从产业发展角度来看，新能源汽车已经进入了全面市场化拓展期，整个市场对于功率器件尤其是碳化硅（SiC）功率芯片的需求极为迫切。为此，各国政府、机构相继出台了各项政策措施，引导和推动SiC功率芯片产业的良性发展。另一方面，英飞凌等国际头部企业也纷纷扩大产线，不断增加扩能。

尽管如此，从短期看，SiC功率芯片缺芯问题依然严峻，同时国内电驱用SiC功率模块主要采用国际芯片品牌，未来3年这类芯片缺芯压力非常巨大；而国产SiC功率芯片目前主要是以车规级电源类应用为主，因此在电驱领域的规模化应用急需加快。

日前，中国一汽研发总院功率电子开发部部长赵永强谈了他对下一代车用碳化硅技术的看法。他认为，碳化硅正在成为电驱系统提升比功率效率以及降低电驱系统重量的核心器件，国产碳化硅功率芯片要想真正实现国际领先，需要全产业链共同合作，在迭代试错中谋求发展。

电驱系统碳化硅首当其冲

从功率器件产品技术路线来看，随着用户对更长续航里程、更短充电时间以及更低里程成本的需求，功率系统正在向高集成、高效率、高可靠、耐高温等方面发展，从而驱动了功率器件在芯片设计、晶圆制备以及模块封装方面的持续变革，因此，大尺寸晶圆制备技术、高密度功率芯片技术，以及功率模块封装技术已成为当前的研究重点。

相比硅基半导体，碳化硅基半导体具有更小的尺寸、更低的损耗、更高的开关频率、更高的耐温能力。这些优势使其成为电驱系统提升比功率最高效率以及降低电驱系统重量的核心器件，也为解决电动汽车高效节能、高功率密度、快充应用及舒适静音提供了良好的路径。

目前，国外众多车企包括BBA（奔驰、宝马、奥迪）等通过应用碳化硅技术在充电时间及续航里程方面取得了较好的成果；国内的比亚迪、吉利、蔚小李等企业也通过应用碳化硅技术取得了良好的效果。

传统开发模式正被颠覆

当前，采用碳化硅技术的电驱系统的峰值功率已逐步逼近300千瓦，最高转速已超过2万转，重量逐步控制在90公斤以内。在赵永强看来，在SiC开发过程中整车厂与半导体企业的关联性越发紧密，双方长期维持的“间接接触、订单拉动、串行开发”的开发模式已不适应现在新能源汽车的开发需求。

具体表现在，半导体企业开发的标准半导体产品要么无法满足新能源整车厂首发首创的技术需求，要么定制品无法赶上新能源汽车24个月，甚至更短的开发周期。因此，整车厂日渐主导产品需求定义，构建功率器件的设计和仿真能力，并以数字化手段准确传递自己的设计需求，与半导体企业联合开发工艺，解决规模化生产与应用的问题，这已成为行业的首选开发模式。

还有少数半导体企业的目标是实现从芯片设计、工艺研发、模块开发、模块生产、系统开发的全链路掌控，以达到规模化低成本的应用目标，赵永强认为，总体来讲这种模式的成功比较难。

为什么先进电驱系统需要碳化硅？

实际上，从整车应用来看，先进电驱需求是一种牵引，需要开发低杂感、低热阻、高集成、高可靠的功率模块，包括低损耗、高载流、高可靠、高智能的功率芯片。赵永强表示，先进电驱系统对碳化硅技术的需求包括以下五个方面。

首先是围绕高集成、高密度、低损耗、高耐温设计原则的高功率密度功率模块设计，依托数字化、虚拟设计环境，在多芯片并联均流技术（采用非线性优化控制均流方法）、基于铜平面互连的功率模块设计（寄生参数小、通流能力强、额外导热路径、设计自由度高），以及高可靠性设计（焊点优化设计、抗温度冲击设计、烧结纳米银设计）等方面有所突破。

在功率器件仿真方面，利用低载荷互连、高可靠连接技术，有效完成功率器件的结构和工艺设计，在此基础上，通过搭建电热力磁耦合的虚拟仿真平台，追求最佳性能实现方案，从而有效驱动功率模块的结构和工艺开发。

三是通过控制板与驱动板的一体化设计减少排线连接，在提升系统可靠性的同时，通过集成对流传感器、高压备份电源来提升整个系统的集成度。具体包括：用NVH全域深度变频优化效率；结合可靠性与效率要求设定并优化死区时间，减少谐波带来的系统效率降低问题；优化开关速率，实现逆变器全功率段最优系统效率。

四是采用高速高频化设计，包括基于碳化硅的高速电机本体结构设计；采用高可靠的高频开关和高效率的高频驱动设计技术；同时通过搭建正向EMC仿真体系，利用结构、电路、EMI滤波等多种手段提高系统的EMC性能。

五是高可靠性设计，针对高电压尖峰所带来的高压电应力疲劳损伤，以及多相间界面兼容可靠性等问题，采用电机绝缘设计以及高速、高压、高频轴承等技术。

下一代车用碳化硅技术思考

调研发现，目前30千瓦以下的功率模块封装主要使用碳化硅器件，180千瓦以下主要采用标准框架式灌封封装技术，而180千瓦以上逐渐开始采用塑封工艺技术。

在赵永强看来，在功率模块封装结构方面，围绕低杂感、低热阻的设计需求，封装的形式正在从框架式到塑封半桥，再到分体式塑封全桥，进而到一体化塑封全桥方向发展。

冷却形式在从间接冷却到直接冷却方向发展，目前行业内单面水冷和双面水冷呈现技术路线并行，但是由于单面水冷没有表现出更好的产品性能，对电驱系统的设计也有明显的影响，因此，双面直冷封装目前是整个行业的主流趋势。

从功率电子器件连接来看，最早是采用螺栓方式，后来是激光焊接，再到超声焊接发展，而键合形式也从最原始的铝线键合发展到铜线键合，以及最后的柔性无线键合方式。

从模块封装工艺看，围绕高强度、高可靠、强散热需求，密封工艺也从最早的硅凝胶灌封形式到环氧树脂灌封，再到环氧树脂塑封，芯片贴装工艺也从早期的焊接式到现在的银烧结工艺。同时，衬板材料正在从最早的氧化铝DCB发展到现在的氮化硅AMB衬板。

再来看功率芯片的发展，碳化硅芯片结构呈现了平面栅与结构栅结构并行的趋势，凭借其工艺简单、良率较高，平面栅型结构目前是行业尤其是国内工艺的首选。在芯片可靠性方面，行业围绕高均匀外延制备技术、高可靠栅氧制备技术也进行了集中攻关，产品的性能和可靠性不断提升。

赵永强强调，如何围绕整车厂的需求，将整车厂需要的功能、性能和可靠性需求转化为芯片的静态特性优化、动态特性优化、终端优化以及集成优化，已成为当前制约碳化硅半导体技术应用的关键。

此外，针对碳化硅功率模块的测试技术，围绕电驱系统应用及失效模式分析需求，行业需要以AQG324标准为基础，开发针对碳化硅的新的测试方法、新的测试设备和相应测试技术，以推动碳化硅功率模块的有效认证和验证，真正实现“功能定义半导体”。

整车、零部件、原材料全产业链合作

赵永强总结道，首先，碳化硅技术是新能源汽车电驱的主要驱动力，当前电驱领域仍是硅基半导体和碳化硅基半导体并行，随着碳化硅技术的不断成熟，成本不断降低，在高端纯电动汽车中碳化硅基半导体有望逐步取代硅基半导体。

第二，碳化硅仍处于汽车应用的起步阶段，当前芯片技术、模块技术、工艺材料、相应的制备、芯片老化技术仍然有很大提升空间。

第三，半导体开发需要与整车需求深度结合，由整车厂主导产品定义，以数字化手段传递整车厂的设计需求，充分发挥各自优势，与半导体企业联合开发工艺，解决规模化生产问题，从而实现首发首创的半导体产品和规模化应用。

第四，碳化硅半导体的成本和良率仍然是制约大规模应用的关键。因此，不断提升碳化硅功率器件生产制造的良品率，满足车规级量产质量要求尤为关键。

第五，车辆应用碳化硅属于系统工程，国产碳化硅功率芯片要想真正实现国际领先，需要整车、零部件、原材料生产企业全产业链共同合作，在迭代试错中不断发展，从而有效支撑我国新能源汽车领先国际。