电动车导入SiC不可逆 台厂仍有三阶段挑战待解

宽能隙(WBG)的第三类化合物半导体如碳化矽(SiC)、氮化镓(GaN)等因具有高功率密度、适用于耐高温、高电压、高操作频率等特性，在纯电动车(BEV)、绿能、5G甚至6G高频无线通讯领域等，发展潜力不可限量。

工研院电子与光电系统研究所、化合物半导体与功率系统技术组组长张道智，于DIGITIMES主办的D-Webinar论坛中分享「化合物半导体于电动车(EV)应用」，直言EV导入化合物半导体已经是「不可逆」趋势。可结合台湾深耕多年的强大系统厂经验，但针对第三类半导体如SiC的发展，也有三阶段包括「元件、模块、电源系统」的挑战。

工控、EV是台湾化合物半导体两大应用方向

张道智认为，如Tesla导入意法半导体(STM)的SiC功率模块，或是手机系统厂导入GaN快充应用，这些都持续发生中。观察台湾产业现况，工控、EV将是后续台湾结合系统厂优势的化合物半导体研发方向，如各类电动载具追求高功率密度，其实最有效方式就是导入化合物半导体设计逆变器、变压器等，追求模块体积微小化，进一步系统整合，工控领域则追求高效率。

展望未来发展，新模块封装技术备受重视，如降低电感效应、强化散热能力等，透过热管理技术使得第三类半导体功率模块在摄氏175度以上也能维持效率。再进一步进入「机电系统一体化」的整合，强化降低EMI干扰、提升可靠度等。

SiC在电动载具应用潜力最高

目前在电动载具最有潜力的宽能隙化合物半导体，最早从三菱电机(Mitsubishi Electric)在日本新干线导入SiC MOSFET功率模块起步，与矽基IGBT模块有了对比，尔后Tesla正式于2018年导入EV，使得全球大厂都高度关注SiC发展。

观察如韩国、国内、欧系等车厂迈入800V车电系统的方向，充电效率是400V的2倍，也更有车体轻量化、续航力提升等优点，现行大宗采用的是1,200V的SiC模块，会否迈入对应800V电压系统的1,700V SiC功率元件，是值得观察的趋势。

元件、模块、电源系统 三阶段挑战

张道智分析，后续台湾在发展工控、EV的第三类半导体，特别是SiC部分，其实从「元件、模块、ˋ电源系统」三阶段各有挑战。

SiC元件因IDM大厂专利(IP)布局非常深远，如Wolfspeed等甚至握有40%以上SiC基板市占率，加上新款沟槽式SiC MOSFET专利布局掌握在英飞凌(Infineon)、罗姆(Rohm)等一线IDM厂手中，IDM其实掌握不少「专利地雷」，台系业者也必须从模块封装的优化来进行专利回避。

虽然传统平面式SiC MOSFET原始专利已过期，成为后进业者可以布局的领域，不过传统平面式SiC元件导通电阻较高，这意味着晶圆制造尺寸较大，到了模块整合端，就会有比较多的转换效率与散热问题得多做着墨，模块端IP挑战也仍存在。

张道智认为，未来化合物半导体模块需求将会大于分离元件需求，面对国际大厂IP地雷，如何竞合是挑战，与此同时，在制程端如何优化，透过封装技术提升耐高温能力，并提升可靠度，进一步获得海内外系统大厂认可，也是关键。

电源系统端，如富士康集团等提出的六合一电动车动力总成相关概念，后续导入高功率密度的化合物半导体应用会愈来愈广，进一步缩小体积，达到机电一体化的系统整合，这更需要新的控制策略，来减少EMI干扰跟提升可靠度。

责任编辑：朱原弘