天津大学：SiC及GaN器件及其在电气化交通系统中的应用

摘要： SiC和GaN器件在电气化交通系统中的应用正在不断扩大，‌尤其是在电动汽车领域，‌它们通过提高效率和性能，‌推动着交通电气化的进步。‌

专家介绍：

王议锋 -- 教授 / 博士生导师

先进电能变换与系统控制中心主，本硕博毕业于哈尔滨工业大学电力电子与电力传动专业，美国国家电力电子系统中心（CPES）高级访问学者。2014年至今，形成了30余人的科研团队，围绕半导体功率集成与封装、磁集成、高频软开关与电路拓扑、智能控制四个层面开展系列创新工作。坚持产-学-研-用相结合，主持省部级项目以及中国航天科工集团、中国航空工业集团、中国电科集团和国家电网等企业项目30余项，涵盖了以宽禁带半导体变流技术为基础的特种电源、新能源发电、电气化交通及交直流微电网相关技术、装备与系统，带领团队在民用、工业、军工和能源领域持续攻坚克难，实现了宽禁带电力电子装备高原、高寒、高机动和高性能应用；发表论文150余篇，授权发明专利18项、国际专利2项，获天津市科学技术进步一等奖、中国电源学会技术发明二等奖等科技奖励9项；IEEE senior Member, 中国电源学会理事，天津市电源学会副理事长，分布式发电及智能配电专委会委员等。

随着技术的进步，‌碳化硅（‌SiC）‌和氮化镓（‌GaN）‌器件在电动汽车中的应用预计将进一步增加。‌SiC在电动汽车逆变器、‌车载充电器（‌OBC）‌和DC-DC转换器中的应用，‌特别是在800V高电压平台的电动汽车中，‌预计将进一步增加。‌GaN以其超快的开关速度、‌高效率和小巧的尺寸，‌在电动汽车的高频率应用中展现出独特的优势，‌适用于无线充电、‌激光雷达（‌LiDAR）‌和音频放大器等应用，‌能在车载充电器（‌OBC）‌中实现更快的充电速度和更高的功率密度，‌从而减小OBC的尺寸和重量。‌此外，‌GaN技术在牵引逆变器中的应用有助于提高车辆的整体性能和续航里程，‌同时降低系统成本。‌随着GaN技术的成熟，‌其在电动汽车领域的应用正在逐步扩展，‌与SiC形成竞争的高性能应用。‌

这些趋势背后的关键器件是由化合物半导体制造而成，‌包括SiC材料、‌SiC功率器件和GaN射频（‌RF）‌器件。‌这些应用正在推动3D传感的应用，‌提高功率模块效率和更高频率的通信应用。‌所有这些新发展背后的关键器件都是由化合物半导体制造而成。‌

此外，‌电动汽车制造商和设计人员青睐于数字设计，‌以在不增加汽车成本的条件下提高电动汽车的功率输出和能效。‌这包括空调机组、‌真空或气动控制、‌线控驱动系统等的电气化转移，‌这些系统需要电子组件，‌包括众多半导体器件。‌鉴于先进的电池管理技术，‌还将有更多的半导体器件不断涌现。‌

尽管目前制造工艺限制了氮化镓和碳化硅的应用，‌因为这些工艺比广泛采用的硅制造工艺更昂贵、‌精度更低或能源密集，‌但随着技术的进步和成本的降低，‌SiC和GaN有望在电动汽车的更广泛应用中取代传统的硅基半导体。‌这不仅将推动电动汽车性能的进一步提升，‌也将加速电动汽车的普及，‌为减少道路部门的二氧化碳排放做出贡献。‌

来源：SIC碳化硅MOS管及功率模块的应用

*声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，宽禁带半导体技术创新联盟转载仅为了传达一种不同的观点，不代表本联盟对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系我们。

实务︱两种“具有变流功能的半导体模块”如何归类？

2017年版的《进出口税则》

中有两个税号列名

“具有变流功能的半导体模块”。

具体如下：

☟☟☟

具有变流功能的半导体模块

☑ 8504.4091

☑ 8542.3111

这两者之间

有何区别？

在进出口业务中

如何区分、判断？

本文将就

这些问题进行

深入探讨。

一

定义

具有变流功能的半导体模块是指对电能进行转换和控制的装置，通常由多个电力电子器件构成。其中的电力电子器件包括大功率二极管（PD）、晶闸管（SCR）、大功率晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）、功率场效应晶体管（P-MOSFET）和绝缘栅双型晶体管（IGBT）等。

具有变流功能的半导体模块必须具有变流（Convertion）功能，必须是由多个半导体器件组成的模块（Module）。此处的“变流”包括交流/直流变换（AC/DC）、直流/交流变换（DC/AC）、交流/交流变换（AC/AC）和直流/直流变换（DC/DC）。

二

特征

组成结构

具有变流功能的半导体模块常见的有两种类型：一种是只包含电力电子器件的半导体模块，另一种是同时包含电力电子器件和集成电路的半导体模块。

☞ 只包含电力电子器件的半导体模块

只包含电力电子器件的半导体模块用于电能的变换，这些器件构成电能的变换电路。电力电子器件通常包括大功率二极管、晶闸管、大功率晶体管、门极可关断晶闸管、功率场效应晶体管和绝缘栅双型晶体管等。

实例一

☑ IGBT模块

该模块由6组并联的绝缘栅双极晶体管（IGBT）和续流二极管（FWD），以及3个负温度系数热敏电阻器（NTC）组成，这些器件封装在同一壳体内。主要用于混合动力、纯电动或燃料电池汽车的逆变器，将直流电转换为交流电。

☞ 同时包含电力电子器件和集成电路的半导体模块

同时包含电力电子器件和集成电路的半导体模块具有电能变换和控制功能，既有电能变换电路，又有控制电路、保护电路、检测诊断电路等。其中的变换电路由电力电子器件组成，控制电路（信号处理系统）等通常做成集成电路的形式，然后与分别制造的电力电子器件封装在同一壳体内。

实例二

☑ 功率模块（W2010-023）

该模块包含6个晶体管、6个二极管、4块集成电路以及3个电阻和其他无源元件（包括一个热敏电阻）。上述元件经分别制造后装配在铜引线框架上，通过金属引线连接，由塑料树脂封装。该模块以通断电流的方式为三相电机供电。主要应用于洗衣机和空调机等消费电器的电能变换。

功能

具有变流功能的半导体模块必须具有变流功能或变流与控制功能，能够对电网的功率、电流、频率和相位等参数进行精确的控制和有效处理。具体的“变流”包括四种形式：

➀ 交流/直流变换是把交流电变换成电压固定或可调的直流电，通常称为整流。

➁ 直流/交流变换是把直流电变换成频率固定或可调的交流电，通常称为逆变。

➂ 交流/交流变换是把频率、电压固定或变化的交流电直接变换成频率、电压可调或固定的交流电。

➃ 直流/直流变换是把固定或变化的直流电压变换成可调或恒定的直流电压。

封装结构

具有变流功能的半导体模块通常将所有电力电子器件和集成电路封装在一个塑料壳内。

封装过程：不同的电子器件经分别制造后，装配在铜引线框架上，相互之间经连接后再由塑料树脂封装而成，其外部有引脚线（也称“金属脚”）可与其他电路连接，对于大功率的模块还带有散热装置（如散热片）。

已封装好的IGBT模块。

用途

具有变流功能的半导体模块应用非常广泛，只要使用电能的行业均可用到此类模块。

例如，在工业与生产中主要用于电动机调速、电解、电镀、电加热、电气焊接等；在家用电器中主要用于空调器、电冰箱、各种通信设备等；在交通与运载设备中主要用于电动汽车、铁道车辆、船舶、飞机、航空器等；在电力系统主要用于高压直流输电、定制电力配电、新能源发电（风力发电、太阳能发电等）、电能储存系统等；国防与科技中主要用于武器装备、粒子加速器等。

三

归类

“具有变流功能的半导体模块”在归类时，一般要从其组成结构 （例如，由哪些电力电子器件构成，是否包含集成电路）、功能 （是否具有变流功能）、封装结构 （是否封装在同一壳体内）和用途 方面综合考虑其归类。

2017年版《进出口税则》

新增了

“第八十五章注释九（二）4”：

☟☟☟

4．多元件集成电路（MCOs）

由一个或多个单片、混合或多芯片集成电路以及下列至少一个元件组成：硅基传感器、执行器、振荡器、谐振器或其组件所构成的组合体，或者具有品目85.32、85.33、85.41所列货品功能的元件，或品目85.04的电感器。其像集成电路一样实际上不可分割地组合成一体，作为一种元件，通过引脚、引线、焊球、底面触点、凸点或导电压点进行连接，组装到印刷电路板（PCB）或其它载体上。

归入品目85.42的商品必须符合“第八十五章注释九（二）4”的多元件集成电路（MCOS）的条件。

归入子目8542.3111

归入子目8542.3111“具有变流功能的半导体模块”必须符合“第八十五章注释九（二）4”的多元件集成电路（MCOS）的条件，其壳体内除了包含电力电子器件外还必须包括集成电路（IC），这些器件必须是封装在同一壳体内。

例如，上述实例二，功率模块（W2010-023），其包括多个电力电子器件和集成电路，具有变流功能，与电力电子器件封装在同一壳体内，应归入子目8542.3111。

归入子目8504.4091

不符合“第八十五章注释九的九（二）4”的多元件集成电路（MCOS）条件的其他“具有变流功能的半导体模块”则归入子目8504.4091。通常它们不包含集成电路。

例如，上述实例一，IGBT模块。它由多个电力电子器件构成，本身不包含集成电路，不符合第八十五章注释九的九（二）4多元件集成电路（MCOS）的条件，具有变流功能（将直流电转换为交流电），各器件封装在同一壳体内，应归入子目8504.4091。

还应注意，有时在实际工作中遇到的具体商品是：多个电力电子器件与集成电路并不是封装在同一壳体内，而是只装于印刷电路上，虽然它具有变流功能也不能归入子目8542.3111或子目8504.4091。

文：上海海关学院 温朝柱

编辑、发布：高扬

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