博世：新一代碳化硅技术助力智慧出行

7月3日，2020慕尼黑上海电子展盛大开幕，作为慕尼黑展唯一的视频直播合作方，电子发烧友网在展会期间，通过现场直播方式采访了物联网、5G、人工智能等领域内众多企业，就相关的行业、技术、市场和产品等话题进行了广泛的交流。
 
博世作为在汽车与智能交通领域深耕多年的产业巨擘，在家居和工业领域也能看到他们的身影。在智慧出行的迅速推行下，博世提出了哪些革新技术和解决方案呢？电子发烧友独家采访了博世碳化硅产品经理朱晓锋，由他来为我们解惑碳化硅是如何助力智慧出行的。
 

博世碳化硅产品经理 朱晓锋

 
贵司对于2020年本土碳化硅市场前景有何看法？
 
朱晓锋: 受到高效电源、电动汽车等行业快速发展的驱动，国家政策的倾向和扶持，这些因素加快了碳化硅的市场化进程。大约从2015年开始，国家“大基金”一期已经开始投资部分碳化硅相关的上下游企业。地方政府和民间投资也开始频繁地参与其中。而且，半导体作为国家战略，第三代半导体的发展变得越来越重要。
 
对于碳化硅未来市场，我们判断，首先会在工业领域（光伏、UPS、电力电子）推广，汽车因为有功能安全以及验证的要求，广泛共识是稍晚于工业领域，碳化硅将在2023年至2025年在汽车领域进入高速发展期，主要产品以二极管和场效应管为主。2025年以后进入成熟期，功率模块将成为主要产品（基于销售额）。电动汽车及相关领域是碳化硅最大的市场之一。
 

电子发烧友编辑 周凯扬（左） 博世碳化硅产品经理 朱晓锋（右）

 
相对传统硅基产品，碳化硅材料有何优势？
 
朱晓锋：碳化硅作为新型的第三代半导体材料之一，在过去几年当中受到了越来越多的关注。碳化硅相比于传统的硅基材料，它具有高临界击穿电场、高电子迁移率等明显的优势，是制造高压、高温、抗辐照功率半导体器件的优良半导体材料，也是目前综合性能最好、商品化程度最高、技术最成熟的第三代半导体材料。详细来讲，与硅材料的物理性能对比，主要特性包括：（1）临界击穿电场强度是硅材料近10倍；（2）热导率高，超过硅材料的3倍；（3）饱和电子漂移速度高，是硅材料的2倍；（4）抗辐照和化学稳定性更好。
 
目前碳化硅产品市场化量产的主要阻碍是什么?
 
朱晓锋：目前阻碍碳化硅量产的主要是价格和技术两个方面。
 
价格方面来说，晶圆（wafer）成本是最重要因素，现阶段晶圆成本占到功率器件成本的50%左右，主要的晶圆供应又集中在少数几家国外公司，订单供不应求，以及现有晶圆片尺寸偏小（主要是4-6英寸），造成成本居高不下。现在国内一些企业已经开始重视并且加大在晶圆研发和生产方面的投入。
 
从技术层面，走的是由易到难，逐步发展的过程，大多数公司从二极管到MOSFET，功率模块，从工业级到汽车级。在这个过程中，会遇到比较多的技术问题，举两个例子：目前制约碳化硅汽车级模块发展的技术瓶颈，比如传统封装用于碳化硅时，耐久性和可靠性都有待改善。对于不同客户要求需要独立设计，测试，验证。再比如，汽车级碳化硅器件要满足AEC-Q101标准，但是实际案例中客户需求远远超出规定的标准。
 
贵司在碳化硅领域的独特优势在哪些方面？
 
朱晓锋：博世作为全球领先的汽车技术供应商，深厚的汽车电子技术积累是博世很大的财富。博世拥有超过50年的汽车半导体经验以及覆盖全价值链的研发和供应商体系，同时拥有汽车标准级的硅晶圆工厂和对于汽车客户的快速响应能力，博世参与到汽车级碳化硅领域，将积极推动缩短技术摸索，提高产品性能上限。助力碳化硅在汽车领域更早的实现规模化量产。
 
对于汽车领域来说，在碳化硅技术的助力下可以突破何种技术限制？
 
朱晓锋：正因为前面提到的碳化硅的特点，使得：（1）更低的阻抗，带来更小尺寸的产品设计和更高的效率；（2）更高频率的运行，能让被动元器件做得更小；（3）能在更高温度下运行，意味着冷却系统可以更简单；（4）更高的效率，可以提高电池效率，缩短充电时间。
 
总体来说，碳化硅在汽车领域，尤其是在新能源车的使用大有可为，不仅符合国家未来的发展要求和趋势，还可以降低零部件系统的复杂性，进而减小产品尺寸。同时进一步提高车辆的整体可靠性，稳定性，提升效率，降低能量损耗，提升大约6%的行驶里程。目前碳化硅在新能源汽车及相关领域里被逐渐应用于各类车载充电器、直流-直流转换器和逆变器中，来替换传统的硅基功率器件。