2014年05月30日09:37
【相关新闻】
日本Dynatech的自动刹车试验系统，可模拟与过马路行人同步及碰撞
丰田在2014年5月20日面向新闻媒体的说明会上，宣布与电装、丰田中央研究所合作开发出了SiC功率半导体。在丰田指挥SiC功率半导体开发的丰田第3电子开发部部属主任担当部长滨田公守说：“我们要领先行业，率先（为量产车）配备（SiC功率半导体）。”
丰田的滨田介绍在量产车中配备SiC功率半导体的计划
丰田计划在2020年之前，为混合动力车等的动力控制单元（PCU）配备SiC功率半导体。将在今后1年内，开始试制车的公路行驶测试。2013年12月，已在广濑工厂（爱知县丰田市）建设了SiC功率半导体专用试制开发生产线。
丰田为将配备于新一代汽车上的器件技术举行说明会是异乎寻常的。由此可窥知，其对SiC功率半导体寄予的厚望，和要加快晶圆和工艺设备等周边技术开发的强烈意愿。
燃效可提高10％，PCU体积可缩小到1/5
SiC是以SiC（碳化硅）取代现行的Si（硅）材料的新一代功率半导体。SiC是介电击穿强度大于Si的“宽禁带半导体”的一种。其作为功率半导体材料与Si相比有多项优点。例如，SiC功率半导体的电力损失可减少到Si功率半导体的约1/10，驱动频率可以提高到约10倍等。
这些优点能给汽车带来莫大的好处。最近，1辆混合动力车使用的半导体换算成6英寸（150mm）晶圆已经超过了两片。丰田表示，PCU用功率半导体占到了其中的25％以上。结果是PCU用功率半导体的损耗约占了混合动力车电力损耗的20％。
丰田认为，通过采用SiC功率半导体，混合动力车的燃效能够提高约10％。具体来说，只需把PCU配备的Si二极管置换成SiC二极管，将Si晶体管（IGBT：insulated gate bipolar transistor）置换成SiC MOSFET，就有望达到燃效提高10％的效果。
并且，利用能提高驱动频率的优势，还可以大幅缩小PCU的体积。因为若驱动频率提高，则电感器、电容器等占PCU体积约40％的被动元件将可以实现小型化。丰田还提出了积极的计划，表示将来要使PCU的体积缩小到现在的约1/5。
配备Si功率半导体的现行PCU（右）与采用SiC功率半导体后力争实现的尺寸（左）
课题是降低成本
SiC功率半导体在家电、铁路、工业设备等领域开始投入实用。三菱电机领先业界为家电了配备SiC功率半导体：在2010年为空调配备了SiC二极管。其2011年投产了铁路车辆用SiC二极管，2012年由东京地铁银座线车辆所采用。
丰田等三家公司合作开发的集成SiC晶体管的4英寸（100mm）晶圆（左）与集成了SiC二极管的4英寸晶圆（右）
相对于这些应用，汽车从两个意义上都可谓是SiC功率半导体的“主轴”：第一是市场规模大，产业覆盖面广。第二是技术门槛高于其他应用。
关于第二点，丰田自己也承认，要在量产车上配备就必须攻克降低成本等课题。由SiC晶圆的大口径化降低成本就是其中一个方法。丰田此次使用4英寸（100mm）晶圆试制了SiC功率半导体，量产阶段准备采用6英寸晶圆。除了成本之外，要为混合动力车的心脏部分采用SiC等新材料，确保长期可靠性也将成为一个重大课题。
不管怎么说，丰田此次异乎寻常的发布无疑将会加快车载SiC功率半导体技术的开发。（作者：大下 淳一，日经技术在线！供稿）
