比亞迪半導體的功率器件的升級和推廣應用，會是我們見證的最好的成長故事之一。
如果說十年四代IGBT晶片的開發，是自主半導體縮小與外資差距的一個過程，到SiC MOS的研發和和應用，就站上了同一賽道。
新賽道對於入局其中的半導體企業而言是輸贏，對SiC功率器件卻能使成本太高的它飛入尋常百姓家。這將是半導體材料在汽車領域應用的一個顛覆時刻。
很明顯，比亞迪漢EV，國內首款應用自主研發SiC模塊的電動汽車，不僅是自主應用第三代半導體材料的開始，更是該材料進入中高端量產車的開端。
國內首款SiC模塊的全面應用
漢，比亞迪旗艦級電動汽車，集比亞迪旗下零部件最新高科技產品於一身。自7月12日上市，它就成為被研究、被解析的對象。
SiC MOSFET功率器件，是比亞迪自主研發、製造的、除了刀片電池以外的又一具有領先優勢的零部件。
一個數字就可以很直接地展現SiC功率器件的功力：漢EV四驅高性能版百公裡加速度3.9秒。
NE時代記者混跡各大論壇、交流群後發現，相當一部分消費者下單3.9秒版漢EV。該版本的漢EV比中配7.9秒僅貴出2.37萬元，但能夠讓駕駛者享受到更為純粹的電動汽車性能。
搭載SiC功率器件的電機控制器，毋庸置疑是這一純粹高性能背後的一大功臣。
電動汽車在追求更短的百公裡加速時，需要電機的全馬力高效快速輸出。這時，需要驅動電機有更高的電壓平臺，要求逆變器內的功率器件能夠承受住高壓。
SiC功率模塊的優勢就在於此，能夠承受比Si基功率器件更高的電壓。更重要的是，比亞迪半導體在SiC模塊正面採用銅夾互連工藝，降低寄生電感，提升晶片過電流能力。最終其SiC模塊實現了可達200KW的輸出功率，提升一倍的功率密度。
於是採用了SiC模塊的漢EV四驅版百公裡加速可達3.9秒，較之採用IGBT 4.0晶片的全新一代唐EV的4.4秒高於0.5秒，成為比亞迪王朝家族的新加速冠軍。而全新一代唐EV在去年上市時百公裡加速性能已經十分優異。
晶片過電流能力的提升，意味著流經功率器件的電流損耗小，直流轉交流後的電流相對更多。也就是說，採用了SiC模塊的逆變器能夠最大化保證電池輸出的能量的利用效率。
據了解，比亞迪半導體的SiC模塊效率更高，與當前的1200V矽基IGBT模塊相較，NEDC工況下電控效率提升3%-8%。
相同續航裡程下，由於電控效率的提升，電動汽車就可以減少電池容量，如原本用70kWh的電池才能跑500km，現在有了SiC模塊的逆變器，電池容量就可以減少到64kWh。或者，同樣容量的動力電池，在SiC模塊的電動汽車上就可以多跑5%以上的續航。
可以看到，漢EV高配四驅版雖增加了一套後驅電機電控及其他配置，整備質量提升150kg，百公裡加速提升4秒，但容量同為76.9kWh的情況下，它的續航依然在550km，僅比單電機版漢EV的605km少了9.09%。
巴掌大的碳化矽模塊
為了將電機的功率與扭矩發揮到極致，漢EV首次應用了比亞迪自主研發並製造的高性能碳化矽MOSFET控制模塊。這是它應對高效、節能挑戰交出的答卷之一。
比亞迪認為，提高電動汽車電機驅動系統的功率密度，是更高效、節能新能源汽車發展所面臨的主要挑戰。作為新能源汽車引領者，比亞迪一直致力於高效、節能技術的開發。
IGBT 4.0是比亞迪半導體於2018年推出的新型功率器件。它是十年積累的一次爆發，較市場主流的IGBT的電流輸出能力高15%。它已經用於比亞迪唐EV等電動汽車上，支持整車具有更強的加速能力和更大的功率輸出能力。
然而，由於受到材料限制，傳統Si基功率器件在許多方面已逼近甚至達到了其材料的極限，如工作溫度、電壓阻斷能力、正嚮導通壓降、器件開關速度等，尤其在高頻和高功率領域更顯示出其局限性。
SiC器件以其超低的開關及導通損耗、超200度的工作結溫等特性，在實現系統高效率和高頻化方面起到決定性作用。SiC功率器件的應用，有助於實現功率模塊的小型化，進而提高電機驅動系統的功率密度和可靠性，解決新能源汽車發展所面臨的難題。
由於損耗很小，碳化矽晶片面積約為同規格矽IGBT的四分之一，因此功率密度得到非常顯著地提高。此次漢EV的SiC模塊同功率情況下體積較IGBT縮小一半以上，功率密度提升一倍。
小型化的功率器件便於電驅動系統的緊湊型三合一集成設計。SiC模塊無疑幫助比亞迪提升與小型化、集成化電驅動趨勢的貼合度上。其實，IGBT時代，比亞迪就選擇與集成化電驅動趨勢為友，研製並在量產車上大規模配置三合一電驅動。
比亞迪半導體IGBT晶片產品部高級研發經理吳海平曾在2019年NE時代舉辦的元器件論壇中分享道：「真正在汽車上的碳化矽模塊，現在對外發布的還不多。比亞迪今年是會推出一款碳化矽的車用模塊，這個模塊尺寸很小，就跟手巴掌一樣。規格對應1200V/600A IGBT模塊，也可以做成800A，今年我們公司有一款車上會開始應用。」
這款巴掌大的SiC MOSFET就是用於漢EV電機控制器的功率模塊。
比亞迪也正與外部電控供應商探索碳化矽MOS功率模塊的應用研究。根據藍海華騰董秘的回答，比亞迪與藍海華騰聯合申請的「碳化矽MOSFET晶片和模塊關鍵技術研發」項目目前正在實施期。比亞迪負責碳化矽MOS的研發和應用研究，藍海華騰主要負責匹配碳化矽MOSFET功率模塊在電機控制器的應用研究，雙方共同探索相關的功率器件的國產化替代。
SiC的成熟化
半導體界公認，碳化矽（SiC）是一種應用潛力廣闊，且性能優異的新型半導體材料。未來，它將替代性能達到極限的矽（Si）作為基片，在風光發電、光伏逆變、新能源汽車、航天軍工等領域發揮價值。
SiC屬於寬禁帶半導體，相對於傳統的矽基器件有許多優越的物理特性：
（1）禁帶寬度是Si的3倍，可以在500℃或更高的溫度下運行。這時它對冷卻系統的要求比較低，而且熱損耗會降低；
（2）臨界擊穿電場強度是矽材料近10倍，因此具有耐高壓特性。同樣耐壓的情況下，碳化矽器件厚度只有矽器件的十分之一，因此碳化矽器件有著更低的導通和開關損耗；
（3）熱導率是矽的3倍，更高的熱導率可以帶來功率密度的顯著提升，同時散熱系統的設計更簡單，或者直接採用自然冷卻；
（4）飽和漂移速度高出矽一倍，開關速度快，從而降低能量損耗，減少電容電感的體積。
目前高壓領域主要使用Si基IGBT。它是在Si基MOSFET基礎上升級改進的功率器件，因此具備MOSFET器件開關速度快的特點，同時具備高耐壓水平。
Si IGBT大量應用於新能源汽車的OBC、DCDC和電機控制器中。尤其是電機控制器廠家，一般會選用導通壓降小、耐壓高的IGBT晶片，而非用於燃油車或輕混車中的MOSFET。
另一方面，電機控制器廠家在極力提高逆變器的功率密度，它對更小的導通損耗、更高的耐溫耐壓能力和更快的開關速度提出要求。
原先的IGBT是雙極型器件，在關斷時存在拖尾電流，造成比較大的關斷損耗。MOSFET是單極器件，不存在拖尾電流，當它使用SiC半導體材料製備時，MOSFET的導通電阻、開關損耗大幅降低，整個功率器件具有高溫、高效和高頻特性，在車用電機控制器等高壓部件中可以得到更有效的利用。
誕生了100多年的碳化矽，在21世紀新的十年裡找到它可以實現快速發展和應用的領域。
新能源汽車行業中，OBC和DCDC是最先應用SiC MOSFET功率器件的零部件。
2017年時，比亞迪半導體團隊打破技術壟斷，自主研發出適合於新能源汽車使用的兩款碳化矽功率MOS器件BF930N120SNU（1200V/30A）和BF960N120SNU（1200V/60A），並同步研製開發1200V/200A和1200V/400A全SiC MOS模塊。
從2018年開始，比亞迪碳化矽MOS器件就批量應用於DC/DC、OBC中。
比亞迪充配電三合一採用電力電子集成技術，將車載電源（OBC+DC/DC轉換器）與配電箱（PDU）深度集成，做到「輕量化、小型化、集成化及低成本」。通過運用碳化矽MOS，DC＋OBC功率密度可達2.1KW/L。
應用到電驅動部件，功率器件要做到小型化，更要保證可靠性。畢竟電驅動是關係到電動汽車行車安全的重要部件之一。
因此，應用到逆變器中的SiC模塊採用納米銀燒結工藝和國際先進AMB（活性金屬釺焊） Si3N4厚銅技術，大幅降低熱阻，降低晶片結溫10℃以上，更優的散熱性能大大提升了晶片使用壽命，產品可靠性更高，無懼各類嚴苛路況。
逆變器，是SiC MOSFET功率器件在新能源汽車上的應用打通高壓部件的關鍵。兩者的結合，創造一個全新的細分需求領域。
在這個細分領域裡，國內有技術有配套的半導體企業數量不多。而功率器件本身壁壘比較高，是企業可以通過技術優勢贏得客戶，實現規模化效應的產品。正因如此，比亞迪半導體才在不到一個月的時間裡就受到了30家機構、合計27億元的融資。
當SiC功率器件邁出第一步，走向大規模應用之時，國內半導體企業也在一步步發展起來。這是他們共同的成長機會。