丁榮軍：未來很長時間內 硅和碳化硅企業將並存
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本站汽車6月30日報道
當前，能源、互聯網、人工智能等領域正在進行深刻變革，受此影響，汽車產業不斷向“低碳化、網聯化、智能化”發展，新能源汽車與智能網聯汽車將相互支撐協同發展。
6月28日-30日，“2023國際新能源智能網聯汽車創新生態大會”在浙江瑞安舉行。大會圍繞新能源智能網聯汽車產業前沿技術、科技創新成果、汽車供應鏈創新發展與生態體系建設等方面深度探討汽車產業技術變革，重塑汽車核心供應鏈新格局，引領全球汽車產業創新發展。
會上，中國工程院院士、中國中車首席科學家 丁榮軍發表了主題演講，他表示，從芯片關鍵技術這個角度來說，最近幾年，汽車產業的不斷髮展對芯片產業促進是非常快的，反過來，因爲芯片的技術快速成熟對整個汽車電驅動系統也起到了很大的促進作用。“我認爲在未來很長時間內，硅和碳化硅的兩種企業將並存，碳化硅的未來會不會被金剛（參數丨圖片）石、氮化鉀替代也是很難說。”
以下爲嘉賓演講實錄：
各位同行，大家上午好！很高興今天有這個機會在這裡跟大家一起交流我這個團隊就在新能源汽車功率半導體和相關技術方面所開展的工作跟大家作一個彙報和交流，我主要想講三個部分的內容，第一個是電驅動需求的角度，因爲副理事長說了，我們自己的電動汽車快速發展市場佔有率越來越大。從技術路線角度來說，大家知道有純電和混動這兩種並行，當然隨着電池技術的快速發展，未來以純電動爲主，有的地方混合動力還有特定場合的應用。
從滲透率的角度，我們國家現在新能源，汽車之間發展確實很快，你看去年我們整個的新能源汽車的滲透率達到25%，現在超過全球的平均水平，對於整個電動汽車產業最近幾年，特別是去年開始進入到爆發期，在這種背景需求下，對於新能源汽車跟傳統汽車相比，整個電驅動系統是一個非常關鍵系統，在這種背景下，電驅動系統要求越來越高，高壓化，集成化，分佈式，輕量化，從整車到電驅動分別對我們的體積、功率密度提出了很高的要求。從高壓化的角度來說，過去大家都知道我們現在新能源車的整個電壓在400V左右，現在達到800V，有的希望提高到1200V，從系統角度來說，確實沒有問題，這裡面更多屬於安全性問題。
集成化的角度，最早的時候都是風力系統，後來變成三合一，現在提出多合一，甚至六合一，希望把整個傳動系統，包括DC/DC都放在一起，我覺得計算機控制技術和人工智能技術的快速發展，這些即將成爲現實，並且很快面向市場化階段。整車的功率器件的性能要求越來越高，功率器件作爲整個電驅動系統裡面最核心的關鍵器件，他的技術水平的提升對整個系統未來技術水平的發展起到很關鍵的作用。
應該說，現代電動汽車從我搞功率半導體的團隊來說，我認爲汽車對功率半導體的要求是最高的，（PPT如圖）從整個性能和要求來說，更關鍵的是他要求整個電驅動系統未來有一個很高的功率密度，很高的開關頻率，很高的可靠性，加上未來電壓很高，但是還有兩個很低的低損耗，特別是低成本，對整個汽車的研究來說提出了很高的難度。大家知道所有的器械功率半導體器作爲一種電驅動系統裡面的一個核心器件，他不斷地要去權衡這裡面的利弊。我老跟他們舉個例子說，聾子的話，他眼睛一定是很好的，那麼瞎子他的耳朵有點很好的，但是反過來說作爲一個器件，我如果如何去把這三者之間矛盾協調到一個最佳，讓它滿足汽車需求，這就是我們整個從技術這個角度要做的。所以對於硅企業來說，1982年美國公司GE提出IGBT芯片到現在40年的時間經歷了7代，現在爲了適應汽車的要求，他開始向精細溝槽、超薄、鎳導、高氣溫這些方向的發展。精細溝槽實際上也是爲了適合汽車的開高開關頻率，時間關係我就不細講了。
另外一個就是爲了降低打通損耗，超薄技術讓硅片，我們現在汽車使用的硅片批量化大概在75個微米，也就是說，這麼薄的東西，希望越薄越好，越弱了，它整個損耗越低，對整個電驅動來說性能化更佳。另外，鎳導從使用的角度來說，未來希望集成度更高，把反面類二極管直接做到芯片裡面去，對用戶整個使用方面來說更加方便。
另外是高結溫，因爲功率半導體硅，我們搞傳動系統的時候是125度，最近幾年通過我們的努力，批量推廣達到175度，有望在今年年底我們把結溫達到200度，跟現在的碳化硅的功率半導體器件結溫差不多，讓整個半導體體積更小，可靠性更高。
對於碳化硅，最近幾年大家不斷做碳化硅，對碳化硅的器件多說幾句，爲什麼在高檔車上推廣，因爲碳化硅的器件目前的成本比較高，高的原因有兩個原因，第一，它中間有一個工藝，叫做擴散，擴散過程，硅片可以100片，碳化硅只能5片，硅片100片進去有95片左右是有效的，碳化硅現在爲止基本爲5片進去，大概只有2-3片是有效的，出來以後是好的，它的成品率很低，所以這影響了碳化硅器件未來批量化過程，儘管大家在這方面一直在努力，但是市場化推廣起來對汽車來說又是有影響，從整個結構角度來說，儘管器件從產業化成本角度還說存在問題，但是從未來整個技術發展角度，大家一直在做，寄希望於未來能夠爲汽車行業做一點貢獻。另外大尺寸，現在使用14寸和6英寸，未來能不能通過8把英寸做大以後降低成本，另外一個就是薄片技術是爲了降低損耗。另外還有一個是高質量的柵氧技術，這是碳化硅所特有的一個技術需求，這一塊大家也是在做，希望未來打通，電阻能夠降低。
小結一下，從芯片關鍵技術這個角度來說，最近幾年不斷髮展，我是認爲汽車產業對芯片產業促進是非常快的，但是反過來，因爲芯片的技術快速成熟對整個汽車電驅動系統起到很大的促進作用。但是未來硅和碳化硅，我個人認爲在很長時間內兩種企業並存，碳化硅的未來會不會被金剛石、氮化鉀替代也是很難說。
除了芯片技術以外，實際上面對於整個車外界的車國際的模塊封裝其實還是很關鍵的。其實過去我們開始搞芯片的人都對本身芯片這個研究得很透，後來我們發現正在應用中間影響產品質量的話，封裝技術是很關鍵的。
那麼在封裝這個角度，我們希望是高密密度高可靠性，高性價比，那麼針對三高，我們在這裡面就在封裝這個領域又做了很多的工作，第一是熱管理，芯片的工作溫度有多高有多低，大家搞這個系統希望在工作的時候儘可能它的溫度變化不要太大，比如說，你整個系統是120度，或者是130度都可以，甚至140度都可以，千萬不要在80和150度波動太大，這樣對芯片的壽命影響非常大。另外是從均流角度怎麼降低線路的電感，讓整個均流技術達到最優，使整個芯片的壽命和電驅動的系統提升比較好。
另外是界面互聯，如果溫度變化太高，裡面有焊錫，焊點隨着溫度的變化發生變動，影響到整個芯片的壽命。另外就是緊湊化的集成技術，現代汽車使用的芯片和其他所有行業的芯片不一樣，汽車爲了滿足自己的需求，是各種各樣結構都有。（PPT如圖）我們提供芯片不同的封裝，爲了滿足用戶的需求都能提供。
最後，我想要簡單跟大家說一下發展，根據摩爾定律，功率半導體器件發展越來越快，實際上面我一直認爲經過這幾年慢慢發展速度會越來越慢，因爲它的很多技術很多的性能可以是已經發展到了極致，隨着材料技術的發展，我相信芯片技術得到進一步的上升，因爲有需求，會促使人們不斷去做研究。未來汽車功率器件應該向汽車高性能充電長續航方向來做貢獻。因爲這個是可能剛剛前面在一起，我們還在說現在新能源車影響到發展的一個很大的原因，是充電時間太長，如果電池哪一天發明一種材料，既有物理的化學性能，充電的物理性能就可以，放電的時候化學性能，未來新能源汽車發展很快，我相信人類一定能夠找到一種兼有物理和化學材料，來促進新能源發展。
我的彙報就到這裡，謝謝大家！