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动力装置是电动和混合动力电动汽车的关键元件。作为SiC功率器件的技术领导者之一，自2012年以来，Rohm一直为电动汽车制造商提供SiC功率器件。 罗门的使命是生产始终符合高可靠性标准的功率器件。这一理念使罗姆能够通过稳定增长的需求和与客户的密切合作，增加汽车领域的碳化硅业务。本文重点介绍汽车级SiC功率器件，包括它们的一些常见应用和可靠性数据。详细地，这包括SiC MOSFET和肖特基势垒二极管及其主要目标应用的概述，例如电池充电系统和动力传动系逆变器。我们特别关注器件的鉴定过程，包括可靠性测试的实验结果，如栅极氧化物可靠性，宇宙辐射粗糙度和SiC MOSFET的体二极管双极降解效应。 电动汽车（EV）的前景已经大大改善，将电动汽车转变为重要的主题。汽车制造商，工业公司和研究机构联合起来推动计划中的混合动力和电动汽车的大规模生产。在此过程中，新开发的电力电子系统也被集成到电动汽车中。由于汽车原始设备制造商要求的特殊要求，系统开发人员面临新的挑战。所需的空间，重量和效率起着重要作用。此外，整体系统成本和费用应保持较低，同时需要保证产品的顶级质量和可靠性。 为了将电动汽车成功整合到移动领域，需要克服技术障碍，以便能够突破现有限制的障碍。汽车制造商普遍认为，标准方法并不总能达到电动汽车的性能指标或满足所有设计限制。汽车的自主范围直接反映了动力传动系效率和能源管理系统。另一方面，诸如几百千瓦的高功率快速充电系统的公共基础设施系统必须在严格的尺寸和效率限制下操作。半导体材料SiC及其物理性质似乎具有满足这些新市场需求所需的所有潜力。 Rohm是SiC基功率器件的市场领导者，与汽车制造商的合作可追溯至2012年，其中包括SiC肖特基势垒二极管（SiC SBD）在电池充电系统中的应用。只有通过提供高可靠性和质量标准才能实现这一目标。在过去几年中，汽车市场需求的不断增长使得罗姆将重点转移到这个市场，旨在满足这一特定行业在各个方面的需求。很明显，新技术不仅带来改进，而且还带来许多问题。可靠性和质量等主题与它们获得的性能优势同样重要。在罗门，我们意识到这一点，并尽力在性能，技术创新和质量之间取得良好的平衡。 本文概述了我们的汽车级功率器件产品组合，其中包括SiC MOSFET和SiC SBD。本文的第一部分重点介绍我们的设备应用以及新的市场趋势。另一部分致力于选择与SiC MOSFET可靠性相关的实验结果。 图1：Rohm用于功率器件的内部集成制造系统 Rohm的内部电源设备开发 我们的内部集成制造系统可以确保我们的SiC功率器件的高质量标准，其中器件制造的每个方面都在我们的控制之下，参见图1.这开始于SiC衬底生产，其中高优质晶圆由原硅和碳粉制成。衬底是器件质量的关键元素，因为一些失效机制与低质量晶片中存在的材料缺陷直接相关。该生产步骤由我们的子公司SiCrystal在德国进行，SiCrystal是SiC衬底制造的市场领导者。高质量的衬底晶圆可以制造可靠和创新的功率器件，这是Rohm对SiC功率半导体技术发展贡献的核心。这已经通过分别在2010年和2015年成功引入SiC平面和沟槽MOSFET得到了证明。功率器件在第二步中作为裸芯片产品出售，或者作为分立器件或电源模块封装。分立器件可以在通孔技术（THT）中找到，也可以作为表面贴装器件（SMD），电源模块以工业标准的C和E型格式提供。我们对设备制造流程，质量控制和可追溯性系统的完全控制使我们能够识别和纠正生产链任何阶段可能出现的问题。分立器件可以在通孔技术（THT）中找到，也可以作为表面贴装器件（SMD），电源模块以工业标准的C和E型格式提供。我们对设备制造流程，质量控制和可追溯性系统的完全控制使我们能够识别和纠正生产链任何阶段可能出现的问题。分立器件可以在通孔技术（THT）中找到，也可以作为表面贴装器件（SMD），电源模块以工业标准的C和E型格式提供。我们对设备制造流程，质量控制和可追溯性系统的完全控制使我们能够识别和纠正生产链任何阶段可能出现的问题。 汽车级SiC功率器件 汽车应用中使用的元件必须符合比工业应用更高的资格标准。对于功率器件，标准AEC-Q101描述了分立半导体需要通过的压力测试，以获得汽车级认证。表1总结了Rohm符合该标准的SiC SBD和MOSFET产品组合。 表1：Rohm产品系列中的汽车级SiC功率器件，仅次于AEC-Q101 SiC SBD可提供不同封装和额定电流，适用于650V和1200V的电压。它们属于具有极低正向电压和漏电流的第二代产品，自2012年起用于汽车应用.SIC MOSFET可用于平面技术（第2代）和TO-247外壳的1200V电压等级。新的沟槽设备（第3代）目前正在进行资格认证。 电力设备的EV应用 导电充电 如图2所示，SiC器件在汽车应用中的首次使用与导电电池充电器中的SiC SBD有关，也称为板载充电器（OBC）。它们旨在提供一种简单的解决方案，通过标准的家用连接为汽车充电，因此在单相和11kW的三相交流输入配置（IEC 62196之后的模式1）中限制为3.6kW。可以构建传统的单相3.6kW OBC，如图3所示。在这种情况下，两级PFC由二极管桥式整流器和升压转换器组成。隔离式DC / DC转换器通常通过变压器初级侧的全桥转换器和次级侧的二极管桥实现。为了在PFC级实现最佳效率，650V SiC SBD已经用作升压二极管，因为Si器件会将开关频率限制在不需要的水平。随着效率水平的提高，OBC的下一个发展阶段包括用于PFC和DC / DC全桥开关的650V SiC MOSFET。将1200V SiC SBD用于输出整流器对于在高电压下工作的电池也是一种有吸引力的解决方案。作为即将推出的所有SiC OBC的参考，[1]中提出的系统使用1200V SiC MOSFET和3.1kW输出功率的SBD实现了超过95％的效率水平。 图2：汽车应用中SiC功率器件的潜力 图3：电动汽车充电系统的示例 无线充电 电动汽车的无线充电也是电池充电系统的一个有吸引力的解决方案，虽然连接的简易性转化为更高的系统复杂性和更低的效率，参见图3.SIC设备可以在这些转换器中发挥关键作用，其效率（> 90％） ）使用标准Si器件很难实现即将到来的SAE J2954标准中规定的85kHz工作频率要求。在[2]中提出的优化设计中，通过在50kW系统中使用1200V SiC MOSFET，可以估计大约94％的效率（交流电源到电池）。 动力传动系逆变器 动力传动系逆变器中使用的功率半导体经受高热和负载循环。它们必须具有高短路耐用性并且需要高额定功率。目前的解决方案主要基于Si IGBT，因为这种技术提供了高成熟度和低价格。然而，宽带隙技术在系统级别上的优势，例如体积减小和效率提高，正在转移人们对SiC MOSFET的兴趣，作为未来逆变器中Si IGBT的替代品，见图2.为了展示这一趋势，Rohm与之合作Venturi Formula-E团队，我们为全电动赛车的主牵引逆变器提供SiC SBD和MOSFET。本赛季有赛车配备Si IGBT和SiC SBD， 图4：使用SiC SBD技术改进Formula-E赛车的动力传动系逆变器的性能和尺寸减小 |
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