碳复合材料半导体技术对电力模块的发展趋势

事实上，除了消费电子行业寄予厚望的氮化镓之外，第三代半导体材料的另一个关键商品碳碳复合材料(SiC)的室内空间更为广阔。在他看来，新能源汽车有望充分发挥第三代半导体材料的特点。第三代半导体材料的整个产业链敲响了组装号。

今年年初，华为发布的ADS804E氮化镓(GaN)快速充电器，引爆了第三代半导体材料的定义。事实上，除了消费电子行业寄予厚望的氮化镓之外，第三代半导体材料的另一个关键商品碳碳复合材料(SiC)的室内空间更为广阔。得益于新能源汽车领域的快速发展趋势，氮化镓的商业应用将爆发大爆炸。

全球新能源汽车销售市场不断升温。

近日，国务院发布了《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(以下简称《规划》)。“现阶段，我国新能源汽车总拥有量居世界第一，动力锂电池销量也居世界第一。”中国汽车工业协会副主席许彦华表示，中国将尽一切努力保持目前在纯电动汽车行业的领先优势。

许彦华表示，现阶段新能源汽车和新车在中国的销售份额约为5%。从规划来看，2025年新能源汽车和新车的销售份额将达到20%。预计2035年，新能源汽车将在新市场普及，公共出行全面电气化完成。到那时，中国新能源汽车的数量将超过1亿辆。

除了中国新能源汽车产业链的快速发展趋势，世界各地都在努力追赶。“中国新能源汽车产业链运营规模连续五年位居世界第一。2019年，中国新能源汽车销量占全球销售市场销量的53%。”中国教育部工程项目研究院首席科学家、哈尔滨理工大学专家教授蔡威表示:“然而，根据2020年1月至7月的数据，这一比例已大幅降至39%。这是因为近年来，法国、荷兰和美国等欧洲国家的新能源汽车销量保持了70%以上的同比增长。”

纵观世界，汽车机动化的趋势早已不可避免。许彦华表示，在欧洲，严苛的碳排放政策和法规正在推动欧洲汽车行业加快电气化步伐。随着政策支持的增加和产业发展合理布局的加快，欧洲纯电动汽车的销量明显增加，并迅速小于中国。

许彦华进一步强调，在美国的奥巴马时代，英国的纯电动汽车推动了整个世界的发展趋势。拜登执政后，英国可能会回到巴黎协定。因此，大力推广新能源汽车控制空气污染，将成为拜登执政时期和英国后肺炎时期改造和发展经济发展的重要举措。

碳碳复合材料是提高新能源汽车能耗水平的重要因素。

电驱动系统软件可谓新能源汽车的“心血管系统”。在蔡威看来，电驱动的关键部件强，新能源汽车产业链强；功率半导体产业链强，电机驱动更有竞争力。

蔡威强调，碳碳复合功率半导体是第三代宽带隙半导体材料之一，具有高饱和电子器件速度、高热导率、高电子密度和高电子密度的特点。碳碳复合部件具有耐热、高效、高频的特点，是进一步提高电机驱动器功率和效率的重要因素。

“利用碳-碳复合部件的耐热、高频、高效的特点，是提高新能源汽车电机驱动器功率和效率的有效途径。”中科院焊工研究室负责人温旭辉地产的观点与蔡威相同。

肖鹏汽车动力系统管理中心IPU硬件配置资深权威专家陈宏认为，碳碳复合材料的技术应用与车辆里程的提高有着千丝万缕的联系。他表示，功率半导体广泛应用于新能源汽车，包括车载充电器、中央空调、逆变电源、交流/交流转换器和辅助电气设备。与硅基IGBT(绝缘栅双极晶体管)功率半导体相比，第三代半导体材料碳碳复合MOSFET(氢氧化物半导体材料场效应晶体管)具有耐热性、功耗和耐高压的特点。使用碳碳复合材料后，电机逆变器的高效率可提高4%左右，整车里程将提高7%左右。

江苏宏伟科技发展有限公司老板赵称新能源汽车为“第三代半导体材料的最佳应用领域”。在他看来，新能源汽车有望充分发挥第三代半导体材料的特点。

第三代半导体材料的整个产业链敲响了组装号。

经过多年的发展趋势，我国新能源汽车驱动电机行业取得了长足的进步。据蔡威详细介绍，从全球硅基IGBT功率半导体控制板的各种重要性能指标来看，中国产品在功率和高效率方面与国际同行非常具有可比性。2019年，中国90%以上的新能源汽车选择了独立驱动电机，并完成了大量出入口。

众所周知，在第三代半导体材料的新跑道上，功率半导体现阶段在中国仍然处于劣势。蔡威表示，如果碳碳复合材料要得到很好的利用，中国还必须面对一系列技术挑战。例如，为了充分发挥其耐热的优势，需要选择高结温控制模块的设计方案，而这种设计方法需要应用耐热且高度可靠的封装原材料。

他强调，中国碳碳复合独立集成电路和独立原材料处于发展趋势，但与国外优秀技术和商品仍有显著差异。目前，中国科学院电焊机研究所、株洲CRRC、上海电气传动企业等中国企业正着力于碳碳复合控制板的产品研发，并取得了可喜的进展。但遗憾的是，大批量生产的搭载碳碳复合材料的新能源汽车并没有中国货的影子。

陈宏表示，虽然第三代功率半导体有很多优势，但在中国的销售市场和技术发展趋势中也面临许多挑战，如元件成本增加、合格率低、高频信号干扰高于硅基IGBT、制造和封装难度系数较大等。碳-碳复合半导体技术对功率模块的封装有更高的要求，因此该技术正朝着耐热、大功率、低杂散电感和高可靠性的封装路径发展。

文旭辉地产还表示，虽然碳碳复合控制板的功率大幅提升，损耗显著降低，但快速切换带来的干扰信号问题同样突出，因此宽屏干扰信号的预测分析和高密度干扰信号的滤波是未来行业分析的关键之一。

“现阶段碳碳复合部件的价格还是很高的。”上海电驱股权有限公司总经理张表示:“但随着碳碳复合产品在特斯拉Model3和比亚迪汽车‘韩’上的大规模应用，后申请流程无疑将加快。2~3年后，大家在销售市场上会看到越来越多使用碳碳复合产品的新能源汽车。”

新能源汽车和第三代半导体产业是相互依存、双赢的。蔡威呼吁第三代功率半导体的原材料、集成电路和封装经销商采取紧急行动，尽快提高开发、设计和产业发展水平，从而增强下一代国产功率半导体的全球竞争力。