豐田電裝大舉進軍碳化硅

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2022-03-17 09:12:57 7

在去年十二月，電裝宣布，作為其實現低碳社會努力的一部分，其配備了高質量的碳化硅 (SiC) 功率半導體的最新型號升壓功率模塊已開始量產，并被用于于2020 年 12 月 9 日上市的豐田新 Mirai 車型上。

在介紹中，DENSO表示，公司開發了 REVOSIC 技術，旨在將 SiC 功率半導體（二極管和晶體管）應用于車載應用。他們指出，碳化硅是一種與傳統硅（Si）相比在高溫、高頻和高壓環境中具有優越性能的半導體材料。因此，在關鍵器件中使用 SiC 以顯著降低系統的功率損耗、尺寸和重量并加速電氣化引起了廣泛關注。

2014 年，DENSO 推出了一款用于非汽車應用的 SiC 晶體管，并將其商業化用于音頻產品。DENSO 繼續對車載應用進行研究，2018 年，豐田在其 Sora 燃料電池巴士中使用了車載 SiC 二極管。

現在，DENSO 開發了一種新的車載 SiC 晶體管，這標志著 DENSO *將 SiC 用于車載二極管和晶體管。新開發的SiC 晶體管在車載環境中提供高可靠性和高性能，這對半導體提出了挑戰，這要歸功于 DENSO 獨特的結構和加工技術，應用了溝槽柵極 MOSFET。搭載SiC功率半導體（二極管、晶體管）的新型升壓功率模塊與搭載Si功率半導體的以往產品相比，體積縮小約30%，功率損耗降低約70%，有助于實現小型化。升壓電源模塊，提高車輛燃油效率。

DENSO 表示，公司將繼續致力于 REVOSIC 技術的研發，將技術應用擴展到電動汽車，包括混合動力汽車和純電動汽車，從而助力建設低碳社會。

近日，DENSO 在一篇新聞稿中指出，功率半導體就像人體的肌肉。它根據來自 ECU（大腦）的命令移動諸如逆變器和電機（四肢）之類的組件。車載產品中使用的典型功率半導體由硅 (Si) 制成。相比之下，碳化硅在高溫、高頻和高壓環境中具有*的性能，有助于顯著降低逆變器的功率損耗、尺寸和重量。因此，SiC 器件因其加速車輛電氣化而受到關注。

電裝指出，與采用硅功率半導體的傳統產品相比，采用公司碳化硅功率半導體的升壓功率模塊體積縮小了約 30%，功率損耗降低了 70%。這就可以讓產品變得更小，車輛燃油效率得到提高。

電裝工程師也表示，與硅相比，碳化硅的電阻低，因此電流更容易流動。由于這種特性，一個原型 SiC 器件被突然的大電流浪涌損壞。為此電裝的多部門合作討論如何在充分利用 SiC 的低損耗性能的同時防止損壞市場上的設備，并以一個我們部門無法單獨提出的想法解決了這個問題：使用特殊的驅動器 IC 高速切斷電流。

碳化硅專利：電裝排第五

據日經報道，日美企業壟斷了新一代半導體材料碳化硅（SiC）相關專利的前5位。從事專利分析的日本Patent Result公司的統計顯示，涉足碳化硅半導體基板的美國科銳（Cree)排在首位，第2～5位是羅姆和住友電氣工業等日本企業。

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根據截至7月29日發布的美國專利數據，通過數量和關注度計算了分數。碳化硅被用作替代現有的硅半導體基板材料，有助于提高功率半導體的性能和節能化。在純電動汽車（EV）和光伏發電系統的逆變器等領域，碳化硅的應用范圍不斷擴大。在脫碳化社會之下，需求有望擴大。

Patent Result的分析顯示，排在首位的美國科銳在碳化硅基板和結晶化的專利方面具有優勢。第2位的羅姆和第5位的電裝在降低電力損耗方面有優勢，第3的住友電工強于碳化硅的結晶結構，第4的三菱電機在半導體器件結構方面有優勢。

電裝還有更遠大的目標

在2019年，豐田與電裝聯合宣布將成立一個新的合資企業。新公司主要研發下一代車載半導體技術。他們將目光投向了能夠挑戰SiC（碳化硅）和GaN（氮化鎵）的功率半導體氧化鎵、金剛石。

通過對產品基本結構和加工工藝的深入研究，新合資公司將致力于面向用于電動車輛的功率模塊、或是用于自動駕駛車輛的外圍監控傳感器等電子元件的先進前瞻技術開發。

作為全球鮮少能夠自產IGBT的整車廠，豐田與富士電機、三菱電機、電裝深入合作。電裝，入股英飛凌，與京都大學創辦的一家科技初創公司FLOSFIA合作，加強車載半導體產品的開發和應用。他們都在投資和開發新一代功率半導體器件，減少和降低用于電動汽車的功率模塊的成本、尺寸。

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