通用汽车选择碳化硅(SiC)技术为其电动汽车的驱动系统芯片

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日期:2021-11-13

通用汽车选择碳化硅技术为其电动汽车的驱动系统芯片


通用汽车选择Wolfspeed为其电动汽车驱动系统芯片供应商

Wolfspeed 已与通用汽车签署战略供应商协议,为通用汽车的电动汽车 (EV) 开发和交付碳化硅 (SiC) 功率器件。通用汽车将专门在其下一代电动汽车的 Ultium Drive 推进装置中使用 Wolfspeed 的产品。

在接受媒体采访时,Wolfspeed 电源产品高级总监 Guy Moxey 强调了 SiC 如何以两种不同的方式扩展电动汽车市场:产品技术和容量。

“凭借我们的技术,我们不断推动更低的 RDS(on)、更大的芯片尺寸和更高的载流量封装。随着我们在北卡罗来纳州的材料工厂和位于纽约州北部的新莫霍克谷工厂的扩建,我们预计对碳化硅的需求会不断增长,并在大约三年前开始认真投资扩大产能。 2022 年下半年。这将是世界上最大的 200 毫米和汽车级碳化硅制造工厂。我们还认为,未来几十年对碳化硅的需求只会增加,因此在 Mohawk Valley 工厂建成后,我们的产能扩张将需要继续,”Moxey 说。

碳化硅技术

碳化硅是电动汽车应用能源管理的下一步。这种有价值的材料可以通过使电池更紧凑、以更少的能源消耗提高续航里程来提高电动汽车的效率。
基于碳化硅的电源开关在功率密度和效率方面的固有优势为系统冷却和尺寸提供了显着优势。与传统硅相比,碳化硅电源开关可以提供更长的续航范围和/或更小的电池组,从而实现从设备到系统级别的正成本比较。牵引逆变器仍然是旨在提高电动汽车效率和范围的改进重点。碳化硅电源开关是牵引逆变器中最昂贵且功能最关键的组件,必须精确调节才能充分利用更高的开关成本。

作为协议的一部分,通用汽车将参与 Wolfspeed 供应保证计划 (WS AoSP),该计划旨在确保电动汽车生产所需的国内、可持续和可扩展的材料。通用汽车表示,目标将是汽车电气化,并为下一代汽车寻求更大的自主/自动权。

汽车传动系统是 400V 和 800V 系统。 Moxey 说:“更高 kW 的传动系统通常包含碳化硅模块或定制应用程序包;然而,我们也看到分立产品被设计成较低 kW 的机器。碳化硅不仅用于乘用电动车,还将用于电动巴士、电动卡车、电动摩托车、工业移动机器、电动船甚至电动摩托艇!客户青睐碳化硅,因为它能够提高电动汽车应用的续航里程,同时也因为它的功率密度和更低的系统损耗,”Moxey 说。


碳化硅功率器件解决方案将在 Wolfspeed 位于纽约马西的 200 毫米莫霍克山谷工厂生产,以扩大碳化硅技术在其他行业的产能。在硅芯片加工中,转移到更大的晶圆尺寸是在不增加新晶圆厂的情况下提高产能的方法之一。对于使用碳化硅(和氮化镓)等宽带隙半导体的公司来说,这种选择更加困难。

碳化硅是一种极其难以生长的材料。它在高温(2000°C 以上)下生长非常缓慢,工艺过程非常难以控制,而且制造技术正在迅速改进,从而显着降低生产成本。

“增加晶圆尺寸并非易事。能够在世界上最大的碳化硅晶圆厂制造 200 毫米晶圆是一个漫长的过程,经过多年的研发。修补少数 200 毫米基板原型与拥有满足博格华纳、HAPG、采埃孚和通用汽车等公司所需的体积和质量之间存在巨大差异。这不是一个随意或快速的商业决定。对于业内其他思考或谈论晶圆厂建设或将设施从硅转换为碳化硅的公司来说,他们应该期待一次有趣、漫长且昂贵的体验。这就是为什么 Wolfspeed 的垂直集成技术绝对至关重要的原因,因为 200 毫米供应链“学习周期”都在内部进行。技术开发和完善(从原材料到成品)是完全相关的,”Moxey 说。


今天碳化硅和硅之间的巨大成本差异在于衬底本身。未来成本降低将成为碳化硅在电动汽车中应用速度的重要因素。碳化硅的经济效益在长途汽车中最大,因为这些汽车拥有最大的电池。