市场 | 碳化硅助力吉利MPV闯入4秒俱乐部！

一直以来，极氪承担了吉利向高端市场突围的重任，极氪009是吉利的第二款碳化硅车型，第一款是smart精灵#1（4月份发布），这两款车都搭载极氪威睿的200kW SiC电驱动总成，其中的碳化硅模块由芯聚能供应。

该消息也在昨天上海的功率及化合物半导体会议上得到了芯聚能周晓阳周总的验证，据周总称，已经向该两款车型供货超过万余套碳化硅模块产品。未来在浩瀚平台上的多款车型仍有可能继续供货！

芯聚能SiC模块

 

芯聚能车规级SiC模块

芯聚能碳化硅模块的设计和可靠性

 

不久前，芯聚能应用芯聚能半导体应用高级经理肖鹏在行业会议上介绍到：碳化硅的优点很多，但在实际应用中，存在诸多挑战，首先碳化硅器件开启电压非常低，大概2~3伏左右，硅基可以到达7~8伏。我们设计拓扑的时候，上下桥臂容易产生上下串扰，对于驱动很有挑战。另一方面，功率器件开关速度非常快，表现在di/dt过高，能到接近两三万的等级。我们在设计开关器件的时候，整个系统的杂散电感一定会有，大概20~30nH左右，di/dt乘杂散电感就是电压应力，超过安全工作区可能就存在失效的风险了。
针对碳化硅模块的设计和可靠性。芯聚能主要从以下四点进行优化：
1、封装设计：
如用功率、热阻、损耗、杂散电感以及最高结温等等这些，来作为一个平衡指标进行模块的开发与设计。传统的IGBT可以用铝键合工艺，可靠性、功率循环次数可以达到四万次左右，对于碳化硅器件来说，碳化硅比较薄，表面非常硬，表现出来的就是碳化硅芯片是非常光滑的，所以用传统的铝/铜键合工艺无法把性能发挥出最好。
芯聚能会采用几种方案，一种是铜框架，第二种铝箔、铜箔的方案。这种方案好处在于，如果电机转速非常低的情况下，如果采用了Clip方案，它和芯片表面之间相当于很大的电容，这个电容会吸收结温波动，有很好的可靠性的效果。

2、封装工艺：
在验证和测试当中，我们发现，传统的芯片与陶瓷之间是通过焊锡连接的，焊锡测试过程中可能会产生分层，它可能会导致失效，成为失效的风险点。碳化硅采用了银烧结工艺，这种工艺有有压的，也有无压的，采用银烧结工艺一方面可以提高可靠性、寿命，另一方面可以减少热阻。
芯聚能在模块开发过程中，对于杂散电感的优化做了很多工作，踩了很多坑。我们以前也是从平面型的封装结构，到立体封装结构，同时从薄膜叠层，到铜排DBC叠层。
3、封装可靠性：
对于碳化硅来说，可靠性验证越来越严苛。原来硅基器件老化的时候可以按照125~150摄氏度，新型碳化硅器件可以达到150~200摄氏度。其次是振动条件，原有的硅基器件正常频率加速度，新型的碳化硅器件模块带驱动板，参考零部件频率加速度，原有硅基的循环寿命只是4~5万次，结温按照150摄氏度，新型碳化硅器件循环寿命可以达到5~6万次，甚至到10万次，结温在175摄氏度。
4、芯片可靠性：
在碳化硅材料上的缺陷，也可能引起失效的问题。标准的4H结构生长出来的衬底或者外沿，这是我们理想性的。很多文章写到，关于它的失效点，这个失效点典型的例子就是BPD，如果在功率循环或者在高低温循环做测试的时候，可能碰到它了，就会产生模块的失效。芯聚能会在芯片级做老化筛选，剔除老化的缺陷。