TMC2025记录 | 功率半导体创新技术的20个前沿故事

第三代半导体主驱应用现状与挑战

英飞凌的高级首席工程师赵振波先生，为我们带来了关于“第三代半导体主驱应用现状与挑战”的精彩报告。

赵先生首先介绍了第三代半导体，特别是碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）在电动汽车主驱系统中的应用现状。他指出，与传统的硅基功率器件相比，SiC和GaN在开关速度、结温和物理特性上具有显著优势，能够有效提升功率转换效率，减小产品体积，提高功率密度。

具体来说，Si基功率器件，在导通压降和开关损耗之间存在一个权衡曲线，难以实现无损模式。而SiC和GaN则能够在这些方面取得突破，尤其是在高频和高温应用场景下表现出色。目前，SiC主要应用于6英寸晶圆，而英飞凌已经开始布局8英寸晶圆的生产，以进一步提高产能和降低成本。

在应用方面，SiC在电动汽车电驱系统和光伏储能领域具有广阔的市场前景，而GaN则主要应用于消费类电子，如服务器电源转换等高频、低压场景。赵先生还提到，尽管SiC和GaN具有诸多优势，但在实际应用中仍面临一些挑战，如芯片并联时的均流问题、门级可靠性问题以及宇宙射线导致的射线失效率问题等。

针对这些挑战，英飞凌在芯片设计、封装技术和系统解决方案上进行了持续创新。例如，通过优化沟槽栅结构、提高芯片密度、采用先进的封装技术等手段，不断提升SiC和GaN功率器件的性能和可靠性。同时，英飞凌还提供了包括感知、控制、执行在内的全方位解决方案，以满足客户多样化的需求。

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02 芯联集成

创“芯”智造，助推新能源汽车行业发展

芯联集成的伍刚先生，为我们分享了“创‘芯’智造，助推新能源汽车行业发展”的主题报告。

伍先生首先介绍了新能源汽车行业的发展趋势，指出随着全球新能源汽车销量的快速增长，功率器件市场容量也在急剧上升。

他提到，新能源汽车的发展正从政策驱动转向市场牵引，用户更加关注续航、安全和性价比等方面。因此，电驱系统的发展趋势也呈现出“五高两低”的特点，即高效率、高可靠、高性能、高电压、高集成、低成本和低噪声。

在功率产品技术发展趋势方面，伍先生重点介绍了芯联集成在SiC模组封装技术上的创新。他展示了芯联集成从灌封三合一模块 -> 框架式塑封三合一模块 -> 无框架式模块的封装技术演变过程。这些创新不仅提高了模块的结温、降低了杂散电感，还显著提升了功率密度和可靠性。

此外，伍先生还介绍了芯联集成在嵌入式封装技术上的进展。他提到，嵌入式封装技术能够有效降低开关损耗、提升电控功率和电机效率，同时减小体积和重量，非常适合高转速电机、高压电池系统等应用场景。芯联集成已经成功开发出多种嵌入式封装产品，并与客户合作进行了定制化开发。

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03 镓仁半导体

车规级功率器件的第四代半导体材料应用与商业化前景

杭州镓仁半导体有限公司的联合创始人江继伟博士，为我们带来了关于“车规级功率器件的第四代半导体材料应用与商业化前景”的报告。

图片来源：参考文献[3]

江博士首先介绍了第四代半导体材料氧化镓的基本特性和优势。他指出，氧化镓具有超宽禁带宽度、高击穿场强、低导通电阻等优异性能，在高压、大电流和功率应用方面具有巨大潜力。同时，氧化镓的制备材料成本相对较低，且硬度与硅接近，便于复用成熟的Si加工设备进行切割和CMP制程。

在商业化前景方面，江博士提到，氧化镓在新能源汽车、充电桩、高压电力电子设备等领域具有广阔的应用前景。他展示了国内外多家企业在氧化镓材料、器件和应用方面的最新进展，并指出氧化镓产业链正在逐步完善。

图片来源：参考文献[3]

然而，江博士也坦诚地提到了氧化镓在材料制备和器件应用方面面临的挑战。例如，氧化镓在高温下容易分解，与金属坩埚反应等问题导致长晶成本较高。针对这些问题，江博士介绍了镓仁半导体在独创铸造法方面的研究成果，并展示了其在降低长晶成本、提高晶圆质量方面的显著成效。

图片来源：参考文献[4]

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04 Yole

全球功率模块最新进展及模块 - 逆变器联合设计

Yole的杨宇博士，为我们带来了“全球功率模块最新进展及模块 - 逆变器联合设计”的主题报告。

杨博士首先总结了全球电动汽车市场的现状和发展趋势，指出中国是全球最大的电动汽车市场，欧洲和美国市场也在快速增长。他提到，随着电动汽车渗透率的不断提高，功率器件市场容量也在急剧上升。

图片来源：Yole,2023年数据

图片来源：Yole

在功率模块技术进展方面，杨博士介绍了多种新型封装技术和材料的应用情况。例如，塑封模块在碳化硅功率器件中的应用越来越广泛；焊接技术的改进使得模块的可靠性和散热性能得到显著提升；混合碳化硅模块和嵌入式芯片技术则进一步提高了功率密度和效率。

图片来源：Yole

此外，杨博士还提出了模块与逆变器联合设计的概念。他指出，通过联合设计可以优化系统性能、降低成本并提高可靠性。例如，通过定制化设计模块可以更好地匹配逆变器的需求；通过优化连接方式和散热结构可以减小杂散电感和提高散热效率。

图片来源：Yole

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05 比亚迪

SiC在电驱动系统中的应用

比亚迪汽车工程研究院高压器件开发部经理刘海军先生，为我们分享了“SiC在电驱动系统中的应用”的实践经验。

刘经理首先介绍了比亚迪在SiC功率器件应用方面的领先地位。他提到，比亚迪早在2020年就将SiC功率器件应用于电驱动系统中，并取得了显著成效。通过采用SiC功率器件，比亚迪的电动汽车在动力性、工况效率和充电速度等方面都得到了显著提升。

图片来源：比亚迪

在具体应用方面，刘经理详细介绍了比亚迪在SiC功率模块设计、制造和测试方面的经验。他提到，比亚迪通过采用氮化硅陶瓷基板、双面银烧结等先进技术，提高了模块的耐压能力、过流能力和可靠性。同时，比亚迪还通过优化模块布局和电容设计等手段，降低了杂散电感和开关损耗。

图片来源：比亚迪

此外，刘经理还展示了比亚迪在千伏电压平台下的SiC功率器件应用成果。他提到，通过采用1500V SiC芯片和先进的封装技术，比亚迪成功实现了千伏电压下的高效能量转换和快速充电功能。

图片来源：比亚迪

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06 西安交大

CIPB功率芯片嵌入式封装 - 从实验室到量产的全链路创新

西安交大电气学院的杨旭教授，为我们带来了“CIPB功率芯片嵌入式封装 - 从实验室到量产的全链路创新”的学术报告。

杨教授首先指出了宽禁带器件在封装方面面临的挑战。他提到，由于宽禁带器件开关速度快、热流密度高，传统的封装技术已经难以满足其性能需求。因此，需要开发新型的封装技术来充分发挥宽禁带器件的优势。

图片来源：西安交大

针对这一问题，杨教授介绍了CIPB（Chip in Power Board）功率芯片嵌入式封装技术。他提到，CIPB技术通过将功率芯片直接嵌入到PCB基板中，实现了高密度布线、低杂散电感和高效散热等优点。同时，CIPB技术还便于实现模块化和定制化设计，满足不同应用场景的需求。

图片来源：西安交大

在实验室研究方面，杨教授展示了其团队在CIPB技术方面的多项创新成果。例如，他们通过优化PCB材料和结构、改进互联工艺等手段，提高了CIPB模块的可靠性和性能。同时，他们还探索了将磁体等元件嵌入到PCB中的可能性，进一步拓展了CIPB技术的应用范围。

图片来源：西安交大

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07 吉利汽车动力院

基于氮化镓PCB嵌埋封装的新一代混合动力汽车功率半导体模块设计与应用

吉利汽车动力研究院前瞻技术与战略中心总工程师马永泉博士，为我们分享了“基于氮化镓PCB嵌埋封装的新一代混合动力汽车功率半导体模块设计与应用”的最新研究成果。

马博士首先指出了混合动力汽车在功率半导体应用方面面临的挑战。他提到，由于混合动力汽车需要同时满足高效能和低成本的需求，传统的Si基功率器件已经难以满足其性能需求。而碳SiC功率器件虽然性能优异，但成本较高，难以大规模应用。

图片来源：Yole

针对这一问题，马博士提出了基于氮化镓（GaN）PCB嵌埋封装技术的解决方案。他提到，GaN功率器件具有高频、高效、高温工作等优点，且成本相对较低，非常适合应用于混合动力汽车中。通过采用PCB嵌埋封装技术，可以进一步提高GaN功率器件的功率密度和可靠性。

图片来源：吉利

在具体应用方面，马博士展示了吉利汽车在GaN PCB嵌埋封装模块设计、制造和测试方面的经验。他提到，吉利汽车通过采用先进的封装工艺和测试手段，成功开发出了高性能、高可靠性的GaN PCB嵌埋封装模块。这些模块在混合动力汽车中的应用取得了显著成效，不仅提高了整车的能效和性能，还降低了成本和体积。

图片来源：吉利

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08 日立能源

一款高性能SiC功率模块，具备直接冷却功能和最高功率循环能力

最后，日立能源有限公司的副总裁Tobias Keller先生，为我们介绍了“一款高性能SiC功率模块，具备直接冷却功能和最高功率循环能力”的产品特点和技术优势。

Tobias先生首先介绍了日立能源在SiC功率模块研发方面的丰富经验和技术实力。他提到，日立能源通过不断优化芯片设计、封装技术和冷却系统等手段，成功开发出了多款高性能、高可靠性的SiC功率模块。

图片来源：日立

在具体产品方面，Tobias先生详细介绍了这款具备直接冷却功能和最高功率循环能力的SiC功率模块。他提到，该模块采用了先进的直接冷却技术，能够有效降低芯片温度、提高散热效率。同时，该模块还具备出色的功率循环能力，能够在恶劣的工作环境下保持长期稳定运行。

图片来源：日立

此外，Tobias先生还展示了该模块在电动汽车、电动卡车、电动巴士等领域的应用案例。他提到，该模块凭借其高性能、高可靠性和长寿命等优点，已经赢得了众多客户的认可和信赖。

图片来源：日立

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09 总结与展望

最后，总结下<上篇>的内容。

本次TMC会议功率半导体论坛的交流，有一个明显的感觉就是：诸多企业工程团队在背后都做了大量的思考和实践，功率半导体技术在电动汽车及其他相关应用领域仍然有很多值得探索的地方。

概括下来围绕这几方面：从第三代半导体到第四代半导体材料的探索和应用；从功率模块封装技术的创新（内嵌式PCB封装技术）到模块与逆变器的联合设计；从SiC在电驱动系统中的成功应用到GaN在混合动力汽车中的潜力挖掘，再到高性能SiC功率模块的研发和探索……这些前沿技术和创新成果不仅为我们提供了宝贵的经验和启示，也为我们指明了未来的发展方向。感谢上述企业和专家老师们的精彩分享，受益匪浅！

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TMC2025记录 | 功率半导体创新技术的20个故事（中篇）

• 大尺寸塑封SiC模块：可靠性验证与车规级量产挑战

• 理想汽车自研碳化硅功率模块

• 采埃孚芯片内嵌(CIPB)技术及展望

• 极致成本、极致体积主驱电功率砖解决方案

• 电驱应用SiC模块的发展趋势和核心竞争力

• 无压银烧结在功率模块的应用

• 瓦克有机硅在功率半导体领域的系统解决方案

• 150mm和200mm智能碳化硅工程衬底

• 罗姆Eco家族功率器件助力电动汽车新革命

• SiC器件封装中的低寄生参数设计与实现方法

• 高层会议笔记整理：混碳模块/CIPB/逆变砖/其他，谁才是未来三年降本增效首选技术？