1202
当许多车厂从硅基功率电子产品转向碳化硅（SiC）技术时，是否还有第三条道路？
Ideal Power是双向双极结型晶体管半导体技术B-TRAN的发明者，总部位于Texas Austin，该公司认为，其硅基功率半导体可以支持电动车、可再生能源和电气化，而无需依赖SiC。
公司CEO Daniel Brdar声称，B-TRAN独特的双面双向交流开关比IGBT和MOSFET等传统功率半导体“性能大幅提高”。
据该公司称，基于B-TRAN功率开关的近期潜在市场包括输电、配电和电路保护，如可再生能源、储能系统、微电网和电动车充电中的固态断路器、继电器和接触器。
但不可否认的是，电动车是Ideal Power的重头戏。
Ideal Power解释说：”电动车动力传动系统需要电源开关，包括牵引逆变器、DC-DC转换器、车载充电器 (OBC) 和电路保护。B-TRAN可以将双向电路中的功率器件数量从4个减少到1个，从而将电动车的效率和续航能力提高7-10%。”
SiC和B-TRAN逆变器之间的比较如何？Brdar说：“根据我们与OEM的合作，我们发现基于B-TRAN的解决方案可以与纯SiC MOSFET逆变器的性能相媲美，同时将半导体成本降低35%以上。”
值得注意的是，当今的电动车和混合动力汽车仍在使用一些IGBT器件和SiC器件。这有助于Ideal Power利用B-TRAN器件打入电动车市场，即使车厂仍在使用SiC逆变器。
与Stellantis的合作
首先，这不仅仅是初创公司的空想。B-TRAN已获得Stellantis的青睐。
然而，当SiC的发展势头与汽车行业出了名的漫长设计周期相结合时，B-TRAN的发展潜力就会变得复杂起来。
Ideal Power与Stellantis的多年开发计划为B-TRAN带来了一些急需的信用备书。Stellantis资助Ideal Power开发定制的B-TRAN动力模块，用于其下一代电动车平台的动力传动系统。
在完成了两个阶段的开发协议后，Ideal Power正在进行第三阶段的工作。Brdar告诉说：“Stellantis已经决定用我们的测试计划用于车载认证。我们正在最终确定第三阶段的范围，最终将在2025年生产出可量产的模块。”
不走寻常路对于功率电子市场的许多人来说，B-TRAN仍然是一种未经验证的设备。Ideal Power采用的功率半导体架构是大多数厂商都未曾考虑过的。他们也没有真正接触过B-TRAN。
功率半导体经历了几十年的发展，从开放式纯硅到掺杂电阻硅，从二极管到MOSFET和IGBT。
Brdar说：“IGBT由来已久。MOSFET也有几十年的历史了。”他指出，简而言之，功率半导体行业已经很久没有出现新的架构了。
该行业是否已不思进取？但有一点很明显，它没有像Ideal Power那样认识到对新型硅架构的迫切需要。
Brdar解释说，新硅架构的想法来自于“需要解决制造更好的双向电源开关问题的人们”。
为什么是双向的？
Brdar解释说：“如果你要用电池做任何事情，你就必须控制能量的双向流动。”
电池有一个充电和放电周期。他解释说，从交流到直流以及从直流到交流的转换必须尽可能高效，否则就会浪费大量能量。
上市初创公司
凭借B-TRAN，Ideal Power成为硅基功率半导体市场上的新秀，严格说来是一家“初创公司”。然而，这家成立于2007年的公司已经成为一家上市公司。Brdar称Ideal Power为“上市初创公司”。
Ideal Power一开始专注于工业和商业能源存储。它与Sharp和Mercedes等解决方案供应商合作，向市场推出了使用传统IGBT的电源转换器解决方案。
就在那时，Ideal Power当时的CTO发明了B-TRAN，当时他正试图提高公司的电源转换器的效率。
Brdar解释说：“遗憾的是，商用和储能技术的发展耗时过长，理想动力公司的客户，如Sharp、Mercedes等解决方案供应商，都选择了退出这项业务。”
当时的电池公司还承诺，随着电动车的普及和电池容量的加速增长，成本将大幅降低。
此时，Ideal Power意识到，基于他们自己的B-TRAN的半导体机会“要比电源转换器业务大一个数量级”。因此，Ideal Power出售了其电源转换器业务，开始专注于半导体技术。
阻碍
问题在于，要改变SiC已是既定事实的工程界传统观念并非易事。许多公司在选择SiC时都认为硅已经达到了其性能极限。
在电动车功率电子领域，Ideal Power的优势在哪里？
Brdar说，在许多方面，“我们扮演着相当关键的角色”。他补充说：“我的意思是，我们的技术确实是为传动系统设计的。”
这一切都与大功率应用有关。Brdar解释说，B-TRAN最有可能取代SiC的应用领域是动力传动系统的逆变器和电池熔断器。
Brdar总结说，像Stellantis这样的OEM正在“寻找一种既能提高性能，又不需要SiC那样高成本的解决方案”。
成本问题
许多功率电子产品从业者对一年前Tesla引起的一场争议记忆犹新，当时这家电动车巨头宣布了一项“总体规划”，即“在下一代动力总成中减少75%的SiC器件”。
行业观察家认为Tesla的说法令人费解。在Tesla没有详细解释的情况下，人们对该声明有无数种解释。
Tesla可能要求在动力总成中增加集成度，减少SiC模块的器件数量。也可能是指用新材料取代SiC。一些分析师认为，Tesla未来将减少SiC器件，因为小型车不需要那么高的功率。
在各种猜测中，一个明确的共识是SiC太贵了。
随着Tesla对这一问题的验证，Yole Group的分析师预测，IDM将面临降低SiC成本的巨大压力。
从Tesla的评论中还可以推断出，Tesla可能会将SiC保留给更先进、更大功率的车型。
Brdar认为，Tesla暴露了一个基本困境：SiC成本太高，电动车无法广泛采用。
Brdar在演讲中说：“如果你拥有像B-TRAN这样的技术，你就可以降低成本，因为它不是SiC。B-TRAN还能提高车辆的续航能力，因为它能实现更高效的切换。他称B-TRAN非常适合“混合动力和纯电动车”。
双面晶圆
至于B-TRAN的制造，好消息是它可以使用传统节点的传统晶圆厂。
Brdar解释说，该公司在亚洲已经拥有一座合格的晶圆厂，在欧洲的另一座晶圆厂也正在等待认证。这两家公司都将从事代工。
据Brdar称，Stellantis已经选择了一家公司为传动系统应用封装器件。“下一阶段的工作实际上是引入Tier 1，使他们能够真正从我们这里获得器件，并将其应用到动力传动系统中”。
不过，Ideal Power必须与晶圆厂密切合作，晶圆厂“需要了解如何加工……双面晶圆的两面，这样他们才能生产出质量好、产量高的器件”，Brdar解释说。
为什么是双面？
该公司表示，B-TRAN架构要求双面。Brdar解释说：“因此，我们生产的一个器件可以取代目前使用的四个器件。你在每个方向上使用一对IGBT和二极管来制造传统的双向开关。我们的架构允许我们在一个器件中实现所有这四个器件的功能，但它需要是一个双面器件。”
B-TRAN不需要更精细的工艺节点。Brdar说：“B-TRAN使用的节点尺寸为‘几微米’，这样我们就能很好地对准特征。”
回顾过去，Brdar承认，Ideal Power在B-TRAN上面临的最大挑战之一是，“如何制造出一种高功率设备，使晶圆的正反两面都能紧密对准特征进行加工……同时实现更高的良率”。
今天，他说：“我们已经有了设备，现在正向客户发货，以便他们进行评估。它们达到或超过了预期的性能要求。
授权
最终，Ideal Power打算将B-TRAN技术授权给目前生产IGBT和MOSFET器件的功率电子芯片制造商。毕竟，在为电动车创造巨大市场的同时，车厂也不愿意依赖一家小型初创公司作为其关键部件的唯一供应商。
在被问及有关授权的问题时，Brdar说：“我们希望真正以客户为导向。Ideal Power的首要任务是获得车厂的认证。当我们的产量达到一定规模时，我们认为就可以进行更有成效的许可讨论。”
追求电动车和混合动力内部的功率电子需求是Ideal Power的理想。与SiC晶圆厂相比，B-TRAN的最大优势在于生产所需的投资要小得多。然而，Ideal Power面临的挑战是，它要与包括中国在内的公司竞争，这些公司已经加入了SiC浪潮，并在SiC器件生产方面做出了巨大的承诺。
下载ECAD模型
