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02/13/2023

投身車電領域的入門課：IGBT 和 SiC 功率模組

2020 年初，疫情期間的封鎖政策並未對電動汽車行業造成太大影響。2021 年，由於疫情期間人們對電動汽車的需求上升，再加上全球各國政府紛紛採取激勵措施，電動汽車充電站的需求量開始增加。在過去的三年裡，電動車領導品牌的銷量紛紛呈現巨幅成長的趨勢。

低成本、低排放汽車的不斷發展，將推動整個亞太地區的電動汽車市場實現穩步擴張。同時，不斷加碼的政府激勵措施和持續擴張的高性能車市場也推動著北美和歐洲地區電動汽車市場的快速增長。因此，預計到 2030 年，全球電動汽車銷量將達到 3920.8 萬輛。全球電動汽車市場規模將從 2022 年的 815.1 萬輛增加到 2030 年的 3920.8 萬輛，預計年複合增長率為 21.7%。

為確保電動汽車擁有出色的性能，應謹慎選擇合理的控制模組。控制模組很大程度上決定著電動汽車或混合動力汽車的運行性能。毋庸置疑，目前全球最廣為應用的功率模組，當屬 IGBT 和 SiC。SiC 模組最初是被應用在特斯拉汽車上，現在也被其他製造商用於功率逆變器。

何謂 IGBT 模組？

絕緣柵雙極電晶體 (IGBT) 是一種三端功率半導體器件，常用作電子開關。憑藉出色的開關特性、耐高溫性、羽量級和成本效益等特徵，IGBT 電源模組逐漸成為電動汽車等大功率應用的首選技術。IGBT 電源模組在車輛中主要作為電氣開關使用。轉換開關可以將直流電 (DC) 可以轉換成交流電 (AC)，反之亦然。

為何 SiC 模組受到市場高度關注？

碳化矽 (SiC) 將矽 (Si) 和碳 (C) 結合在一起，形成獨特的電學特性，更容易相容在各種不同的半導體應用中。矽的製造成本很低，製造技術也已廣為人知。與傳統矽器件相較之下，碳化矽無論是從技術上還是實踐上，都同樣可用於生產功率半導體元件。與矽相比，碳化矽是一種更有效的電導體。SiC 電源模組可以提高電流和電壓的轉換效率。市場上越來越多製造商發現 600-1,700V 的 SiC 功率器件可以快速有效地取代傳統的矽 (Si) 功率器件。

憑藉出色的效率特性，碳化矽功率半導體不僅有助於節省成本，而且能夠提高電動汽車充電器、太陽能轉換器、電動汽車和動力電子設備等多種應用的系統性能。因此，預計碳化矽功率半導體的需求量將大幅增加。

為什麼 IGBT 和 SiC 模組，成為電動車性能中的關鍵要角？

對於由電池驅動的電動汽車(BEV)而言，能源轉換效率只有 59%-62%，還有相當大的改進空間。儘管如此，該如何在動力系統中使用新型開關設備來提高電動汽車的性能，仍然是個難題。

Mordor Intelligence 的資料顯示，2020 年 IGBT 的市值為 60.47 億美元，預計到 2026 年將達到 110.1 億美元。IGBT 市值快速增加的另一個原因是電動汽車和混合動力汽車 (EV/HEV) 動力系統的電氣化發展。IGBT 可以顯著降低傳導損耗和開關損耗，從而直接影響車輛的整體效率。電動汽車在歐洲、北美和中國的熱銷為 IGBT 應用在基礎設施和電動汽車製造領域打下了堅實基礎。這些銷售佳績有助於進一步鞏固 IGBT 的市場地位。

隨著寬頻隙 (WBG) 材料在電動汽車及其他功率轉換設備中的應用越來越廣泛，最新一代的 SiC 模組為電動汽車的發展創造了更有利的條件。在高溫和重複應力環境下，它可能是最適合電動汽車的功率模組，不僅能夠提高效率，加快開關速度，還可以大大節省成本，大大縮小尺寸，以及大大降低能源消耗。

模組/包裝尺寸減小了 50% 以上。
滿負載時損耗降低 70%，低負載時損耗更低，因此在相同的負載範圍內可以使用更小的電池。
冷卻系統縮小了 40%，降低了滿負載時的損耗，使冷卻系統更加小巧
整個負載範圍內的可靠性得到提升

無論是IGBT 或 SiC，環旭電子已然蓄勢待發

環旭電子已經深耕汽車電子領域 40 餘年。憑藉敏捷且靈活的組織結構，環旭電子將推動自動化生產，不斷改進與電動汽車相關的動力總成製造和測試技術。

此外，近年來我們開始全球佈局，為歐洲、美國、日本等國家和地區的主要國際功率半導體供應商提供功率模組的組裝和測試服務。為此，環旭電子已經在 2022 年將電動汽車逆變器使用的 IGBT 模組投入量產，並預計在今年(2023)正式推出 SiC模組。

隨著電動汽車市場的快速增長，環旭電子將為客戶帶來一流的汽車解決方案。在未來 5 年內，電動汽車市場將繼續增長，為汽車車用電子業務帶來新的增長。無論客戶需要 IGBT 模組還是 SiC 模組，環旭電子都已經蓄勢待發，準備以完整的技術能力來滿足客戶的需求。