文章來(lái)源：電子工程世界

作者：湯宏琳

就在我們還沉浸在Si器件帶來(lái)的低成本紅利時(shí)，很多關(guān)鍵型應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始擁抱SiC了。

雖然SiC成本還有些略高，但它卻有著自己得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：與Si相比，SiC介電擊穿場(chǎng)強(qiáng)高10倍、電子飽和速度高2倍、能帶隙高3倍和熱導(dǎo)率高3倍。

正因如此，SiC功率器件能夠提供Si半導(dǎo)體無(wú)法達(dá)到的革命性性能，特別適合新能源、汽車(chē)、5G通信應(yīng)用中對(duì)于高功率密度、高電、高頻率、高效率、以及高導(dǎo)熱率的應(yīng)用需求。

隨著外延工藝的提升和成本的下降，SiC成了半導(dǎo)體領(lǐng)域炙手可熱的當(dāng)紅材料，被稱(chēng)為商業(yè)前景最明朗的半導(dǎo)體材料之一，堪稱(chēng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)內(nèi)新一代“黃金賽道”，其應(yīng)用市場(chǎng)也在飛速拓展中。

據(jù)安森美半導(dǎo)體電源方案部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理王利民介紹，僅2017年到2022年間，SiC市場(chǎng)年均復(fù)合增長(zhǎng)率將高達(dá)35%，預(yù)計(jì)到2022年其市場(chǎng)容量將超過(guò)10億美元。

功率因數(shù)校正(PFC)、電動(dòng)/混動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)/混動(dòng)汽車(chē)基礎(chǔ)設(shè)施、光伏、不間斷電源(UPS)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、鐵路、風(fēng)能等領(lǐng)域都是SiC大展拳腳的應(yīng)用空間。

四大戰(zhàn)略市場(chǎng)，布局未來(lái)

那么究竟哪塊市場(chǎng)是SiC最先起飛的賽道呢？又有哪些是SiC器件重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域呢？且讓我們跟著安森美半導(dǎo)體的腳步來(lái)看看。

王利民介紹，作為深耕電源應(yīng)用領(lǐng)域多年的供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體正在開(kāi)發(fā)完整的器件生態(tài)系統(tǒng)，以支持寬禁帶電源設(shè)計(jì), 包括SiC二極管和SiC MOSFET、GaN HEMT、 SiC和GaN驅(qū)動(dòng)器及集成模塊等，

這些器件將重點(diǎn)關(guān)注四大應(yīng)用市場(chǎng)：電動(dòng)汽車(chē)(EV)/混動(dòng)汽車(chē)(HEV)、5G 電源和開(kāi)關(guān)電源(SMPS)、電動(dòng)汽車(chē)充電器/樁和太陽(yáng)能逆變器。

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電動(dòng)汽車(chē)(EV)/混動(dòng)汽車(chē)(HEV)

電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展速度有目共睹，在汽車(chē)主驅(qū)逆變器、車(chē)載充電(OBC)和DC-DC級(jí)等應(yīng)用中使用SiC器件，可以大大提升效率，增加續(xù)航能力。因而汽車(chē)應(yīng)用成了SiC器件的主要驅(qū)動(dòng)力之一，約占整個(gè)SiC總體市場(chǎng)容量60%左右。

無(wú)論從用戶(hù)體驗(yàn)，還是從車(chē)廠基于續(xù)航里程報(bào)價(jià)的角度考慮，能效提升、續(xù)航里程的增加無(wú)疑為電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)開(kāi)拓起著重要作用，因而目前幾乎所有做主驅(qū)逆變器的廠家都在研究SiC作為主驅(qū)方向。

同時(shí)，在車(chē)載充電(OBC)和DC-DC級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域，絕大部分廠家也在使用SiC實(shí)現(xiàn)高效、高壓和高頻率的應(yīng)用。

此外，美國(guó)加利福尼亞州已簽署行政命令，到2030年要實(shí)現(xiàn)500萬(wàn)輛電動(dòng)車(chē)上路的目標(biāo)；

歐洲也有電動(dòng)汽車(chē)全部替換燃油車(chē)的時(shí)間表；

而在中國(guó)各大一線城市，電動(dòng)汽車(chē)可以零費(fèi)用上牌。

這一系列政策都推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)的大幅增長(zhǎng)，而電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于高壓、高頻率和高效率器件的需求也推動(dòng)了SiC市場(chǎng)的大幅增長(zhǎng)。

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5G電源和開(kāi)關(guān)電源(SMPS)領(lǐng)域

傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域在Boost電路及高壓電源應(yīng)用中，對(duì)功率密度一直有著持之以恒的追求。從最早通信電源，到現(xiàn)在5G通信電源、云數(shù)據(jù)中心電源，都對(duì)能效有非常高的要求。

SiC器件高達(dá)98%的能效，完美契合了電源和5G電源市場(chǎng)發(fā)展，在這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域也有不俗的表現(xiàn)。

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電動(dòng)汽車(chē)充電器/樁

新基建、內(nèi)循環(huán)等一系列策略都在快速地帶動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)充電樁的發(fā)展。充電樁的實(shí)現(xiàn)方案有很多種，現(xiàn)在消費(fèi)者最感興趣的就是直流快充，直流快充的充電樁需要非常大的充電功率以及非常高的充電效率，這些都需要通過(guò)高電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因而隨著功率和速度要求的提高，越來(lái)越多的充電樁方案將使用SiC MOSFET，自然電動(dòng)汽車(chē)充電樁也是安森美半導(dǎo)體SiC器件重點(diǎn)關(guān)注市場(chǎng)之一。

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太陽(yáng)能逆變器

SiC在太陽(yáng)能逆變器領(lǐng)域的使用量也很大，且市場(chǎng)在蓬勃發(fā)展，王利民介紹，目前全球1%的電力來(lái)自太陽(yáng)能，預(yù)計(jì)未來(lái)10-15年將達(dá)到15%的能源來(lái)自太陽(yáng)能。

據(jù)悉，中國(guó)國(guó)家能源局(NEA)設(shè)定了清潔能源目標(biāo)，到2030年滿(mǎn)足中國(guó)20%的能源需求。同時(shí)，歐盟也設(shè)定目標(biāo)，到2020年，能效提高20%，二氧化碳排放量降低20%，可再生能源達(dá)到20%。

政策驅(qū)動(dòng)使得越來(lái)越多的SiC器件應(yīng)用于太陽(yáng)能逆變器Boost電路，并且隨著太陽(yáng)能逆變器成本的優(yōu)化，越來(lái)越多的廠商將會(huì)使用SiC MOSFET作為主逆變的器件，來(lái)替換原來(lái)的三電平逆變器控制的復(fù)雜電路。

SiC器件如何使用？安森美半導(dǎo)體懂你

面對(duì)當(dāng)前的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，SiC產(chǎn)品的高效率、高能效、高功率密度、高壓誠(chéng)然非常有吸引力，但成本也是客戶(hù)不得不考慮的問(wèn)題。

對(duì)此，安森美半導(dǎo)體在提供全球領(lǐng)先可靠性的前提下，能夠提供集成制造和無(wú)與倫比的規(guī)模推動(dòng)卓越的成本結(jié)構(gòu)。同時(shí)還提供全球快速響應(yīng)的供應(yīng)鏈服務(wù)和廣泛的可選產(chǎn)品陣容。

可靠性是器件使用的前提條件，王利民表示，安森美半導(dǎo)體SiC器件擁有領(lǐng)先的可靠性，且全部器件都符合車(chē)規(guī)。

在半導(dǎo)體高溫高濕反偏老化測(cè)試(H3TRB)中，同樣測(cè)試條件下，安森美半導(dǎo)體SiC二極管可以通過(guò)1000小時(shí)的可靠性測(cè)試，而在實(shí)際測(cè)試中，安森美半導(dǎo)體還會(huì)將這個(gè)測(cè)試延長(zhǎng)至2000小時(shí)，足以體現(xiàn)其SiC器件可靠性之高。

高性?xún)r(jià)比也是安森美半導(dǎo)體SiC器件的特性之一，其SiC MOSFET和二極管都是接近理想的開(kāi)關(guān)器件，能夠很好地結(jié)合Rds_on和低開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)支持更高電壓（>600V）。

對(duì)此，王利民給出了一組理論上的對(duì)比數(shù)據(jù)：當(dāng)同樣達(dá)到1200V擊穿電壓時(shí)，各個(gè)器件要達(dá)到同樣效率所需面積的對(duì)比。

此外，在方案中，如果將Si方案替換成SiC，其體積、功率密度以及整體BOM成本都會(huì)得到優(yōu)化。如下圖所示。

同時(shí)，為了助力工程師快速將SiC器件應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，安森美半導(dǎo)體還提供了基于其應(yīng)用專(zhuān)長(zhǎng)創(chuàng)建的完整解決方案，其中包括單管方案、模塊方案以及各種電動(dòng)車(chē)和混動(dòng)車(chē)的車(chē)載充電器方案，并為這些方案提供整套電路圖紙、BOM、Demo以及方案專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)的鼎力支持。

安森美半導(dǎo)體能夠提供完整的器件生態(tài)系統(tǒng)，以支持寬禁帶電源設(shè)計(jì), 包括SiC二極管和SiC MOSFET、GaN HEMT、 SiC和GaN驅(qū)動(dòng)器及集成模塊，全部器件或模塊都滿(mǎn)足汽車(chē)規(guī)范。

浪涌和雪崩是SiC二極管強(qiáng)固性主要表現(xiàn)之一。王利民介紹，在大幅提高效率同時(shí)，SiC二極管還有一個(gè)設(shè)計(jì)痛點(diǎn)，即不管在Boost 電路還是在PFC電路中，SiC二極管都要扛住浪涌電流。

對(duì)此，安森美半導(dǎo)體提供了非常貼心的設(shè)計(jì)，以1200V 15A的SiC二極管為例，在毫秒級(jí)安森美半導(dǎo)體的的SiC二極管有10倍的過(guò)濾，在微秒級(jí)的SiC二極管有50倍的過(guò)濾。

此外，針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)主驅(qū)或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，對(duì)于SiC二極管雪崩的要求，安森美半導(dǎo)體SiC二極管能夠提供更高的雪崩能量。

此外，安森美半導(dǎo)體的MOSFET也幾乎涵蓋了市面上所有主流的SiC MOSFET，包括20mΩ、40mΩ、80mΩ、160mΩ的器件，封裝涵蓋TO-247 3腳以及D2PAK的7腳封裝，并且所有的產(chǎn)品都提供工業(yè)規(guī)范和汽車(chē)規(guī)范。此外，安森美半導(dǎo)體還有900V的SiC MOSFET，20mΩ、60mΩ都是市面上最主流的一些規(guī)格。

王利民介紹，安森美半導(dǎo)體提供的是全生態(tài)的，包括器件、解決方案、仿真模型以及軟件設(shè)計(jì)等整個(gè)一系列的SiC生態(tài)系統(tǒng)。

針對(duì)目前所有處于持續(xù)增長(zhǎng)的市場(chǎng)，安森美半導(dǎo)體都在開(kāi)發(fā)相關(guān)的方案，為客戶(hù)提供一整套的方案設(shè)計(jì)，同時(shí)還和業(yè)內(nèi)重點(diǎn)客戶(hù)建立了緊密的合作關(guān)系，包括聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，共同開(kāi)發(fā)等形式。

未來(lái)，安森美半導(dǎo)體也將持續(xù)地、大幅地在SiC領(lǐng)域進(jìn)行持續(xù)投入和生態(tài)的運(yùn)營(yíng)。

原文標(biāo)題：SiC(碳化硅)主場(chǎng)即將開(kāi)啟，你做好準(zhǔn)備了嗎？

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