#汽車電子 #功率元件 #碳化矽SiC #蕭特基二極體SBD #智慧功率模組IPM
【話說車載3:寬能隙半導體入主高功率應用】
動力系統是電動車/智能車主命脈。絕緣柵雙極電晶體 (IGBT)、高電壓閘極驅動器、超接面整流器、高電壓金屬氧化物半導體場效電晶體 (MOSFET)、高電壓 DC-DC,以及碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新一代寬能隙 (WBG) 功率技術深深牽動著電池續航力與安全防護。
當電子從「價帶」(valence band,指絕對零度中電子最高能量的區域) 移動到「傳導帶」(conduction band,電子經由外在電場加速形成電流) 並用於電流時需要能量,寬能隙的能量遠高於矽——相較於矽的 1.1eV (電子伏特),SiC 需要 3.2 eV;意味著在相同尺寸下,這些額外能量可帶來更高的電壓擊穿性能,在失效前可承受更高的溫度,蕭特基二極體 (SBD)、高功率 MOSFET 是主要市場。
為提高能效,亦促成涵蓋驅動電路和控制單元,以定制集成電路執行供電欠壓、過溫和短路等自我保護功能的智慧功率模組 (IPM) 興起,以適應基本結構或設計變化,並提升系統可靠性。此外,先進的基板和封裝,則是高能效、散熱性、強固性等關鍵因素;例如,貼片式「電晶體外殼無引腳封裝」(Transistor Outline Leadless, TOLL;或簡稱為 TO-Lead-Less) 因散熱表現較佳,可藉此提高電流密度,特別適合動力轉向、無刷直流驅動、電池管理、電池安全開關等高功率應用。
延伸閱讀:
《適合汽車應用的技術解決方案》
https://www.avnet.com/…/transform-your-thinkin…/automotive/…
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【SiCXGaN,開啟功率新時代】
被視為「戰略物資」的第三代半導體——以碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 為首的二元 III-V 族「寬能隙」(Wide Band Gap, WBG) 化合物半導體,原就挾著耐高溫、耐高壓、切換快、效率高 (耗損低) 等優異物理特性而備受關注,近來更因被中國「十四五計畫」點名列入重點扶植對象而再掀熱議;特斯拉 (Tesla) Model 3 採用 SiC 功率器件及小米科技發佈 GaN 手機充電器,更將之推向高潮。
碳化矽約有四成在車用 (含汽車電子與電動車週邊),目前業界於電動車較積極導入碳化矽的主要裝置/部件包括主驅逆變器 (inverter) 與車載/車外充電器,儘管 SiC-SBD (蕭特基二極體) 的市場因國際貿易摩擦而放緩,但由於能源、汽車和工業需求維持增長,預計市場將繼續擴大;至於氮化鎵,「製程介面」(基板材料) 是其應用的最大關鍵,分為:碳化矽基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 和矽基氮化鎵 (GaN-on-Si) 兩種。
延伸閱讀:
《「寬能隙」半導體的現在與未來》
http://www.compotechasia.com/a/feature/2020/1112/46364.html
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