2019全球未来出行大会|深圳基础半导体有限公司总监彭裔天：新一代大功率充电设施核心技术—— 碳化硅功率器件

为更好地推动全球范围的跨界协同，理清出行公司、汽车公司、城市等各个主体在未来出行生态中的角色，讨论未来出行方式、出行科技、交通结构、交通战略会发生的重大变化以及整个行业将面临的机遇与挑战，中国电动汽车百人会组织举办2019 全球未来出行大会，以推动出行生态变革、转型创新和国际协同，迎接出行革命。以下为深圳基础半导体有限公司总监彭裔天演讲内容实录：

尊敬的各位领导各位嘉宾大家下午好，下面我代表我们给大家介绍一下碳化硅功率器件在功率充电设施里面的应用。今天汇报有四个部分，先给大家介绍一下我们公司的情况，然后再介绍一下碳化硅器件的发展，接着看看碳化硅器件在目前车载电源里面的替代，然后再到后面充电桩里面的替代给到大家。、

首先是基本半导体的介绍，我们成立合资公司做碳化硅器件，这是基本半导体公司名称的由。同样基本半导体是深圳第三代半导体联盟的发起单位，与清华大学共建第三代半导体的研发中心，这就是我们基本半导体的发展历程，我们的技术团队从1993年代开始有碳化硅器件相关的研究开发，2000年开始做碳化硅，2009年青铜剑科技成立，2011年代成立Ascatron研发3Dsic，2016年基本半导体成立。我们公司团队由2016年海归归来的团队创立，目前有十多位博士针对碳化硅材料的制备、芯片设计、制造工艺、封装测试、驱动应用不同环节的应用，这是我们的管理团队。汪总、和总清华大学毕业到剑桥大完成博士学位，我们产业布局，我们在深圳，研发中心总部，包括器件封装在深圳，瑞典作为海外研发中心，我们在产业链布局这块在南京今年建立外延制造工厂，在北京和一家国企合作建立碳化硅经营线，日本作为我们汽车级的研发中心，在日本的名古屋。这是参与设立第三代半导体研究院，针对第三代半导体应用开发做一些工作。

接下来给大家讲一下碳化硅器件的发展趋势，这一页给大家介绍一下碳化硅的特点，参数上看，碳化硅比传统的硅器件有更好的特性，更好的热导率，还有更好的电子饱和漂移速率，还有宽的禁带宽度，可以更高效，介电常数可以有更高的功率密度，高频、高温、高效、高压优势是下一代半导体功率器件发展方向。

这一页介绍一下碳化硅产业链，第一部是碳化硅粉末经过碳化硅单晶生长出碳化硅晶锭，经援切磨抛生成碳化硅衬底，外延生长，形成外延片再进行精炼工艺最后得到碳化硅晶圆，然后去封装厂封装成模块器件，最终客户做泵一些系统应用。这页列举一下世界主流碳化硅器件厂家很多大概20多家。

这页是碳化硅的利用率，目前主要利用在600伏以上的企业，未来也会针对白色家电、轨道交通、国防军工都有相应的应用。碳化硅器件目前市场容量，年化增长率超过30%，2027年市场容量达到120亿美金，从这个图里面大家可以看出来针对电动汽车和混合动力汽车的增长份额76%，充电基础设施会增长101%，光伏和传统的电机驱动增长不是很大。

碳化硅典型应用就是电动汽车，三个部件用到碳化硅器件，车载OBC、DC/DC变换器还有DC/AC主逆变器。OBC和变换器已经在使用，主逆变器是特斯拉在使用，大众保时捷这些都有计划在2024年要批量碳化硅驱动。我们公司目前提供的碳化硅产品主要就是二级管和MOSFET，二级管600V-1700V，1200V碳化硅MOSFET进入小批量量产阶段，提供包括碳化硅驱动在内的整套解决方案。这是封装规划，标准的器件针对电源应用类，针对电机控制主驱这块，当中还有一些针对充电设施这块的充电桩模块的应用，还有传统电源上60mm封装应用，这是产品列表，二级管系列650V到40A，碳化硅MOSFET163规格已经开始批量了，目前40A在供应样品阶段。

我们在碳化硅二级管有独特的外延技术，实现更低的漏电流，达到更高的耐高温这块，更好的电流能力。这是我们1200V二级管为例，修改颜色是公司产品。整体性能比较优异。我们2018年10月份发布我们国内首款的碳化硅MOSFET器件。我们的MOSFET在短路性能做了一些优化，可以做到6微秒的耐量，同等情况下进口4微秒就失效了，我们做了一些工作研发。

这一页展示了我们120片样片通过一千小时可靠性测试全部通过。

下面讲一下碳化硅器件在车载电源的替代，这个就是目前车载电源里面DCDC电源拓扑，为了应对未来自动驾驶对车载电源的需求，比如说车上的各种传感器，耗电设备激增，还有自动驾驶计算能力需要更多的电力要求，我们对电源要集成度更高，同时也要适用于电池电压要提升，还有更高的功率密度。在这种趋势下，碳化硅器件取代传统硅器件成为首选。对于车载充电OBC设备需求，像双向车载OBC电源拓扑，这个电池容量现在为了应对续航里程在不停增加，提高电池的电压，对外放电的功能，对车载充电设备都提出新的要求，还有充完一次电4、5小时现在大家都想要更快一点，比如2个小时充满，对充电功率提出新的要求，碳化硅器件替代原来硅器件，把充电OBC做得更大一点的功率。

这张总结一下车载电源的趋势，车载DC/DC应对不同的自动驾驶需要更大的电源功率，目前可能会发展到24V比较大的电压平台，功率1.5千瓦、2千瓦可能会到3千瓦这样的等级，主流拓扑这个MOS为了应对一些更高的电池电压的需求，需要用到碳化硅MOS高耐压的。OBC目前在跑的乘用车搭载都是3.3千瓦，现在新的搭载6.6千瓦，对于车厂提出要求要11千瓦或者22千瓦，碳化硅MOS取代硅的MOS实现双向逆变的流向，现在多合一可能OBC和车载电源包括配电盒会做成多合一合在一起更小的体积。

下面讲一下我们碳化硅器件在充电桩的代替。上面是传统600V的功率器件，用的器件非常多，开关频率在100KHZ-150KHZ，我们提升效率把这个将四下来，还有功率密度，开关频率提高以后，我们相应器件的体积都缩小，效率也在提升，前面大家都提到充电功率总的需求量越来越大，我们效率提升也会带来充电功率的节约，对电动的节约都是非常有利。充电桩大功率传统很复杂，器件很多，我们碳化硅器件可以说简化整个拓扑结构，把器件减小下来。

总结一下我们特点，碳化硅器件有良好的材料特性，是下一代高速高效高压功率半导体的理想材料。碳化硅损耗适合高频的应用，碳化硅器件把整个电路拓扑结构复杂，提升效率提升功率密度，为节能减排作出贡献，为未来出行提供高效解决方案，我今天演讲到这里，谢谢大家。

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