以下完整內(nèi)容發(fā)表在「SysPro電力電子技術(shù)」知識星球-《TMC2025觀察|功率半導(dǎo)體創(chuàng)新技術(shù)》系列- 文字原創(chuàng)，素材來源：TMC 現(xiàn)場記錄、廠商官網(wǎng)- 本篇為節(jié)選，完整內(nèi)容會在知識星球發(fā)布，歡迎學習、交流

導(dǎo)語：上周去參加了第十七屆國際汽車動力系統(tǒng)技術(shù)年會（TMC2025），作為年會核心板塊的“新能源汽車及功率半導(dǎo)體協(xié)同創(chuàng)新技術(shù)論壇”，匯聚了英飛凌、Yole、比亞迪、吉利、理想、芯聯(lián)集成、采埃孚、羅姆、ST等全球頂尖企業(yè)，以及中國科學院、復(fù)旦大學等科研機構(gòu)，圍繞第三代/第四代半導(dǎo)體材料應(yīng)用、SiC/GaN功率模塊先進封裝革命、車規(guī)級芯片自主化等議題展開深度研討。
從SiC在電驅(qū)動系統(tǒng)的前沿應(yīng)用，到CIPB功率芯片嵌入式封裝從實驗室到量產(chǎn)的創(chuàng)新突破；從基于氮化鎵PCB嵌埋封裝在混合動力汽車的實踐，到SiC功率模塊先進封裝技術(shù)的最新成果。全方位呈現(xiàn)行業(yè)創(chuàng)新活力這場技術(shù)盛宴不僅揭示了功率半導(dǎo)體如何重塑新能源汽車的“心臟”，更勾勒出未來三年行業(yè)技術(shù)路線圖與產(chǎn)業(yè)生態(tài)重構(gòu)方向在哪里？
我會用"三部曲"解讀本次TMC年會關(guān)于功率半導(dǎo)體相關(guān)議題的主要內(nèi)容，看看這一年寬禁帶功率半導(dǎo)體發(fā)生了哪些有趣的故事？出現(xiàn)了哪些前瞻性的解決方案？又帶來了怎樣的技術(shù)革新？圖片來源：TMC

目錄

TMC2025觀察 |功率半導(dǎo)體創(chuàng)新技術(shù)的20個前瞻故事（上篇）

1. 英飛凌：第三代半導(dǎo)體主驅(qū)應(yīng)用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

2. 芯聯(lián)集成：創(chuàng)“芯”智造，助推新能源汽車行業(yè)發(fā)展

3. 鎵仁半導(dǎo)體：車規(guī)級功率器件的第四代半導(dǎo)體材料應(yīng)用與商業(yè)化前景

4. Yole：全球功率模塊最新進展及模塊 - 逆變器聯(lián)合設(shè)計

5. 比亞迪：SiC在電驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用

6. 西安交大：CIPB功率芯片嵌入式封裝 - 從實驗室到量產(chǎn)的全鏈路創(chuàng)新

7. HORSE：基于氮化鎵PCB嵌埋封裝的新一代混合動力汽車功率半導(dǎo)體模塊設(shè)計與應(yīng)用

8. 日立：一款高性能SiC功率模塊，具備直接冷卻功能和最高功率循環(huán)能力

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01 英飛凌

第三代半導(dǎo)體主驅(qū)應(yīng)用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

英飛凌的高級首席工程師趙振波先生，為我們帶來了關(guān)于“第三代半導(dǎo)體主驅(qū)應(yīng)用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)”的精彩報告。

趙先生首先介紹了第三代半導(dǎo)體，特別是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）在電動汽車主驅(qū)系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。他指出，與傳統(tǒng)的硅基功率器件相比，SiC和GaN在開關(guān)速度、結(jié)溫和物理特性上具有顯著優(yōu)勢，能夠有效提升功率轉(zhuǎn)換效率，減小產(chǎn)品體積，提高功率密度。

圖片來源：Infineon

具體來說，Si基功率器件，在導(dǎo)通壓降和開關(guān)損耗之間存在一個權(quán)衡曲線，難以實現(xiàn)無損模式。而SiC和GaN則能夠在這些方面取得突破，尤其是在高頻和高溫應(yīng)用場景下表現(xiàn)出色。目前，SiC主要應(yīng)用于6英寸晶圓，而英飛凌已經(jīng)開始布局8英寸晶圓的生產(chǎn)，以進一步提高產(chǎn)能和降低成本。

在應(yīng)用方面，SiC在電動汽車電驅(qū)系統(tǒng)和光伏儲能領(lǐng)域具有廣闊的市場前景，而GaN則主要應(yīng)用于消費類電子，如服務(wù)器電源轉(zhuǎn)換等高頻、低壓場景。趙先生還提到，盡管SiC和GaN具有諸多優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如芯片并聯(lián)時的均流問題、門級可靠性問題以及宇宙射線導(dǎo)致的射線失效率問題等。

圖片來源：Infineon

針對這些挑戰(zhàn)，英飛凌在芯片設(shè)計、封裝技術(shù)和系統(tǒng)解決方案上進行了持續(xù)創(chuàng)新。例如，通過優(yōu)化溝槽柵結(jié)構(gòu)、提高芯片密度、采用先進的封裝技術(shù)等手段，不斷提升SiC和GaN功率器件的性能和可靠性。同時，英飛凌還提供了包括感知、控制、執(zhí)行在內(nèi)的全方位解決方案，以滿足客戶多樣化的需求。

圖片來源：Infineon

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02 芯聯(lián)集成

創(chuàng)“芯”智造，助推新能源汽車行業(yè)發(fā)展

芯聯(lián)集成的伍剛先生，為我們分享了“創(chuàng)‘芯’智造，助推新能源汽車行業(yè)發(fā)展”的主題報告。

伍先生首先介紹了新能源汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢，指出隨著全球新能源汽車銷量的快速增長，功率器件市場容量也在急劇上升。

圖片來源：芯聯(lián)集成

他提到，新能源汽車的發(fā)展正從政策驅(qū)動轉(zhuǎn)向市場牽引，用戶更加關(guān)注續(xù)航、安全和性價比等方面。因此，電驅(qū)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢也呈現(xiàn)出“五高兩低”的特點，即高效率、高可靠、高性能、高電壓、高集成、低成本和低噪聲。

圖片來源：芯聯(lián)集成

在功率產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢方面，伍先生重點介紹了芯聯(lián)集成在SiC模組封裝技術(shù)上的創(chuàng)新。他展示了芯聯(lián)集成從灌封三合一模塊 -> 框架式塑封三合一模塊->無框架式模塊的封裝技術(shù)演變過程。這些創(chuàng)新不僅提高了模塊的結(jié)溫、降低了雜散電感，還顯著提升了功率密度和可靠性。

圖片來源：芯聯(lián)集成

此外，伍先生還介紹了芯聯(lián)集成在嵌入式封裝技術(shù)上的進展。他提到，嵌入式封裝技術(shù)能夠有效降低開關(guān)損耗、提升電控功率和電機效率，同時減小體積和重量，非常適合高轉(zhuǎn)速電機、高壓電池系統(tǒng)等應(yīng)用場景。芯聯(lián)集成已經(jīng)成功開發(fā)出多種嵌入式封裝產(chǎn)品，并與客戶合作進行了定制化開發(fā)。

圖片來源：芯聯(lián)集成

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03 鎵仁半導(dǎo)體

車規(guī)級功率器件的第四代半導(dǎo)體材料應(yīng)用與商業(yè)化前景

杭州鎵仁半導(dǎo)體有限公司的聯(lián)合創(chuàng)始人江繼偉博士，為我們帶來了關(guān)于“車規(guī)級功率器件的第四代半導(dǎo)體材料應(yīng)用與商業(yè)化前景”的報告。

圖片來源：參考文獻[3]

江博士首先介紹了第四代半導(dǎo)體材料氧化鎵的基本特性和優(yōu)勢。他指出，氧化鎵具有超寬禁帶寬度、高擊穿場強、低導(dǎo)通電阻等優(yōu)異性能，在高壓、大電流和功率應(yīng)用方面具有巨大潛力。同時，氧化鎵的制備材料成本相對較低，且硬度與硅接近，便于復(fù)用成熟的Si加工設(shè)備進行切割和CMP制程。

圖片來源：鎵仁半導(dǎo)體

在商業(yè)化前景方面，江博士提到，氧化鎵在新能源汽車、充電樁、高壓電力電子設(shè)備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。他展示了國內(nèi)外多家企業(yè)在氧化鎵材料、器件和應(yīng)用方面的最新進展，并指出氧化鎵產(chǎn)業(yè)鏈正在逐步完善。

圖片來源：參考文獻[3]

然而，江博士也坦誠地提到了氧化鎵在材料制備和器件應(yīng)用方面面臨的挑戰(zhàn)。例如，氧化鎵在高溫下容易分解，與金屬坩堝反應(yīng)等問題導(dǎo)致長晶成本較高。針對這些問題，江博士介紹了鎵仁半導(dǎo)體在獨創(chuàng)鑄造法方面的研究成果，并展示了其在降低長晶成本、提高晶圓質(zhì)量方面的顯著成效。

圖片來源：參考文獻[4]

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04 Yole

全球功率模塊最新進展及模塊 - 逆變器聯(lián)合設(shè)計

Yole的楊宇博士，為我們帶來了“全球功率模塊最新進展及模塊 - 逆變器聯(lián)合設(shè)計”的主題報告。

楊博士首先總結(jié)了全球電動汽車市場的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，指出中國是全球最大的電動汽車市場，歐洲和美國市場也在快速增長。他提到，隨著電動汽車滲透率的不斷提高，功率器件市場容量也在急劇上升。

圖片來源：Yole,2023年數(shù)據(jù)

在功率模塊技術(shù)進展方面，楊博士介紹了多種新型封裝技術(shù)和材料的應(yīng)用情況。例如，塑封模塊在碳化硅功率器件中的應(yīng)用越來越廣泛；焊接技術(shù)的改進使得模塊的可靠性和散熱性能得到顯著提升；混合碳化硅模塊和嵌入式芯片技術(shù)則進一步提高了功率密度和效率。

圖片來源：Yole

此外，楊博士還提出了模塊與逆變器聯(lián)合設(shè)計的概念。他指出，通過聯(lián)合設(shè)計可以優(yōu)化系統(tǒng)性能、降低成本并提高可靠性。例如，通過定制化設(shè)計模塊可以更好地匹配逆變器的需求；通過優(yōu)化連接方式和散熱結(jié)構(gòu)可以減小雜散電感和提高散熱效率。

圖片來源：Yole

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05 比亞迪

SiC在電驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用

比亞迪汽車工程研究院高壓器件開發(fā)部經(jīng)理劉海軍先生，為我們分享了“SiC在電驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用”的實踐經(jīng)驗。

劉經(jīng)理首先介紹了比亞迪在SiC功率器件應(yīng)用方面的領(lǐng)先地位。他提到，比亞迪早在2020年就將SiC功率器件應(yīng)用于電驅(qū)動系統(tǒng)中，并取得了顯著成效。通過采用SiC功率器件，比亞迪的電動汽車在動力性、工況效率和充電速度等方面都得到了顯著提升。

在具體應(yīng)用方面，劉經(jīng)理詳細介紹了比亞迪在SiC功率模塊設(shè)計、制造和測試方面的經(jīng)驗。他提到，比亞迪通過采用氮化硅陶瓷基板、雙面銀燒結(jié)等先進技術(shù)，提高了模塊的耐壓能力、過流能力和可靠性。同時，比亞迪還通過優(yōu)化模塊布局和電容設(shè)計等手段，降低了雜散電感和開關(guān)損耗。

圖片來源：比亞迪

此外，劉經(jīng)理還展示了比亞迪在千伏電壓平臺下的SiC功率器件應(yīng)用成果。他提到，通過采用1500V SiC芯片和先進的封裝技術(shù)，比亞迪成功實現(xiàn)了千伏電壓下的高效能量轉(zhuǎn)換和快速充電功能。

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06 西安交大

CIPB功率芯片嵌入式封裝 - 從實驗室到量產(chǎn)的全鏈路創(chuàng)新

西安交大電氣學院的楊旭教授，為我們帶來了“CIPB功率芯片嵌入式封裝 - 從實驗室到量產(chǎn)的全鏈路創(chuàng)新”的學術(shù)報告。

楊教授首先指出了寬禁帶器件在封裝方面面臨的挑戰(zhàn)。他提到，由于寬禁帶器件開關(guān)速度快、熱流密度高，傳統(tǒng)的封裝技術(shù)已經(jīng)難以滿足其性能需求。因此，需要開發(fā)新型的封裝技術(shù)來充分發(fā)揮寬禁帶器件的優(yōu)勢。

圖片來源：西安交大

針對這一問題，楊教授介紹了CIPB（Chip in Power Board）功率芯片嵌入式封裝技術(shù)。他提到，CIPB技術(shù)通過將功率芯片直接嵌入到PCB基板中，實現(xiàn)了高密度布線、低雜散電感和高效散熱等優(yōu)點。同時，CIPB技術(shù)還便于實現(xiàn)模塊化和定制化設(shè)計，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

圖片來源：西安交大

在實驗室研究方面，楊教授展示了其團隊在CIPB技術(shù)方面的多項創(chuàng)新成果。例如，他們通過優(yōu)化PCB材料和結(jié)構(gòu)、改進互聯(lián)工藝等手段，提高了CIPB模塊的可靠性和性能。同時，他們還探索了將磁體等元件嵌入到PCB中的可能性，進一步拓展了CIPB技術(shù)的應(yīng)用范圍。

圖片來源：西安交大

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07 吉利汽車動力院

基于氮化鎵PCB嵌埋封裝的新一代混合動力汽車功率半導(dǎo)體模塊設(shè)計與應(yīng)用

吉利汽車動力研究院前瞻技術(shù)與戰(zhàn)略中心總工程師馬永泉博士，為我們分享了“基于氮化鎵PCB嵌埋封裝的新一代混合動力汽車功率半導(dǎo)體模塊設(shè)計與應(yīng)用”的最新研究成果。

馬博士首先指出了混合動力汽車在功率半導(dǎo)體應(yīng)用方面面臨的挑戰(zhàn)。他提到，由于混合動力汽車需要同時滿足高效能和低成本的需求，傳統(tǒng)的Si基功率器件已經(jīng)難以滿足其性能需求。而碳SiC功率器件雖然性能優(yōu)異，但成本較高，難以大規(guī)模應(yīng)用。

圖片來源：Yole

針對這一問題，馬博士提出了基于氮化鎵（GaN）PCB嵌埋封裝技術(shù)的解決方案。他提到，GaN功率器件具有高頻、高效、高溫工作等優(yōu)點，且成本相對較低，非常適合應(yīng)用于混合動力汽車中。通過采用PCB嵌埋封裝技術(shù)，可以進一步提高GaN功率器件的功率密度和可靠性。

圖片來源：吉利

在具體應(yīng)用方面，馬博士展示了吉利汽車在GaN PCB嵌埋封裝模塊設(shè)計、制造和測試方面的經(jīng)驗。他提到，吉利汽車通過采用先進的封裝工藝和測試手段，成功開發(fā)出了高性能、高可靠性的GaN PCB嵌埋封裝模塊。這些模塊在混合動力汽車中的應(yīng)用取得了顯著成效，不僅提高了整車的能效和性能，還降低了成本和體積。

圖片來源：吉利

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08 日立能源

一款高性能SiC功率模塊，具備直接冷卻功能和最高功率循環(huán)能力

最后，日立能源有限公司的副總裁Tobias Keller先生，為我們介紹了“一款高性能SiC功率模塊，具備直接冷卻功能和最高功率循環(huán)能力”的產(chǎn)品特點和技術(shù)優(yōu)勢。

Tobias先生首先介紹了日立能源在SiC功率模塊研發(fā)方面的豐富經(jīng)驗和技術(shù)實力。他提到，日立能源通過不斷優(yōu)化芯片設(shè)計、封裝技術(shù)和冷卻系統(tǒng)等手段，成功開發(fā)出了多款高性能、高可靠性的SiC功率模塊。

圖片來源：日立

在具體產(chǎn)品方面，Tobias先生詳細介紹了這款具備直接冷卻功能和最高功率循環(huán)能力的SiC功率模塊。他提到，該模塊采用了先進的直接冷卻技術(shù)，能夠有效降低芯片溫度、提高散熱效率。同時，該模塊還具備出色的功率循環(huán)能力，能夠在惡劣的工作環(huán)境下保持長期穩(wěn)定運行。

圖片來源：日立

此外，Tobias先生還展示了該模塊在電動汽車、電動卡車、電動巴士等領(lǐng)域的應(yīng)用案例。他提到，該模塊憑借其高性能、高可靠性和長壽命等優(yōu)點，已經(jīng)贏得了眾多客戶的認可和信賴。

圖片來源：日立

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09 總結(jié)與展望

最后，總結(jié)下<上篇>的內(nèi)容。

本次TMC會議功率半導(dǎo)體論壇的交流，有一個明顯的感覺就是：諸多企業(yè)工程團隊在背后都做了大量的思考和實踐，功率半導(dǎo)體技術(shù)在電動汽車及其他相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域仍然有很多值得探索的地方。

概括下來圍繞這幾方面：從第三代半導(dǎo)體到第四代半導(dǎo)體材料的探索和應(yīng)用；從功率模塊封裝技術(shù)的創(chuàng)新（內(nèi)嵌式PCB封裝技術(shù)）到模塊與逆變器的聯(lián)合設(shè)計；從SiC在電驅(qū)動系統(tǒng)中的成功應(yīng)用到GaN在混合動力汽車中的潛力挖掘，再到高性能SiC功率模塊的研發(fā)和探索……這些前沿技術(shù)和創(chuàng)新成果不僅為我們提供了寶貴的經(jīng)驗和啟示，也為我們指明了未來的發(fā)展方向。感謝上述企業(yè)和專家老師們的精彩分享，受益匪淺！

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