碳化矽技術促進汽車全電動化

作者 : Majeed Ahmad,EDN主編

透過近期市場進行的兩筆交易協議,使得人們更加關注在向全電動車轉化的過程中,SiC技術發揮的重要作用…

Wolfspeed (以前的Cree)近日與通用汽車(GM)達成了供應鏈協議,為其電動車開發並生產碳化矽(SiC)半導體,從而開啟了其品牌重塑歷程。2021年8月,Wolfspeed以8億美元延長了與意法半導體(STMicroelectronics)的多年協定,為其供應150mm SiC裸晶圓和磊晶片。

這兩筆交易使人們更加關注在向全電動車轉化的過程中,SiC技術發揮的重要作用。Yole Développement電源與無線部門主管Claire Trodec表示,在每輛電動車中,SiC功率元件可以為汽車製造商節省的電池成本高達750美元。

Cree早先出售了其LED業務,在更名為Wolfspeed之後(Wolfspeed是之前Cree的一個部門),現押注於SiC功率元件。該公司執行長Gregg Lowe指出,「這才是我們要做的事,」他認為SiC技術將推動下一代功率元件的發展。

從2022年初開始,總部位於北卡Durham的Wolfspeed將在其位於紐約州Marcy的200mm晶圓廠生產SiC功率元件。其Mohawk Valley Fab投資達10億美元,將是世界上最大的SiC生產線。

現在晶片短缺已成為全球的熱門新聞,而Wolfspeed幾年來一直在努力提高SiC的產能。意法半導體也預計到IC供應鏈會中斷。在晶片短缺之前,意法半導體就提前簽下了長期的SiC晶圓交易協定,以填補供需缺口。除了與Wolfspeed簽訂SiC晶圓供應協議外,這家法意晶片製造商還與晶圓製造商SiCrystal簽署了類似的協定。SiCrystal是Rohm旗下公司,總部位於德國紐倫堡。2019年,意法半導體收購了瑞典SiC晶圓製造商Norstel,啟動了200mm晶圓的研發工作。

與此同時,其他SiC廠商也一直在尋找晶圓供應商,以滿足未來電動車設計對SiC元件的需求。例如,德國晶片製造商英飛凌在2017年試圖收購Cree的Wolfspeed業務,收購失敗之後,與Cree簽署了一份供應SiC晶圓的多年協定。英飛凌還接觸了日本的晶圓製造商Showa Denko K.K.,以獲得其SiC材料和磊晶技術。

英飛凌當時就預計SiC元件將在未來五年內以每年40%的速度成長。事實上,正是SiC元件在400V~800V及以上電壓範圍電力推進系統中的廣泛採用,吸引了各大廠商的積極參與。

真可謂塞翁失馬,焉知非福。

供應商並不清楚還將出現更嚴峻的產能緊縮。也許正如英特爾(Intel)前CEO Andrew Grove所說:「只有偏執狂才能生存。」

 

圖1:特斯拉Model 3逆變器由24個電源模組組成,每個模組都包含兩個SiC MOSFET。

 

以意法半導體和電動車製造商特斯拉(Tesla)之間的合作為例,特斯拉在2018年推出的Model 3中率先採用了SiC元件。據報導,Model 3牽引馬達功率模組中的SiC元件就是意法半導體提供。System Plus Consulting提供的拆解報告顯示,該功率模組中包含意法半導體的SiC MOSFET (圖1)。

進入2021年,儘管晶片短缺嚴重破壞了汽車製造商的供應鏈,但意法半導體與特斯拉的SiC供應協議卻似乎未受影響。

歸根究底,SiC元件非常適合用於電動車電源設計。除了牽引逆變器,SiC元件還可用於車載充電器和DC/DC轉換器。例如,意法半導體與雷諾-日產-三菱聯盟和中國電動車製造商比亞迪也有合作,為其車載充電器提供SiC元件。

(參考原文:SiC Technology Powers the Shift to an All-Electric Future,by Majeed Ahmad)

本文原刊登於EDN China 2021年12月刊

 

 

 

 

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