英飞凌：硅和碳化硅双管齐下，冷切割技术增加产能

日前，英飞凌科技大中华区高级副总裁兼汽车电子事业部负责人曹彦飞先生应邀出席世界新能源汽车大会，并在会上就“更环保、更安全、更智能的汽车半导体发展之路”为主题发表了演讲。

其中，关于车规级功率芯片的部分，曹总提到目前英飞凌提供硅和碳化硅两种解决方案并行，并正在使用冷切割的技术来进一步增加产能。

一辆电动汽车平均所包含的半导体成本中，近40%为功率半导体。英飞凌与国内外多家车厂都有广泛的合作，功率模块HybridPACK™ Drive被装载在超过20家纯电动车平台上。根据车厂不同的技术路线，英飞凌也可提供硅基或碳化硅基的功率器件来满足相应的需求。

硅基与碳化硅基解决方案将长期共存

电动汽车当下关注的重点则是续航里程、高功率密度以及系统综合性价比。在电池装配较多的高端车型的驱动轴上，碳化硅被更多采用，以增加续航里程；

而在辅助驱动轴上，由于主要使用在急加速工况下，主机厂则更倾向于采用IGBT，以控制成本。

硅基方案和碳化硅方案将长期共存，来实现传统系统的最佳性价比。

碳化硅材料由于耐高温高压、高效、高频的特性，碳化硅器件可以显著降低主逆变器的损耗。在相同的功率下，采用800V 碳化硅的主逆变器，整体损耗可以降低69%，折算到每公里的电耗上，可以降低7.6%，由此高压可以增加7~8%的续航里程。

英飞凌综合考量了产品性能、可靠性及稳定性等需求， 于几个月前，推出了首款六合一全桥碳化硅模块，以满足客户端多样化以及快速平台升级的需求。

这是一款具有1200 V阻断电压、且适用于电动汽车牵引逆变器的全桥模块。该功率模块采用车规级CoolSiC沟槽栅MOSFET技术，适用于高功率密度和高性能的应用场景。它将提高逆变器的效率，实现更高的续航里程并降低电池成本，特别适用于800 V电池系统及更高电池容量的电动汽车。

该功率模块提供了在相同尺寸下从硅到碳化硅的简便升级途径。这使逆变器设计能够在1200 V等级下实现高达250 kW的功率，同时实现更高续航里程、更小电池尺寸以及更优化的系统尺寸和成本。

应对产能与成本难以突破问题，冷切割技术被应用

相比硅材料，碳化硅具有生长慢、晶圆小、材质硬、切割难度大等特点，对成本和产能都有较大影响。

为了更好地提高产能，英飞凌几年前就加大了对“冷切割”技术的投入，能有效提升切割效率。

冷切割技术--花费近10亿！这项SiC技术“牛”在哪里？

2018年，英飞凌花费1.24亿欧元收购位于德累斯顿的初创公司Siltectra有限公司。Siltectra研发的冷切割（Cold Split）这一创新技术，可以将碳化硅晶圆产能提升三倍以上，同时每片晶圆损失低至80μm，而且晶圆减薄仅需几分钟，可节省90%材料。

冷切割工艺简介：

1、专利激光技术定义材料分裂范围；2、用专用聚合物涂覆材料；3、控制系统冷却诱导应力精准分裂材料；4、化学清洗聚合物涂层并研磨基材。

据介绍，以单个20毫米SiC晶锭为例，采用线锯可生产30片350μm的晶圆，而用 Cold Split可生产50多片晶圆。

由于Cold Split生产的晶圆的几何特性更好，因此单片晶圆厚度可以减少到200μm，这就进一步增加了晶圆数量，单个20毫米SiC晶锭可以生产80多片晶圆。

如果再结合Cold Split背面减薄和回收残留晶圆，这个晶圆数量可以高达100片。总的来说，相同的SiC晶锭下，它可以生产三倍以上的晶圆，从而为最终器件提供足够的材料。

比如，针对4厘米的晶柱，传统切割方法可切出50片晶圆，而采用冷切割技术后，则能达到100-130片晶圆，缓解了产能的压力。

坚定看好未来SiC的市场潜力

曹彦飞在会上还表示：“对于纯电和混电里的高压应用，市场预测显示，2020-2025年功率半导体的年复合增长率将达到28%。而根据我们和国内车厂的沟通，大家对自身电动车产销量的规划都远远大于当前发布的一些市场数据，据此，车用功率半导体市场的增长率将会更高。另外，未来5年，硅依然是市场上非常主流的技术，但碳化硅的渗透率会越来越高，预计2025年可以达到30%以上，市场潜力巨大”！