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中恒微应用于新能源领域的SiC功率器件方案

时间:2025-09-25

在全球“双碳” 目标驱动下,新能源产业正迎来爆发式增长,而功率器件作为能源转换与传输的核心 “心脏”,其性能升级直接决定了新能源系统的效率、可靠性与成本控制能力。SiC功率器件凭借其卓越的材料特性,正加速成为新能源领域功率器件的主流选择。中恒微凭借对新能源市场需求的深刻洞察和强大的技术实力,打造了覆盖储能、充电桩、换电、光伏、AIDC、SST等多领域的 SiC 功率器件产品组合,助力新能源产业发展。

一、新能源领域对功率器件的要求及 SiC 功率器件的应用优势

(一)新能源领域对功率器件的核心要求

新能源领域的工况特殊性,对功率器件提出多维度严苛要求,可概括为五大方向:

1

高效率

新能源系统(如光伏逆变器、储能PCS、快充桩)的能量转换效率直接影响整体经济性,功率器件需在全工况范围内保持低损耗,以提升系统效率。

2

高可靠性

新能源设备多部署于户外(如光伏电站、充电桩)或长期连续运行(如储能系统、换电站),功率器件需具备优异的耐高温、耐高压、耐振动性能,确保长期稳定工作。

3

高功率密度

随着新能源设备向小型化、集成化发展,功率器件需在更小的体积内实现更高的功率输出,以减少设备占地面积和安装成本。

4

快速动态响应

在储能调频、电网并网等场景中,功率器件需具备快速的开关响应速度,以满足系统对动态调节的需求。

5

低成本

虽然新能源产业对性能要求高,但成本仍是商业化推广的关键因素,功率器件需在保证性能的同时,具备良好的成本效益。

(二)SiC 功率器件在新能源领域的应用优势

相较于传统Si 基功率器件,SiC 功率器件凭借其独特的材料特性,完美契合新能源领域对功率器件的核心要求,在新能源各领域形成显著应用优势:

1

光伏领域

低开关损耗可使组串式逆变器效率突破99%,提升发电收益;高频特性还能缩小滤波元件体积,适配光伏阵列宽幅输入电压,简化系统设计。

2

储能领域

耐高压特性适配高电压储能系统,降低储能变流器(PCS)功率损耗,提升充放电效率;同时高温稳定性减少冷却系统成本,延长储能系统整体寿命。

3

充电桩领域

低导通损耗支撑120kW + 快充功率,快充场景中表现更优,大幅缩短充电时长;高频化设计让桩体整体体积缩小30% 以上,节省安装空间,同时减少电网谐波干扰,适配小区、商场等复杂电网环境,避免充电中断。

4

换电领域

优异的高低温稳定性可应对北方严寒、南方高温等复杂工况,减少功率模块故障概率,降低运维成本,保障换电系统连续可靠运行,进一步降低换电站的运营成本。


中恒微凭借旗下的产品组合,能够为所有这些应用提供支持,为稳定运行提供核心支撑。针对每种电压和功率层级均能提供可靠解决方案,充分满足各领域客户的不同需求。

二、中恒微应用于新能源领域的SiC功率模块

中恒微针对储能系统、充电桩、换电等领域的需求,推出了Drive Z62 封装和Drive ED3 封装的 SiC 功率模块,这两款模块在工艺设计和材料选择上均采用了行业领先的技术,确保了模块的高性能、高可靠性和长寿命。

(一)低温无压纳米银烧结

中恒微采用低温无压纳米银烧结技术,烧结温度低至250℃,实现了“低温烧结、高温服役” 的突破。具有以下优势:

1

高温服役

烧结层熔点恢复至银的常规熔点(961℃),理论稳定服役最高温度可达384.4℃,与传统软钎焊相比,大幅提高器件寿命,热传导率提高3 倍,烧结层厚度减少 60%-70%。

2

高机械强度与导热性

烧结层可在 200℃以上环境长期稳定工作热导率可达 330W/m・K。同时,芯片粘接强度超过50MPa,保证在新能源严苛工况下稳定连接,避免传统焊料在高温下的退化风险。

3

兼容薄型化设计

烧结层厚度可控制在20-30μm,显著优于锡焊90μm,支持芯片与基板的紧密贴合,为高密度封装提供可能。

4

工艺稳定

通过梯度预热和真空环境控制,抑制了银膏固化过程中的气泡生成,确保烧结层的致密度和均匀性。


中恒微无压纳米银烧结Z62模块贴装及X-RAY示意图


(二)铜线键合

针对SiC 芯片高功率密度需求,中恒微开发了两种铜线键合方案,实现12-20mil 铜线的可靠连接

1

银烧结辅助键合

在芯片表面预烧结固定尺寸的铜片,形成过渡层,再进行12-20mil 铜线键合。该方案利用银烧结层的高导电性和延展性,缓解铜线与芯片的应力差异,提升键合抗拉强度和延伸特性。


芯片镀铜及铜线键合技术示意图


2

芯片表面铜化技术

在芯片表面电镀铜箔,直接实现12-15mil 铜线键合。此方案通过材料匹配优化,降低接触电阻(较铝线键合降低约 30%),减少产热并提升电流承载能力。



芯片镀铜及铜线键合技术示意图

两种方案均通过超声波焊接工艺实现端子连接,较传统焊接降低30% 寄生电感,显著减少信号干扰和能量损耗,尤其适用于新能源系统的高频开关场景。

(三)Si₃N₄ AMB基板

中恒微选用Si₃N₄ AMB基板,其性能参数与SiC 芯片高度搭配:

1

高热导率与低热膨胀

Si3N4 陶瓷热导率达80-90W/m・K(是 Al₂O₃基板的 3 倍),热膨胀系数与 SiC 芯片高度匹配,有效抑制热应力导致的界面开裂AMB 工艺形成的铜 - 瓷结合强度远超传统 DBC 基板,可满足高载流需求。

2

高机械强度与抗热震性

Si₃N₄基板抗弯强度是 Al₂O₃基板的 2 倍以上,配合AMB 工艺的低空洞率。在光伏储能等高频开关场景中,该基板可有效抑制陶瓷开裂风险,确保模块在10 万次以上温度循环后仍保持稳定性能。

3

集成化设计

AMB 基板可直接集成 NTC 温度传感器,实现实时温度监测与热管理闭环控制。


Si₃N₄ AMB 基板

(四)产品可靠性参考标准



三、Drive Z62封装SiC功率模块产品介绍



产品型号

2B005E120T1P   2B005D120T1P

2B004E120T1P   2B004D120T1P

2B003E120T1P   2B003D120T1P

2B002E120T1P   2B002D120T1P


拓扑结构:Half-Bridge

产品特点

01

纳米银烧结

02

功率端子超声波焊接

03

低开关损耗

04

低导通电阻

05

高功率密度

06

高开关速度

07

Tvjop=175°C


产品列表




、Drive ED3封装SiC功率模块产品介绍




产品型号

2E005E120T1P    2E003E120T1P

2E003D120T1P    2E002E120T1P

2E002D120T1P    2E003E120T2P

2E003D120T2P    2E002E120T2P

2E002D120T2P    2E004E170T1P

2E003E170T1P    2E002E170T1P

2E005E200T1P


拓扑结构:Half-Bridge

产品特点

01

纳米银烧结

02

集成NTC温度传感器

03

功率端子超声波焊接

04

低开关损耗

05

低导通电阻

06

高功率密度

07

高开关速度

08

Tvjop=175°C


产品列表



、TO-247-3L封装SiC MOSFET产品介绍


同时,针对新能源领域的应用,中恒微也提供SiC 单管的解决方案。

TO-247-3L封装SiC MOSFET


产品型号

ZM028S120C

ZM040S120C

ZM080S120C


拓扑结构:Single die



产品特点

01

高阻断电压

02

低导通电阻

03

低电感设计 

04

纳米银烧结


产品列表

中恒微深耕新能源应用,构建起全面的 SiC 器件解决方案组合,凭借高性能、高可靠性的核心优势,适配多样需求。目前,公司已与多家行业一流客户建立深度合作关系,通过定制化技术支撑、全周期服务响应及协同开发,精准解决客户技术痛点,有力助推客户产品升级与效率提升,为新能源产业的规模化、高质量发展提供坚实保障。

合肥中恒微半导体有限公司

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