日本企业。

根据截至7月29日发布的美国专利数据，通过数量和关注度计算了分数。碳化硅被用作替代现有的硅半导体基板材料，有助于提高功率半导体的性能和节能化。在纯电动汽车（EV）和光伏发电系统的逆变器等领域，碳化硅的应用范围不断扩大。在脱碳化社会之下，需求有望扩大。

Patent Result的分析显示，排在首位的美国科锐在碳化硅基板和结晶化的专利方面具有优势。第2位的罗姆和第5位的电装在降低电力损耗方面有优势，第3的住友电工强于碳化硅的结晶结构，第4的三菱电机在半导体器件结构方面有优势。

电装还有更远大的目标

在2019年，丰田与电装联合宣布将成立一个新的合资企业。新公司主要研发下一代车载半导体技术。他们将目光投向了能够挑战SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）的功率半导体氧化镓、金刚石。

通过对产品基本结构和加工工艺的深入研究，新合资公司将致力于面向用于电动车辆的功率模块、或是用于自动驾驶车辆的外围监控传感器等电子元件的先进前瞻技术开发。

作为全球鲜少能够自产IGBT的整车厂，丰田与富士电机、三菱电机、电装深入合作。电装，入股英飞凌，与京都大学创办的一家科技初创公司FLOSFIA合作，加强车载半导体产品的开发和应用。他们都在投资和开发新一代功率半导体器件，减少和降低用于电动汽车的功率模块的成本、尺寸。