SiC成为加速新能源汽车发展的重要助力，已进入普及阶段，有效替换Si产品

时间： 2021-10-10 来源：材料深一度

技术问答

SiC器件的主要用途是车载设备。SiC器件可以使纯电动汽车、混合动力车的电机控制系统损失的功率降低到1/10，实现低功耗化；同时，能将新能源汽车的效率提高10%，使用SiC工艺生产的功率器件的导通电阻更低、芯片尺寸更小、工作频率更高，并可耐受更高的环境温度。SiC器件随着成本不断降低，已经进入普及阶段。

未来十年内SiC车规级功率器件将有更大的空间。2018年全球新能源乘用车共销售200.1万辆，其中中国市场占105.3万辆，超过其余国家总和，成长空间广阔。据预测，2025年达到1200万辆，2030年达到2100万辆。

1.SiC在新能源汽车中的应用
续航里程和充电时间仍然是制约电动汽车发展的重要因素，智能化、轻量化、集成化将是电动汽车未来发展的趋势，而SiC器件将成为加速电动汽车发展的重要助力，SiC在新能源汽车中的应用如下所示：

（1）功率交换器：采用宽禁带器件可以提高功率变换器高温工作下的可靠性，减小散热系统的体积。传统 Si 基变换器的损耗较大，对冷却系统的要求较高。

在电动汽车中，引擎部分需要冷却系统保持其温度在105℃，而功率变换器部分则要求冷却系统使其温度在70℃左右，为了使两部分正常工作，必须采用两套冷却系统以满足不同的要求。这大大增加了电动汽车冷却系统的体积。SiC功率器件工作结温已经达到了361℃，因此，采用宽禁带器件构成的功率变换器可在更高的环境温度下正常工作，可将引擎冷却系统与功率变换器的系统合二为一，大大减小功率变换器的体积。

（2）电池充电器：电池充电器是电动汽车中的重要部分，主要由AC/DC变换器和DC/DC变换器构成的PFC变换器组成。PFC变换器的工作频率决定了输出滤波电感和电容的纹波电压、纹波电流。采用宽禁带器件可以显著提高变换器的工作频率，从而减小滤波电感和电容的体积，降低电压、电流纹波，提高电感和电容工作的可靠性。无源元件体积的减小意味着整个变换器体积的减小，功率密度的提高。

（3）电机驱动器：电动汽车中主电机的驱动器拓扑有多种，其中最常用的是两电平三相电压源型逆变器。据研究，采用SiC器件可显著降低损耗。其中，SiC BJT构成的逆变器损耗降低了53%；当频率升高时，损耗还会进一步降低，开关频率为15kHz 时，SiC BJT逆变器的损耗降低了67%。

2.SiC器件与Si器件性能比较
SiC材料和Si材料性能比较。基于宽禁带材料制造的电力电子器件具有 Si 器件无法相比的电气性能。SiC材料禁带宽度是Si的3倍左右：SiC器件能够承受更高的工作温度和较高的工作电压；SiC材料具有更高的电子饱和漂移速度：电子饱和漂移速度与最终元件的开关性能有关，参数越高，器件的最大开关频率越高，开关损耗频率越小，如SiC广泛应用于音频放大器中；临界电场越高，承受的击穿电压越高，这是SiC广泛应用于高铁、电网等领域的原因；更高的导热系数可以使宽禁带电源开关以更安全的方式达到更高的温度。SiC材料和Si材料性能对比如表1所示。

3.SiC在新能源汽车中的应用进展
从产业格局看，目前全球SiC产业格局呈现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大，占有全球SiC产量的70%-80%；欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用产业链，在全球电力电子市场拥有强大的话语权；日本是设备和模块开发方面的绝对领先者。

在SiC应用于电动汽车方面，SiC肖特基二极管器件已经广泛应用于高端电源市场，包括PFC、光伏逆变器和高端家电变频器。以SiC的龙头企业美国科锐、德国英飞凌、日本罗姆等半导体巨头公司为代表的功率器件公司逐步推出SiC金属一氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)、结型场效应管(JFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)产品。其中日本企业在SiC应用推广上更加积极，不断推出SiC二极管和MOSFET的功率模块，并在电动汽车和轨道交通上不断进行应用研究，目前已经取得了明显的成就。

据了解，除了特斯拉最新的Model3车型采用SiC MOSFET来提升电驱系统的工作效率及充电效率外，欧洲的350KW超级充电站也正在加大SiC器件的采用。而在国内，比亚迪、北汽新能源等车企也在加码SiC器件在电动汽车领域的应用，主要以汽车充电桩场景应用为主。

4.结语
总体来看，新能源汽车行业上普遍认为电池是新能源汽车的技术瓶颈，对电机驱动、控制系统，充电系统中的新技术认识不足。实际上在汽车电力电子技术上，我国很多技术处于产业链空白，建立在现代功率半导体（IGBT和MOSFET等）基础上的电子电路、芯片和模块几乎全都依赖进口。目前，以碳化硅、氮化镓等为代表的第三代宽禁带功率半导体在新能源汽车上的应用成为未来发展趋势，然而在这些领域，我国在其应用研发上明显落后于国外，国内企业还有较长的路要走。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 130
| 转发至：

本文由剑藏锋转载自材料深一度，原文标题为:碳化硅SiC在新能源汽车中的应用分析，本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的，且明确注明来源，不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

全部评论（130）

用户81028070 Lv4. 资深工程师 2022-04-24

学习
李晓龙 Lv8. 研究员 2022-04-11

学习了
用户76721306 Lv5. 技术专家 2022-03-27

学习了
滕123 Lv5. 技术专家 2022-02-26

学习
极度认真 Lv8. 研究员 2022-02-25

美国，日本，德国。碳化硅，氮化镓。材料科学

用户17024446 Lv7. 资深专家 2022-02-12

不错
水汤姆 Lv7. 资深专家 2022-01-16

学习
Jackie0078 Lv8. 研究员 2022-01-04

学习学习
拔丝地瓜 Lv7. 资深专家 2021-12-19

学习
otsuka Lv9. 科学家 2021-12-05

学习了！

展开更多评论

碳化硅：第三代半导体材料的性能优势与应用前景

经过第一代硅基半导体、第二代的砷化镓半导体，半导体材料发展已经来到了属于碳化硅、氮化镓的第三代。碳化硅是第三代半导体产业发展的重要基础材料，碳化硅功率器件以其优异的耐高压、耐高温、低损耗等性能，能够有效满足电力电子系统的高效率、小型化和轻量化要求。在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网等领域具有明显优势。

行业资讯发布时间 : 2024-11-11

一篇文章综述中国碳化硅（SiC）产业建设进展

第三代半导体材料为氮化镓GaN、碳化硅SiC、氧化锌ZnO、金刚石C等，其中碳化硅SiC、氮化镓GaN为主要代表。在禁带宽度、介电常数、导热率及最高工作温度等方面碳化硅SiC、氮化镓GaN性能更出色。在5G通信、新能源汽车、光伏等领域头部企业逐步使用第三代半导体，瑞之辰等从业者认为成本下降有望实现全面替代。

行业资讯发布时间 : 2024-09-30

新能源汽车、5G手机，第三代半导体的“春天”

从固话通讯和燃油汽车，到5G智能手机和新能源汽车，电力电子产品已经成为了我们生活的一部分，而这一过程的转变都离不开宽禁带半导体——第三代半导体。第三代半导体具备着高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率等特点，因此被业内誉为固态光源、电力电子、微波射频器件的“核芯”以及光电子和微电子等产业的“新发动机”。

行业资讯发布时间 : 2024-08-28

爱仕特（AST）SiC碳化硅芯片及模块选型指南

目录- 公司简介和芯片/模块产品规则芯片模块参数含义和芯片/模块产品可靠性要求介绍

型号- ASC20N650MT3,ASC100N1200MD10,ASC700N1200,ASC800N1200,ASC12N650MT3,ASC100N1700MT3,ASC100N900MT3,ASC100N900MT4,ASC10N1200MT3,ASC5N1700MT3,ASC1000N900,ASC60N650MD8,ASC30N1200MT3,ASC30N1200MT4,ASC100N650MT3,ASC100N650MT4,ASC18N1200MT3,ASC60N1200MT4,ASC60N1200MT3,ASC20N3300MT4,ASC60N650MT3,ASC60N900MT4,ASC60N650MT4,ASC60N900MT3,ASC600N1200,ASC-60-N-650-M-T-4,ASC100N1200,ASC300N1200,ASC60N1200MD8,ASC100N1200MT3,ASC100N1200MT4,ASC8N650MT3,ASC5N1200MT3,ASC1000N1200

选型指南 - 爱仕特 - 2021/11/26 PDF 中文下载

泰科天润（GPT）SiC碳化硅芯片/SiC碳化硅二极管选型指南

目录- Company Profile SiC Chip/SiC Devices

型号- G3S06506D,GW3-S12050,G5S06505DT,G3S06506C,G3S06506A,G4S06508HT,G3S06550A,G5S12020B,G3S17020PP,G3S06510C,G3S06510D,G5S12020A,G3S12020A,G3S06506H,G3S06510A,G4S12020D,G3S12020B,GW1-S3300.6,G3S06510B,G5S12015P,GW3-S065100,G3S06505R,G3S06004J,G3S12003R,G5S06508AT,G5S06504AT,G5S06505CT,G3S06505C,G4S06515HT,G3S06505D,G5S12015A,G3S06505A,G3S12003A,G5S06510HT,G4S06515PT,G3S12003C,G5S12015L,G3S06505H,G3S12003H,G3S06504R,G5S06510PT,G3S06520L,G3S06520H,G5S12002R,GAS06540B,G3S06560B,G3506008J,G3S12002R,G3S06520P,G3S06504C,G3S06504A,G5S06508HT,G3S06516B,G5S06504HT,G3S12002A,G4S06515QT,G3S12002C,G3S06504H,G3S06520B,G3S12002D,G5S12010A,G5S06508PT,G3S06520A,G3S06504D,G3S12002H,G3S06503R,GWA-S06520,G3S06540PP,G3S065100P,G5S06506CT,G4S06508AT,GW3-S17050,G5S06505AT,G3S06503A,GW3-S12020,G3S12040PP,G5S06508QT,G3S06503H,G5S06504QT,G4S06510HT,G3S06503C,G3S06503D,G3S06530L,G5S12020H,GW3-S06550,G4S06510PT,G4S06515AT,G5S12020P,G5S06506DT,G3S06530P,G3S06502R,GW5-S12010,G3S06502A,G4S06510AT,GW3-S12010,G5S06505HT,G3S06502H,G3S17010A,GW5-S12015,G3S06530A,G3S06502D,G3S12040B,G3S06502C,GW3-S06520,G4S06510QT,G4S06508CT,G5S12008A,G5S06506AT,G3S17005P,GW3-S17010,GW5-S12002,G5S06510DT,G4S06515DT,GW3-S12002,GW3-S12003,GW3-S12005,GAS06520A,G3S17005C,GW5-S12008,G3S17005A,G3S12010H,GAS06520H,G3S06508R,G5S12010P,GAS06520D,G3S12010M,G3S17020B,GW3-S06530,G4S06508DT,G3S12010P,GAS06520P,G3S12010R,G3S12050P,GAS06520L,GW3-S33050,G4S06510CT,G5S06506HT,G5S06510AT,G3S06508D,GW3-S17005,G3S06508C,G5S12002C,G3S06508A,G5S12002A,G3S12030PP,G3S06540B,G5S12030B,G3S12010A,G3S12010B,G3S12010C,G3S12010D,G3S06508H,G3S06512B,GW1-S33001,GW1-S33002,G5S06510QT,G3S12005P,GW1-S33005,G3S06006J,G3S12005R,GW3-S06506,GW3-S06508,GW3-S06502,G3S06010J,GW3-S06503,GW3-S06504,G5S06508CT,GW3-S06505,GW5-S12020,G4S06510DT,G3S12005A,G3S17050P,G3S12005C,G3S12005D,G3S12005H,G3S06510M,GW3-S06510,G3S06506U,G3S06506R,G3S06510K,G3S06510L,G3S12020L,G3S06510H,G3S17010B,G3S17010P,G3S12020P,G3S06550P,G3S06510R,G5S06508DT,G3S06510P,G3S12020U

选型指南 - 泰科天润 - vol.02 - 2020/7/7 PDF 英文下载

【IC】爱仕特新款高可靠汽车级碳化硅功率模块DCS12，封装一次铸造成型，为高速发展的新能源汽车注入动力

深圳爱仕特科技有限公司推出新款汽车级碳化硅功率模块DCS12，旨在缩小半导体器件使用尺寸的同时，提高逆变器功率密度、可靠性、耐用性以及寿命周期，给高速发展的新能源汽车注入动力。

新产品发布时间 : 2023-06-22

爱仕特专注于第三代半导体碳化硅（SiC）MOS芯片设计、功率模块的生产制造及其基于SiC器件在新能源领域的应用系统开发方案，由武岳峰资本及国内多家知名投资机构投资数亿元，中国科学院及清华大学博士领军，数十位半导体行业资深人士共同组建的高科技技术创新性企业。公司已申请25项专利技术，采用6英寸技术已量产20余款650V~3300V全系列SiC MOSFET产品，可为客户提供整套应用解决方案。

SiC MOS芯片 SiC MOS模块

授权代理商 - 深圳市世强元件网络有限公司线上商城技术资料

展开

秒懂半导体封装技术——银烧结技术

银烧结技术，一种在300℃以下实现高可靠性连接的低温技术，正成为功率模块封装领域的焦点。该技术通过银颗粒间原子扩散实现互连，提供优异的导电和导热性能，满足高温应用需求。银烧结技术环保无铅，但面临设备和材料成本较高的挑战。随着技术优化，其在汽车电子、航空航天等领域有广泛应用前景。

技术探讨发布时间 : 2024-09-06

清华大学电子系党委书记看望昕感科技，期待未来在集成电路领域的合作交流

2024年7月17日下午，清华大学电子系党委书记沈渊带队前往无锡江阴调研北京昕感科技有限责任公司在江阴特色工艺晶圆厂，集成电路学院校友、董事长王哲参与考察接待并进行交流座谈。昕感科技期待未来更多与清华大学在集成电路领域的合作交流。

原厂动态发布时间 : 2024-08-08

昕感科技将携SiC器件、SiC功率模块以及电源模组方案亮相2024慕尼黑上海电子展

2024年7月8号-10号，慕尼黑上海电子展将在上海新国际博览中心隆重举行。昕感科技作为大功率器件及模组解决方案IDM厂商，将携SiC器件、SiC功率模块，以及电源模组方案亮相。最新推出的1200V/7mΩ、1200V/13mΩ SiC MOSFET将会现场展出。展位号: E3馆 3166。

原厂动态发布时间 : 2024-07-05

成都蓉矽半导体有限公司(NOVUS SEMICONDUCTORS CO., LTD.)成立于2019年，拥有一支掌握碳化硅核心技术的国际化团队，建立了材料、外延、晶圆制造与封装测试均符合IATF 16949质量管理标准的完整供应链，独立自主开发世界一流水平的车规级碳化硅器件。

碳化硅MOSFET 碳化硅MOSFET晶圆碳化硅MOSFET单管碳化硅二极管碳化硅EJBS晶圆碳化硅EJBS单管二极管栅控二极管晶圆 MCR单管肖特基二极管

授权代理商 - 世强先进（深圳）科技股份有限公司线上商城技术资料

展开

高压快充推动碳化硅SiC器件产业化：新能源汽车市场趋势与技术革新

随着全球新能源汽车市场的蓬勃发展，高压快充技术作为新能源汽车补能的主要解决方案，正逐步成为市场主流。凭借多年来在磁性元器件领域中积累的研发技术、生产经验，铭普已形成PFC电感、共模电感、电源变压器、PLC变压器和塑封逆变电感等系列产品矩阵且积极与碳化硅芯片公司合作。

行业资讯发布时间 : 2024-08-10

京能集团副总经理陈国高一行莅临参观昕感科技

5月30日上午，北京能源集团副总经理陈国高一行前往无锡江阴，对北京昕感科技有限责任公司在江阴在建的特色工艺晶圆厂进行了深入的调研和参观。此次考察旨在增进双方了解，并就相关产业技术进行交流。

原厂动态发布时间 : 2024-06-07

无锡市委常委、江阴市委书记赴昕感科技视察指导，合力推动功率半导体芯片项目建设

2024年6月14日上午，无锡市委常委、江阴市委书记许峰以市人大代表的身份，深入一线、现场视察，听取民意、汇集民智，不断开创江阴高质量发展新局面。昕感科技作为代表企业受到许峰书记一行视察指导。江苏昕感科技有限责任公司专注于功率半导体芯片的研发及产业化，产品广泛应用于新能源汽车、光伏发电等领域。

原厂动态发布时间 : 2024-06-26

蓉矽半导体碳化硅产品在车载充电机中的应用：已通过AEC-Q101测试和HV-H3TRB考核

为了提升充电效率，延长续航里程，800V高压平台成为主流选择。使用1200V碳化硅MOSFET对提升OBC功率密度、降低重量具有积极意义和显著效果。NOVUSEM自主研发的1200V 40mΩ SiC MOSFET NC1M120C40HT已顺利通过AEC-Q101车规级测试和HV-H3TRB加严可靠性考核，支持11kW/22kW大功率主流充电，适配目前OBC 800V高电压电池发展趋势。

应用方案发布时间 : 2024-07-20