以下完整內(nèi)容發(fā)表在「SysPro電力電子技術」知識星球-《TMC2025觀察|功率半導體創(chuàng)新技術》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

導語：上周去參加了第十七屆國際汽車動力系統(tǒng)技術年會（TMC2025），作為年會核心板塊的“新能源汽車及功率半導體協(xié)同創(chuàng)新技術論壇”，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、復旦大學等科研機構，圍繞第三代/第四代半導體材料應用、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的最新成果。全方位呈現(xiàn)行業(yè)創(chuàng)新活力這場技術盛宴不僅揭示了功率半導體如何重塑新能源汽車的“心臟”，更勾勒出未來三年行業(yè)技術路線圖與產(chǎn)業(yè)生態(tài)重構方向在哪里？
我會用"三部曲"解讀本次TMC年會關于功率半導體相關議題的主要內(nèi)容，看看這一年寬禁帶功率半導體發(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革新？圖片來源：TMC

目錄

TMC2025觀察 |功率半導體創(chuàng)新技術的20個前瞻故事（上篇）

1. 英飛凌：第三代半導體主驅(qū)應用現(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. 鎵仁半導體：車規(guī)級功率器件的第四代半導體材料應用與商業(yè)化前景

4. Yole：全球功率模塊最新進展及模塊 - 逆變器聯(lián)合設計

5. 比亞迪：SiC在電驅(qū)動系統(tǒng)中的應用

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體模塊設計與應用

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

第三代半導體主驅(qū)應用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

英飛凌的高級首席工程師趙振波先生，為我們帶來了關于“第三代半導體主驅(qū)應用現(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，在導通壓降和開關損耗之間存在一個權衡曲線，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用場景下表現(xiàn)出色。目前，SiC主要應用于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。

在應用方面，SiC在電動汽車電驅(qū)系統(tǒng)和光伏儲能領域具有廣闊的市場前景，而GaN則主要應用于消費類電子，如服務器電源轉(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)，英飛凌在芯片設計、封裝技術和系統(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、提高芯片密度、采用先進的封裝技術等手段，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上的進展。他提到，嵌入式封裝技術能夠有效降低開關損耗、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 鎵仁半導體

車規(guī)級功率器件的第四代半導體材料應用與商業(yè)化前景

杭州鎵仁半導體有限公司的聯(lián)合創(chuàng)始人江繼偉博士，為我們帶來了關于“車規(guī)級功率器件的第四代半導體材料應用與商業(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、低導通電阻等優(yōu)異性能，在高壓、大電流和功率應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，便于復用成熟的Si加工設備進行切割和CMP制程。

圖片來源：鎵仁半導體

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、高壓電力電子設備等領域具有廣闊的應用前景。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，與金屬坩堝反應等問題導致長晶成本較高。針對這些問題，江博士介紹了鎵仁半導體在獨創(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)

在功率模塊技術進展方面，楊博士介紹了多種新型封裝技術和材料的應用情況。例如，塑封模塊在碳化硅功率器件中的應用越來越廣泛；焊接技術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)合設計的概念。他指出，通過聯(lián)合設計可以優(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功率器件應用方面的領先地位。他提到，比亞迪早在2020年就將SiC功率器件應用于電驅(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。

在具體應用方面，劉經(jīng)理詳細介紹了比亞迪在SiC功率模塊設計、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，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計等手段，降低了雜散電感和開關損耗。

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功率器件應用成果。他提到，通過采用1500V SiC芯片和先進的封裝技術，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速度快、熱流密度高，傳統(tǒng)的封裝技術已經(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。他提到，CIPB技術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技術還便于實現(xiàn)模塊化和定制化設計，滿足不同應用場景的需求。

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、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技術的應用范圍。

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體模塊設計與應用

吉利汽車動力研究院前瞻技術與戰(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體模塊設計與應用”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體應用方面面臨的挑戰(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，非常適合應用于混合動力汽車中。通過采用PCB嵌埋封裝技術，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

在具體應用方面，馬博士展示了吉利汽車在GaN PCB嵌埋封裝模塊設計、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)驗和技術實力。他提到，日立能源通過不斷優(yōu)化芯片設計、封裝技術和冷卻系統(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，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、電動巴士等領域的應用案例。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，功率半導體技術在電動汽車及其他相關應用領域仍然有很多值得探索的地方。

概括下來圍繞這幾方面：從第三代半導體到第四代半導體材料的探索和應用；從功率模塊封裝技術的創(chuàng)新（內(nèi)嵌式PCB封裝技術）到模塊與逆變器的聯(lián)合設計；從SiC在電驅(qū)動系統(tǒng)中的成功應用到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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