日本丰田汽车公司功率半导体顾问滨田公守:汽车电气化的最新趋势及其对第三代半导体行业的影响

极智头条

2020年11月24日下午,第十七届中国国际半导体照明论坛(SSLCHINA 2020)暨2020国际第三代半导体论坛(IFWS 2020)开幕大会在深圳会展中心隆重召开。

本届论坛由国家半导体照明工程研发及产业联盟(CSA)与第三代半导体产业技术创新战略联盟(CASA)主办,南方科技大学微电子学院与北京麦肯桥新材料生产力促进中心有限公司承办。论坛得到了国家科学技术部高新技术司、国家科学技术部国际合作司、国家工业和信息化部原材料工业司、国家节能中心、国家新材料产业发展专家咨询委员会、深圳市科技创新委员会的大力支持。并得到了深圳市龙华区科技创新局的特别支持。


开幕大会上,日本丰田汽车公司功率半导体顾问、PDPlus LLC 总裁、ISPSD2021大会主席滨田公守做了题为汽车电气化的最新趋势及其对第三代半导体行业的影响的主题报告。分享了汽车的电气化趋势,阐述了IGBT当前的应用状态以及相关封装技术、模组等内容。

2017年电动汽车的比例仅为3%,到2040年,预计将达到50%。在接下来的二十年里,电动汽车的份额将迅速增加。即使只看未来五年,电动汽车市场也会大幅增加。电动汽车的预期市场来看BEV是适合碳化硅器件的市场PHEVFull HEV是适合硅IGBT的市场。Mild HEV是适合硅MOSFET的市场。市场预期对于碳化硅器件和硅IGBT的大量需求将与硅MOSFET相当。

电池费用与EV行驶里程的关系来看,电池费用预计会逐年下降。2025年,行驶300km的电池费用预计约为10000美元,如果电池效率能提升3%,电池费用将下降300美元。这笔费用和使用碳化硅器件所增加的费用相等。所以,通过使用碳化硅器件来提升电池效率,可以使电池费用下降3%或更多,使用碳化硅器件增加的成本可以被补偿。

IGBT是目前功率器件的主流但它有一些缺点碳化硅器件将逐渐被用于更适合使用碳化硅的场合。除了需要降低成本,碳化硅器件也遇到了其他挑战:可靠性以及电路支持。在克服了这些弱点之后,碳化硅器件将被应用在在IGBT不能胜任的场合,其市场份额将逐渐增加

对于碳化硅MOSFET,有很多问题仍需要解决,之后才能在实际应用场合中成功使用。需要将高成本降低,也需要器件具备高可靠性。通过研制小尺寸的沟槽型MOSFET,成本能得以降低,为了实现这一目的,需要设计成熟、合理的沟槽栅保护结构。抑制堆垛层错引起的退化也是未来大规模生产的一个重要课题。

2025年,氮化镓功率器件的市场规模预计将达到6.5亿美元,但是汽车相关产品预计只会占到6%很多公司都在关注消费市场,但仅有极少部分器件被认可。

汽车应用中对于元器件的要求。一是价格与性能的平衡。低价格是必须的,但是器件也需要满足系统的电学要求。二是高可靠性,以及发生故障时能够快速而准确的响应。除了标准分析方法之外,用于牵引系统的元器件还需要基于应用场合验证其可靠性。对于牵引系统而言,零故障率是必需的,对于故障的快速分析、定位和针对解决也是必要的。这一点与其他应用场合有所不同。三是长期而可靠的供应。一旦供应开始,元器件的型号寿命需要保持20年或更多,供应商必需保证这一点。四是停产后的管理保障。即使供应商的生产线关闭了,也需要对以上的支持负责。这一点与其他应用场合有很大的差异。为了进入和拓展汽车应用领域,不仅是研究人员和工程师,管理人员也需要改变,学习和成长。

(内容根据现场资料整理,如有出入敬请谅解)


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