當前,第三代半導體中的碳化硅功率器件,在導通電阻、阻斷電壓和結電容方面,顯著優于傳統硅功率器件。因此,碳化硅功率器件取代傳統硅基功率器件已成為行業發展趨勢。
面對當前行業發展新趨勢,威邁斯等新能源汽車第三方零部件供應商如及時做出相應布局,將能率先搶占發展高地。
具體來看,不同于普通的硅基半導體功率器件MOSFET,不同品牌之間的第三代半導體功率器件MOSFET的參數差異大,可替代性較差,在實際應用中主要存在以下幾個方面的難點:
一是驅動控制敏感。第三代半導體功率器件MOSFET的柵極氧化層由于比傳統的硅基更薄,其表面的缺陷更容易造成器件可靠性問題。傳統硅基MOSFET驅動電平的設計范圍在±30V,對驅動的設計要求較低,而第三代半導體功率器件MOSFET的負向驅動電平普遍要求在-7V以內,驅動電平設計不合理會造成產品失效率大幅增加,進而造成產品質量問題,對應用該類器件的產品的驅動電路參數設計、電路布局設計提出了更高的要求。
二是瞬態熱管理難度大。第三代半導體功率器件MOSFET器件采用了更小的晶圓,使得器件的瞬態散熱要求更加嚴苛,傳統的熱設計和熱評估手段無法直接應用到該類器件上,需采用更加高效的散熱方式和專門熱評估手段,才能確保該類器件的可靠應用。
三是EMC電磁干擾問題更加嚴重。第三代半導體功率器件MOSFET由于結電容的減少,在降低開關損耗的同時,也帶來了更加嚴重的EMC電磁干擾問題,對應用該類器件的產品的電路布局設計技術、EMC濾波設計技術提出了更高的要求。
針對上述痛點,威邁斯通過針對第三代半導體功率器件出臺各項設計規范、測試規范,針對不同品牌的差異采用不同的參數和控制方式,形成了標準設計規范。
其中,在驅動控制敏感方面,威邁斯研究評估不同廠商的第三代半導體器件的參數,通過功率地和驅動地回路獨立控制的硬件電路設計解決功率回路中等效串聯電感對驅動電壓的影響;在瞬態熱管理方面,公司通過建立瞬態熱仿真模型、晶圓直接溫度標定等方法,獲得瞬態下的熱分布數據,并基于此數據形成系統級的瞬態熱管理策略;在EMC設計方面,為實現部件內部開關電磁干擾抑制的系統性優化,公司通過專利保護的EMC濾波器件以及主動EMC抑制技術,優化開關電磁干擾源頭,并通過優化高低壓布局、高低壓屏蔽,實現更優的開關電磁干擾路徑控制及耦合串擾抑制。
一系列的布局,使得威邁斯在第三代半導體應用領域中取得了亮眼的成績。據威邁斯IPO上市招股書披露,公司在11kW車載電源產品及40kW液冷充電樁模塊產品,成功應用第三代半導體功率器件MOSFET,并實現量產發貨,已于2022年實現銷售收入14,579.97萬元。
可以預見的是,依托先發優勢,威邁斯在第三代半導體應用市場的份額有望繼續擴大。
審核編輯黃宇
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