2020年1月10-12日，以"把握形勢聚焦轉型引領創新"為(wei) 主題,由中國電動汽車百人會(hui) 精心策劃第六屆年度論壇--中國電動汽車百人會(hui) 論壇(2020)在北京釣魚台國賓館正式召開，會(hui) 議繼續秉持"傳(chuan) 遞權威信息、廣泛展開討論、促進溝通合作"的目標，試圖幫助業(ye) 界人士梳理分析產(chan) 業(ye) 形勢，探討及回應產(chan) 業(ye) 關(guan) 切的問題，尋找今後3-5年產(chan) 業(ye) 調整的方向及路徑。

　　論壇現場，中車時代電動汽車股份有限公司首席專(zhuan) 家伍理勳發表了主題演講。

　　以下為(wei) 伍理勳老師的演講實錄：

中車時代電動汽車股份有限公司首席專(zhuan) 家伍理勳

　　大家好!我今天闡述一下對車規級功率半導體(ti) 器件的認識和理解。

　　主要從(cong) 以下四個(ge) 方麵：

　　電動汽車首先是電動化，功率半導體(ti) 是汽車電動化最核心的器件，我們(men) 說是電動汽車之芯，是實現能量轉換的最核心的部件。以一個(ge) 車為(wei) 例，一個(ge) 撤一台控製器，用一個(ge) 六單元的IGBT會(hui) 用到36個(ge) 芯片、240個(ge) 元胞，是一個(ge) 大的集成器件。我們(men) 談功率半導體(ti) 的時候都會(hui) 講到芯片和模塊，下麵的匯報思路也是按照芯片和模塊這個(ge) 思路來匯報的。

　　從(cong) IGBT芯片發展現狀和發展過程可以看出來，經過多次技術迭代以後，從(cong) 平麵柵、構槽柵、到精細構槽柵到逆導結，性能都在不停提升和發展過程中。目前我們(men) 看到這幾個(ge) 企業(ye) 相關(guan) 產(chan) 品代次的對於(yu) 關(guan) 係，這其中包括中車的產(chan) 品。

　　除了IGBT以外，現在碳化矽也是目前行業(ye) 研究的熱點，國內(nei) 外都在做相關(guan) 的技術研究，我們(men) 與(yu) 國外的技術還是有代的差異的，包括Cree已經到第三代，中國還是第一代的水平。產(chan) 業(ye) 體(ti) 係方麵，國外6英寸、8英寸，中國可能還在4英寸的水平。芯片以外就是模塊。模塊就是把芯片封裝成一個(ge) 部件，現在我們(men) 在車規級的線上可以看到大概有三種模塊形式：第一種標準模塊，第二種是分離機械加雙麵冷卻，第三種是集成化組件，都有一些相關(guan) 的車企或者零部件公司都有相應的方案。

　　標準模塊。我們(men) 看多比較有代表性的就是英飛淩，富士，國內(nei) 中車也有相應的產(chan) 品，主要特征就是Pin—Fin結構等。目前的水平單模塊可以做到100多千瓦的水平。另外一個(ge) 模塊技術路線就是雙麵冷卻技術路線，主要是可以降低熱阻，比普通的工業(ye) 級模塊熱阻低30%到50%，平麵封裝形式可以降低雜散參數、提高可靠性，下麵的圖展示了雙麵冷卻模塊發展的技術路線。

　　碳化矽的封裝形式，目前大概兩(liang) 種，一個(ge) 是標準的TO封裝，還有就是類似於(yu) IGBT的封裝形式，TO封裝和標準模塊封裝各有優(you) 缺點，這裏簡單列了一下，而且可以看到主要的半導體(ti) 廠家都已經推出了碳化矽器件，包括中車。各種功率半導體(ti) 器在汽車領域的應用我們(men) 列了一張表，商用車、乘用車、車載便流器可能有不同的應用要求。比如說商用車，大部分目前為(wei) 止還是平板散熱這種方式，乘用車雙麵冷卻和Pin—Fin是主要的技術路線，電源產(chan) 品可能更多是TO封裝這種形式，未來我們(men) 認為(wei) 碳化矽、高效散熱、集成化是未來主要的技術路線和方向。

　　現在車規級器件還有很多技術難點需要我們(men) 攻克。首先芯片角度，車對芯片的要求，我們(men) 概括有以下三個(ge) 方麵：更低成本、更高功率密度、更高工作結溫，因為(wei) 這是車的應用環境所決(jue) 定的。

　　圍繞解決(jue) 成本的問題，主要思路是把晶圓做到，從(cong) 4英寸、6英寸，到8英寸、到12英寸，都是降低成本的手段。大尺寸晶圓可以提升產(chan) 品的一致性，以8英寸、12英寸為(wei) 例，單片數量會(hui) 增加125%。為(wei) 了提高功率密度，首先是芯片性能的提升，到現在電流能力從(cong) 最早的200安培/平方厘米，現在可以到350，未來可以到500。圍繞提高功率密度還有一種方法，精細溝槽刪技術做到亞(ya) 微米級以後，損耗進一步降低，也是提高功率的有效手段。還有把晶圓做薄，越薄熱阻越低、損耗越低，從(cong) 85uM降到65uM，損耗可以降低20%。

　　把芯片集成也可以提供功率密度，一般知道一個(ge) IGBT都會(hui) 有一個(ge) 二極管，我們(men) 把二極管和IGBT結合在一起，叫逆導IGBT，還把傳(chuan) 感也結合在一起，可以降低損耗、提高功率密度，同時也可以提高芯片的智能化程度。

　　為(wei) 了提高IGBT的環境適應性，提高工作溫度也是必須解決(jue) 的問題，提高溫度的適應性主要兩(liang) 個(ge) 方案，一個(ge) 是采用新型的終端材料，另外一個(ge) 是采用新型器件。

　　模塊發展速度比芯片的發展速度慢一些，主要麵臨(lin) 一些問題，我們(men) 列了兩(liang) 個(ge) 方麵：“電感—熱組”邊界效應的設計問題，還有熱功率密度提升帶來的可靠性問題。針對這些問題我們(men) 也提出了一些解決(jue) 方案：第一，機電的設計，主要解決(jue) 問題是降低熱組，同時把參數進一步優(you) 化。第二，讓芯片的靜態、動態的均流性進一步提升，讓溫度分布更加均勻。

　　另外，提高功率密度帶來的可靠性問題，主要體(ti) 現在三個(ge) 方麵：芯片正麵的互聯線、綁定線的可靠性，還有芯片背麵焊接的可靠性，還有材料的適應性問題。針對第一個(ge) 問題，綁定性的可靠性，我們(men) 現在主要解決(jue) 方案是采用平麵鍵合的方案，可以有效的提高連接端子互聯的可靠性。還有一個(ge) 方案是正麵金屬化，通過燒結技術提高焊接的可靠性，我們(men) 有一個(ge) 數據可以讓熱循環壽命提高60多萬(wan) 次的水平，標準3萬(wan) 次就可以。還有一個(ge) 提高可靠性的方案柔性互聯技術，可以提高端子的可靠性。還有一個(ge) 方案是銀/銅燒結技術，可以把熱組降低25%，可靠性可以成倍提升。

　　提高IGBT環境適應性的四個(ge) 方麵，在灌封材料、導熱矽子都在做相應溫度的提升，能耐受到175度的環境要求。

　　另外一個(ge) 提高可靠性的方案，提高散熱性能。現在普遍采用的方案就是以下兩(liang) 種，一個(ge) 是直接水冷，另外一個(ge) 就是雙麵散熱技術，都可以降低熱組、提高產(chan) 品的可靠性。

　　除了芯片、模塊的一些難點以外，在國內(nei) 產(chan) 業(ye) 化方麵也麵臨(lin) 一些問題。首先是一些製造設備、關(guan) 鍵材料主要依靠進口，另外是人才的短缺也是製約技術進步的一個(ge) 重要方麵。

　　下一代IGBT發展趨勢，我們(men) 主要談以下幾個(ge) 方麵。

　　第一，超結技術。超結IGBT技術可以比傳(chuan) 統IGBT技術在損耗方麵進一步降低，同時可以提高MOSFET的耐壓性能。

　　第二，新型半導體(ti) 技術，其中最主要的就是碳化矽的技術，可以使係統都在高溫、高效、高速下運行，可以進一步優(you) 化係統設計參數。

　　第三，氮化鉀，但是氮化鉀這個(ge) 外延生成的形式很難大電流，變流器功還是更多使用碳化矽。

　　第四，矽基IGBT和SIC MOSFET結合在一起的功率半導體(ti) 技術，理論上可以工作在更高的頻率，而且損耗還低。

　　前麵講到行業(ye) 的情況，還是把中車的情況給大家做一個(ge) 簡要匯報。

　　中車IGBT研究有十多年的曆史，但是半導體(ti) 的研究有幾十年的曆史。汽車級IGBT研究是從(cong) 2010年開始的，通過這幾年研發已經推出了很多應用於(yu) 汽車的IGBT。芯片能力從(cong) 2008年並購Dynex開始已經到了第六代。模塊封裝方麵，我們(men) 也做了多種形式，滿足不同環境的要求，包括半橋、全橋的模塊都有，也有相應的雙麵冷卻模塊，最大電流可以做到1000安培。產(chan) 品型譜裏麵，涵蓋了30千瓦到200千瓦的產(chan) 品需求。

　　現在主要講幾個(ge) 典型的產(chan) 品：這個(ge) 內(nei) 部叫S2模塊，可以開發出滿足50多千瓦到70千瓦的功率等級，用於(yu) A級車以下的乘用車產(chan) 品，這是我們(men) 相應的IGBT和相應產(chan) 品的實物圖。還有一個(ge) 是S3(+)模塊，可以做到150千瓦到200千瓦的水平。商用車領域我們(men) 也推出了1200V、600A的M1模塊和HPD模塊，用於(yu) 了相應的車型。目前為(wei) 止我們(men) 所有這些產(chan) 品市麵上能夠使用的數量，在我們(men) 內(nei) 部配套數量超過5萬(wan) 支IGBT。

　　在碳化矽研究方麵，我們(men) 承擔了國家的一個(ge) 項目，現在已經開發出1200V、400A的模塊，同時開發出功率密度已經做到30.8千瓦的水平，這是我們(men) 中期檢查的實際情況。

　　總的來說，betway在线官网汽車對IGBT的需求是與(yu) 時俱進的，在不停地提升，對功率密度、可靠性、成本方麵都提出越來越高的要求。我們(men) 認為(wei) IGBT還是有相當長的生命周期，同時碳化矽發展速度可能會(hui) 超出預期。依托我們(men) 中國betway在线官网汽車大的平台，我們(men) 認為(wei) 通過行業(ye) 的共同努力，IGBT技術從(cong) 跟隨到領跑這種跨越，應該在大家努力下指日可待。

　　謝謝大家!