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第三代半導體SiC發展應用於電動車

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科技產業資訊室 (iKnow) - May 發表於 2021年1月20日

圖、第三代半導體SiC發展應用於電動車
 
由於,目前矽半導體已達到物理極限,若要在矽基功率元件(如Si-MOSFET等)高耐壓、耐高溫、降低單位面積阻抗等參數作大幅改善,則需要採用寬能隙半導體材料如SiC(碳化矽)或GaN來替代。其中,SiC半導體的寬能隙(band gap)比現有的矽半導體寬3倍以上,可以承受10倍以上的電壓,多用於在電動車逆變器(inverter)、車載充電器、太陽能變流器和工業設施中。
 
碳化矽(SiC)半導體產能正在迅速擴展。日本半導體製造商Rohm於2021年1月18日宣佈,已完成在福岡筑後(Chikugo)的SiC碳化矽晶圓廠建設,目標在2021年完成引進設備,2022年正式開始運營。
 
同時,韓國半導體設計公司Silicon Works已選定碳化矽半導體作為新的核心業務,這似乎與LG近期加快發展汽車電子業務有關。根據預測,隨著大型企業進入,韓國SiC晶片設計市場的規模將逐漸擴大,目前為止,這個市場主要由中小企業佔據,例如:United SiC、漢磊等,或是全球主要大廠包括科銳(Cree)、意法半導體(STMicro)、英飛淩(Infineon)、羅姆(ROHM)及瑞薩(Renesas)。
 
至於台灣廠商,漢磊在碳化矽、氮化鎵領域,著墨最深的指標大廠,漢磊的650伏特高壓氮化鎵已經通過電動車的車用標準認證,並且開始逐漸導入。至於韓國本土SiC相關企業包括RFHIC和Metal Life
 
目前量產的SiC晶圓尺寸多在4~6吋,然矽晶圓己達12吋。雖然,三年來以來,碳化矽、氮化鎵等化合物成本,已下降20%至25%,將有利於終端產品導入第三代半導體的比率逐漸增加。而且,SiC著重在功率元件所產生的延伸效益,例如能耗損失少(包括導通損耗及開關損耗)、被動元件使用數降低、散熱系統得以簡化、減少電費及電池容量等,因此從系統面來看,仍有利於總成本的降低。
 
若從電動車應用來看,SiC較GaN展現出較大優勢,原因是電動車屬高壓、大電流的應用場景。目前SiC功率元件應用在電動車,SiC導入動力系統中的逆變器時程比預期快,其中,Tesla Model 3長程版的車款,其逆變器由24個SiC MOSFET所構成,其續航力較其他同級車款具更長的表現,達560公里。未來SiC在逆變器應用會愈來愈普及。還有,SiC功率元件導入OBC(車載充電器),目前觀察中國及歐系車廠導入速度較快,為了縮短充電時間,OBC功率規格從過去的3.3kW、提升至22kW。(620字;圖1)
 
 
參考資料:
Semiconductor Industry: SiC Semiconductor Capacity Expansion Accelerates. Business Korea, 2021/1/13.
ROHM Completes Construction of a New Environmentally Friendly Building at its Apollo Chikugo to Expand Production Capacity of SiC Power Devices. ROHM, 2021/1/18.
羅姆第四代SiC MOSFET有利車載逆變器普及。DIGITIMES,2020/8/13。 


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