965
當許多車廠從硅基功率電子產(chǎn)品轉向碳化硅（SiC）技術時，是否還有第三條道路？?
Ideal Power是雙向雙極結型晶體管半導體技術B-TRAN的發(fā)明者，總部位于Texas Austin，該公司認為，其硅基功率半導體可以支持電動車、可再生能源和電氣化，而無需依賴SiC。
公司CEO Daniel Brdar聲稱，B-TRAN獨特的雙面雙向交流開關比IGBT和MOSFET等傳統(tǒng)功率半導體“性能大幅提高”。
據(jù)該公司稱，基于B-TRAN功率開關的近期潛在市場包括輸電、配電和電路保護，如可再生能源、儲能系統(tǒng)、微電網(wǎng)和電動車充電中的固態(tài)斷路器、繼電器和接觸器。
但不可否認的是，電動車是Ideal Power的重頭戲。
Ideal Power解釋說：”電動車動力傳動系統(tǒng)需要電源開關，包括牽引逆變器、DC-DC轉換器、車載充電器 (OBC) 和電路保護。B-TRAN可以將雙向電路中的功率器件數(shù)量從4個減少到1個，從而將電動車的效率和續(xù)航能力提高7-10%。”
SiC和B-TRAN逆變器之間的比較如何？Brdar說：“根據(jù)我們與OEM的合作，我們發(fā)現(xiàn)基于B-TRAN的解決方案可以與純SiC MOSFET逆變器的性能相媲美，同時將半導體成本降低35%以上?！?/p>
值得注意的是，當今的電動車和混合動力汽車仍在使用一些IGBT器件和SiC器件。這有助于Ideal Power利用B-TRAN器件打入電動車市場，即使車廠仍在使用SiC逆變器。
與Stellantis的合作??
首先，這不僅僅是初創(chuàng)公司的空想。B-TRAN已獲得Stellantis的青睞。?
然而，當SiC的發(fā)展勢頭與汽車行業(yè)出了名的漫長設計周期相結合時，B-TRAN的發(fā)展?jié)摿蜁兊脧碗s起來。
Ideal Power與Stellantis的多年開發(fā)計劃為B-TRAN帶來了一些急需的信用備書。Stellantis資助Ideal Power開發(fā)定制的B-TRAN動力模塊，用于其下一代電動車平臺的動力傳動系統(tǒng)。
在完成了兩個階段的開發(fā)協(xié)議后，Ideal Power正在進行第三階段的工作。Brdar告訴說：“Stellantis已經(jīng)決定用我們的測試計劃用于車載認證。我們正在最終確定第三階段的范圍，最終將在2025年生產(chǎn)出可量產(chǎn)的模塊?！?/p>
不走尋常路????對于功率電子市場的許多人來說，B-TRAN仍然是一種未經(jīng)驗證的設備。Ideal Power采用的功率半導體架構是大多數(shù)廠商都未曾考慮過的。他們也沒有真正接觸過B-TRAN。
功率半導體經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，從開放式純硅到摻雜電阻硅，從二極管到MOSFET和IGBT。
Brdar說：“IGBT由來已久。MOSFET也有幾十年的歷史了?！彼赋?，簡而言之，功率半導體行業(yè)已經(jīng)很久沒有出現(xiàn)新的架構了。
該行業(yè)是否已不思進??？但有一點很明顯，它沒有像Ideal Power那樣認識到對新型硅架構的迫切需要。
Brdar解釋說，新硅架構的想法來自于“需要解決制造更好的雙向電源開關問題的人們”。
為什么是雙向的？
Brdar解釋說：“如果你要用電池做任何事情，你就必須控制能量的雙向流動?！?/p>
電池有一個充電和放電周期。他解釋說，從交流到直流以及從直流到交流的轉換必須盡可能高效，否則就會浪費大量能量。
上市初創(chuàng)公司??
憑借B-TRAN，Ideal Power成為硅基功率半導體市場上的新秀，嚴格說來是一家“初創(chuàng)公司”。然而，這家成立于2007年的公司已經(jīng)成為一家上市公司。Brdar稱Ideal Power為“上市初創(chuàng)公司”。
Ideal Power一開始專注于工業(yè)和商業(yè)能源存儲。它與Sharp和Mercedes等解決方案供應商合作，向市場推出了使用傳統(tǒng)IGBT的電源轉換器解決方案。?
就在那時，Ideal Power當時的CTO發(fā)明了B-TRAN，當時他正試圖提高公司的電源轉換器的效率。
Brdar解釋說：“遺憾的是，商用和儲能技術的發(fā)展耗時過長，理想動力公司的客戶，如Sharp、Mercedes等解決方案供應商，都選擇了退出這項業(yè)務。”
當時的電池公司還承諾，隨著電動車的普及和電池容量的加速增長，成本將大幅降低。
此時，Ideal Power意識到，基于他們自己的B-TRAN的半導體機會“要比電源轉換器業(yè)務大一個數(shù)量級”。因此，Ideal Power出售了其電源轉換器業(yè)務，開始專注于半導體技術。
阻礙?????
問題在于，要改變SiC已是既定事實的工程界傳統(tǒng)觀念并非易事。許多公司在選擇SiC時都認為硅已經(jīng)達到了其性能極限。
在電動車功率電子領域，Ideal Power的優(yōu)勢在哪里？
Brdar說，在許多方面，“我們扮演著相當關鍵的角色”。他補充說：“我的意思是，我們的技術確實是為傳動系統(tǒng)設計的?！?/p>
這一切都與大功率應用有關。Brdar解釋說，B-TRAN最有可能取代SiC的應用領域是動力傳動系統(tǒng)的逆變器和電池熔斷器。
Brdar總結說，像Stellantis這樣的OEM正在“尋找一種既能提高性能，又不需要SiC那樣高成本的解決方案”。
成本問題?
許多功率電子產(chǎn)品從業(yè)者對一年前Tesla引起的一場爭議記憶猶新，當時這家電動車巨頭宣布了一項“總體規(guī)劃”，即“在下一代動力總成中減少75%的SiC器件”。
行業(yè)觀察家認為Tesla的說法令人費解。在Tesla沒有詳細解釋的情況下，人們對該聲明有無數(shù)種解釋。
Tesla可能要求在動力總成中增加集成度，減少SiC模塊的器件數(shù)量。也可能是指用新材料取代SiC。一些分析師認為，Tesla未來將減少SiC器件，因為小型車不需要那么高的功率。
在各種猜測中，一個明確的共識是SiC太貴了。
隨著Tesla對這一問題的驗證，Yole Group的分析師預測，IDM將面臨降低SiC成本的巨大壓力。
從Tesla的評論中還可以推斷出，Tesla可能會將SiC保留給更先進、更大功率的車型。
Brdar認為，Tesla暴露了一個基本困境：SiC成本太高，電動車無法廣泛采用。
Brdar在演講中說：“如果你擁有像B-TRAN這樣的技術，你就可以降低成本，因為它不是SiC。B-TRAN還能提高車輛的續(xù)航能力，因為它能實現(xiàn)更高效的切換。他稱B-TRAN非常適合“混合動力和純電動車”。
雙面晶圓?????
至于B-TRAN的制造，好消息是它可以使用傳統(tǒng)節(jié)點的傳統(tǒng)晶圓廠。
Brdar解釋說，該公司在亞洲已經(jīng)擁有一座合格的晶圓廠，在歐洲的另一座晶圓廠也正在等待認證。這兩家公司都將從事代工。
據(jù)Brdar稱，Stellantis已經(jīng)選擇了一家公司為傳動系統(tǒng)應用封裝器件?！跋乱浑A段的工作實際上是引入Tier 1，使他們能夠真正從我們這里獲得器件，并將其應用到動力傳動系統(tǒng)中”。
不過，Ideal Power必須與晶圓廠密切合作，晶圓廠“需要了解如何加工……雙面晶圓的兩面，這樣他們才能生產(chǎn)出質量好、產(chǎn)量高的器件”，Brdar解釋說。
為什么是雙面？??
該公司表示，B-TRAN架構要求雙面。Brdar解釋說：“因此，我們生產(chǎn)的一個器件可以取代目前使用的四個器件。你在每個方向上使用一對IGBT和二極管來制造傳統(tǒng)的雙向開關。我們的架構允許我們在一個器件中實現(xiàn)所有這四個器件的功能，但它需要是一個雙面器件?！?/p>
B-TRAN不需要更精細的工藝節(jié)點。Brdar說：“B-TRAN使用的節(jié)點尺寸為‘幾微米’，這樣我們就能很好地對準特征?！?/p>
回顧過去，Brdar承認，Ideal Power在B-TRAN上面臨的最大挑戰(zhàn)之一是，“如何制造出一種高功率設備，使晶圓的正反兩面都能緊密對準特征進行加工……同時實現(xiàn)更高的良率”。
今天，他說：“我們已經(jīng)有了設備，現(xiàn)在正向客戶發(fā)貨，以便他們進行評估。它們達到或超過了預期的性能要求。
授權??????
最終，Ideal Power打算將B-TRAN技術授權給目前生產(chǎn)IGBT和MOSFET器件的功率電子芯片制造商。畢竟，在為電動車創(chuàng)造巨大市場的同時，車廠也不愿意依賴一家小型初創(chuàng)公司作為其關鍵部件的唯一供應商。
在被問及有關授權的問題時，Brdar說：“我們希望真正以客戶為導向。Ideal Power的首要任務是獲得車廠的認證。當我們的產(chǎn)量達到一定規(guī)模時，我們認為就可以進行更有成效的許可討論。”
追求電動車和混合動力內(nèi)部的功率電子需求是Ideal Power的理想。與SiC晶圓廠相比，B-TRAN的最大優(yōu)勢在于生產(chǎn)所需的投資要小得多。然而，Ideal Power面臨的挑戰(zhàn)是，它要與包括中國在內(nèi)的公司競爭，這些公司已經(jīng)加入了SiC浪潮，并在SiC器件生產(chǎn)方面做出了巨大的承諾。
下載ECAD模型
