不同下游应用对SiC功率器件技术路线的偏好,主要取决于其对导通电阻(RonA)、可靠性和成本的权衡。总体而言,EV逆变器更倾向于沟槽栅(Trench)结构以追求极致能效,而充电桩和光伏逆变器对平面栅(Planner)结构的接受度更高,因其在可靠性与成本上更具优势。
EV逆变器:沟槽栅为主,但可靠性是瓶颈
新能源汽车的EV逆变器对功率密度和能效要求极高,因此对导通电阻(RonA) 非常敏感。根据【官方资料】中罗姆(Rohm)的数据,沟槽栅SiC MOSFET在1200V下的RonA为4.1mΩ·cm²,而平面栅为8.2mΩ·cm²,沟槽栅的能效优势明显。这使其成为追求更长续航的EV逆变器的首选技术路线。
然而,沟槽栅的氧化层脆弱性是其在车规应用中的核心瓶颈。资料明确指出,沟槽结构会让氧化层变得很脆弱,能否达到车规要求,还得看工艺的进步。虽然英飞凌声称其结构做了很多可靠性测试,但作为碳化硅领域的后来者,仍需参考车厂的验证。例如,特斯拉早期的Model 3召回事件,就曾被怀疑与碳化硅衬底一致性导致的参数漂移有关,这凸显了高可靠性对车规器件的重要性。
充电桩与光伏逆变器:平面栅更受欢迎
与EV逆变器不同,充电桩和光伏逆变器对成本更为敏感,且对可靠性和寿命的要求各有侧重。平面栅SiC MOSFET由于工艺相对成熟、成本较低,在这些场景中更受欢迎。资料指出,目前克里(Cree)、意法半导体(ST)和安森美(ON)的产品主要是平面型,而罗姆和英飞凌的产品是沟槽型。
对于充电桩,其工作环境相对固定,对器件动态损耗的敏感度低于EV逆变器,因此平面栅的性价比优势更为突出。对于光伏逆变器,其对器件长期寿命要求高,两种路线均有应用空间:平面栅凭借成熟工艺保障可靠性,而沟槽栅则能在更高功率密度场景中发挥能效优势。资料中提及,国内厂商目前主要聚焦于IGBT和碳化硅二极管领域,而碳化硅MOS管仍是蓝海市场,这也侧面说明平面栅MOS管在成本敏感型应用中仍有广阔空间。
常见问题
沟槽栅SiC MOSFET一定会取代平面栅吗?
不一定。虽然参照IGBT的历史,沟槽型是终极目标,但碳化硅沟槽栅的可靠性问题仍需时间解决。目前两者在市场上是互补关系,平面栅在成本敏感型应用中仍占主导。
特斯拉在逆变器中用了哪种SiC技术?
特斯拉Model 3的逆变器使用了TPAK封装的碳化硅模块,其芯片主要来自意法半导体(ST)的平面栅产品。资料显示,特斯拉的碳化硅合作伙伴是意法半导体,而意法的大部分衬底来自Wolfspeed(Cree)。
国内厂商在SiC MOS管领域的现状如何?
国内厂商目前主要能生产碳化硅二极管,而工艺要求更高的MOS管仍是蓝海市场,主要由海外厂商主导。资料指出,国内企业如比亚迪和斯达,采购海外晶片后自行封装,但封装成成品阶段,大部分厂商对MOS管无能为力。