中國(guó)粉體網(wǎng)訊 今年年初,，小米公司推出的氮化鎵(GaN)快速充電器引爆了第三代半導(dǎo)體概念,。實(shí)際上,，除了在消費(fèi)電子領(lǐng)域備受期待的氮化鎵之外,，第三代半導(dǎo)體的另一個(gè)重要產(chǎn)品碳化硅(SiC)有著更為廣闊的應(yīng)用空間。受益于新能源汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展,，氮化鎵產(chǎn)品應(yīng)用即將迎來(lái)大爆發(fā),。
全球新能源汽車(chē)市場(chǎng)持續(xù)升溫
近日，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》),�,！澳壳爸袊�(guó)新能源汽車(chē)總保有量為全球第一，動(dòng)力電池出貨量也是全球第一,�,！痹谥袊�(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)許艷華看來(lái)，中國(guó)會(huì)盡力保持目前在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域形成的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),。
許艷華表示,，目前我國(guó)新能源汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)售量占比為5%左右，從《規(guī)劃》來(lái)看,，2025年新能源汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)售量占比將達(dá)到20%,。預(yù)計(jì)2035年純電動(dòng)汽車(chē)將成為新銷(xiāo)售車(chē)輛主流，公共領(lǐng)域用車(chē)將實(shí)現(xiàn)全面電動(dòng)化,，屆時(shí)我國(guó)的新能源汽車(chē)保有量將超過(guò)1億輛,。
在中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，世界各國(guó)也在加大力度奮起直追,�,！拔覈�(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)規(guī)模連續(xù)5年居全球首位，2019年中國(guó)新能源汽車(chē)銷(xiāo)量占全球市場(chǎng)銷(xiāo)量的53%,�,！逼�(chē)教育部工程研究中心首席科學(xué)家、哈爾濱理工大學(xué)教授蔡蔚表示,，“但是從今年1~7月份的數(shù)據(jù)來(lái)看,，這一占比已經(jīng)大幅下降至39%。這是因?yàn)榻衲暌詠?lái),，德國(guó),、法國(guó),、英國(guó)等歐洲國(guó)家的新能源汽車(chē)銷(xiāo)量保持著70%以上的同比增幅,。”
綜觀全球,，汽車(chē)的電動(dòng)化趨勢(shì)已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn),。許艷華表示，在歐洲,，嚴(yán)苛的碳排放法規(guī)正推動(dòng)歐洲汽車(chē)業(yè)加快電動(dòng)化腳步,。在政策支持力度加大與產(chǎn)業(yè)化布局加快的背景下,，歐洲電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量顯著增加，正在快速縮小和中國(guó)市場(chǎng)的銷(xiāo)量差距,。
許艷華進(jìn)一步指出,，在奧巴馬時(shí)代，美國(guó)電動(dòng)汽車(chē)曾引領(lǐng)全球發(fā)展,。拜登執(zhí)政后,，美國(guó)大概率會(huì)重返《巴黎協(xié)定》，因此大力發(fā)展新能源汽車(chē)以減少碳排放量,，將成為拜登執(zhí)政期間與美國(guó)后疫情時(shí)代振興經(jīng)濟(jì)的重要舉措,。
碳化硅是新能源汽車(chē)能效提升的關(guān)鍵要素
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以說(shuō)是新能源汽車(chē)的“心臟”。在蔡蔚看來(lái),，電驅(qū)動(dòng)核心零部件強(qiáng),，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)則強(qiáng);功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈強(qiáng)，電機(jī)控制器則更有競(jìng)爭(zhēng)力,。
蔡蔚指出,，碳化硅功率半導(dǎo)體屬于第三代寬禁帶半導(dǎo)體的一種，具有高飽和電子速度,、高導(dǎo)熱率,、高電子密度、高遷移率等特點(diǎn),。碳化硅器件具備的耐高溫,、高效、高頻特性,，正是推動(dòng)電機(jī)控制器功率密度和效率進(jìn)一步提升的關(guān)鍵要素,。
“利用好碳化硅器件的耐高溫、高頻和高效特性,，是實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)電機(jī)控制器功率密度和效率提升的重要途徑,。”中科院電工研究所主任研究員溫旭輝的觀點(diǎn)與蔡蔚不謀而合,。
小鵬汽車(chē)動(dòng)力總成中心IPU硬件高級(jí)專家陳宏認(rèn)為,，碳化硅技術(shù)的應(yīng)用與整車(chē)?yán)m(xù)航里程的提升有著緊密的聯(lián)系。他表示,，功率半導(dǎo)體在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用十分廣泛,，應(yīng)用領(lǐng)域包括車(chē)載充電機(jī)、空調(diào),、逆變器,、直流直流轉(zhuǎn)換器及附屬電氣設(shè)備等。相比硅基IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)功率半導(dǎo)體,，第三代半導(dǎo)體碳化硅MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)具有耐高溫,、低功耗及耐高壓等特點(diǎn),。采用碳化硅技術(shù)后，電機(jī)逆變器效率能夠提升約4%,，整車(chē)?yán)m(xù)航里程將增加約7%,。
江蘇宏微科技股份有限公司董事長(zhǎng)趙善麟則將新能源汽車(chē)稱為“第三代半導(dǎo)體的最佳應(yīng)用場(chǎng)景”。在他看來(lái),，新能源汽車(chē)有望把第三代半導(dǎo)體的性能發(fā)揮到極致,。
第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈吹響集結(jié)號(hào)
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)在新能源汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,。據(jù)蔡蔚介紹,，從國(guó)內(nèi)外硅基IGBT功率半導(dǎo)體控制器的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)來(lái)看，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在功率密度,、效率等方面與國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平相當(dāng),。2019年，我國(guó)90%以上的新能源汽車(chē)采用了自主驅(qū)動(dòng)電機(jī),，并實(shí)現(xiàn)了批量出口,。
然而，在車(chē)用功率半導(dǎo)體這一第三代半導(dǎo)體新賽道上,，目前我國(guó)還處于下風(fēng),。蔡蔚表示，若想用好碳化硅,，國(guó)內(nèi)還需要面臨一系列技術(shù)上的挑戰(zhàn),。比如，要想發(fā)揮其耐高溫優(yōu)勢(shì),，就需要采用高結(jié)溫模塊設(shè)計(jì),，這種設(shè)計(jì)方式則要求使用耐高溫、具備高可靠性的封裝材料,。
他指出,，國(guó)內(nèi)碳化硅自主芯片和自主材料正處于發(fā)展階段，但仍與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品有明顯差距,。目前,，中科院電工所、中車(chē),、上海電驅(qū)動(dòng)公司等國(guó)內(nèi)單位正致力于碳化硅控制器的研發(fā),，并取得了可喜進(jìn)展。但遺憾的是,，目前量產(chǎn)的搭載碳化硅技術(shù)的新能源汽車(chē)中,，尚未看到國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的身影。
陳宏表示,，雖然第三代功率半導(dǎo)體有諸多優(yōu)點(diǎn),，但在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)與技術(shù)發(fā)展等方面也面臨諸多挑戰(zhàn)，如器件成本高,、良率低,、高頻信號(hào)干擾比硅基IGBT大、制造與封裝難度大等,。碳化硅半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)功率模塊的封裝要求更高,，因此該技術(shù)正朝著耐高溫、高功率密度,、低雜散電感,、高可靠性封裝路線發(fā)展。
溫旭輝也表示,，雖然車(chē)用碳化硅控制器功率密度大幅提升,、損耗明顯下降，但快速開(kāi)關(guān)帶來(lái)的電磁干擾問(wèn)題同樣突出,，因此寬頻域電磁干擾預(yù)測(cè)及高密度電磁干擾濾波是今后的行業(yè)研究重點(diǎn)之一,。
“碳化硅器件的價(jià)格目前還很高�,！鄙虾ｋ婒�(qū)動(dòng)股份有限公司副總經(jīng)理張舟云表示,，“但隨著碳化硅產(chǎn)品在特斯拉Model 3和比亞迪‘漢’上的批量應(yīng)用，其后續(xù)應(yīng)用進(jìn)程肯定會(huì)加快,。2～3年后,，我們會(huì)在市場(chǎng)上看到越來(lái)越多應(yīng)用碳化硅產(chǎn)品的新能源汽車(chē)�,！�
新能源汽車(chē)和第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)共生共贏,。蔡蔚呼吁，第三代功率半導(dǎo)體材料,、芯片和封裝方面的供應(yīng)商需要緊急行動(dòng)起來(lái),，盡快把開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化水平提升上去，以提高下一代國(guó)產(chǎn)功率半導(dǎo)體的全球競(jìng)爭(zhēng)力,。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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