汽車、5G電源和光伏是SiC發(fā)展的主要驅(qū)動力，模塊化是其主要發(fā)展趨勢

這幾年來，碳化硅（SiC）市場正處在快速增長中，據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)預(yù)計，到2022年SiC的市場規(guī)模將達到10億美元。電源的功率因數(shù)校正（PFC）、太陽能逆變器、光伏逆變器、不間斷電源、5G、通信電源、高頻開關(guān)電源領(lǐng)域等都有SiC器件的用武之地。

在安森美半導(dǎo)體電源方案部產(chǎn)品市場經(jīng)理王利民(Raymond Wang)看來，由于SiC與硅比較，具有高場強、高能隙，以及高電子遷移率和熱導(dǎo)率等特性，更加適合新能源、汽車，以及通信等領(lǐng)域的應(yīng)用，未來SiC市場容量將會每年都有大幅度增長。而主要驅(qū)動力將來自汽車、5G和光伏。

正是看到了這個趨勢，王利民表示，安森美在未來幾年將會主要側(cè)重于以下幾個重點市場。

首先是汽車領(lǐng)域，包含兩大方面，一是主驅(qū)，即主驅(qū)逆變器(Traction Inverter)，以及車載充電器(OBC)和DC-DC。二是電動汽車充電樁。根據(jù)目前的國家策略，至2020年電動汽車充電樁的部署要達到非常大的數(shù)量。此外，新基建、新的內(nèi)循環(huán)等一系列策略都在快速地帶動電動汽車充電樁的發(fā)展。

二是可再生能源并非新市場，且該市場在短期內(nèi)一直會是整個市場的主方向及趨勢。綠色、可再生能源一直處于快速增長中，有300多GW的安裝能量。高壓高頻率器件在太陽能逆變器里都有非常大的市場空間。

三是5G通信電源領(lǐng)域，我國世界領(lǐng)先的5G以及在預(yù)研的6G，在這類領(lǐng)先的通信電源場合，5G的電源對于高效率的需求也是巨大的。

“安森美半導(dǎo)體碳化硅戰(zhàn)略會側(cè)重在電動汽車、電動汽車充電樁、可再生能源、新能源以及5G和通信電源等電源設(shè)備上?！蓖趵窨偨Y(jié)說。

SiC在汽車中的應(yīng)用

具體來說，SiC在汽車中的應(yīng)用包括在電動汽車和混動汽車上的應(yīng)用。王利民預(yù)計電動汽車會是未來SiC的主要驅(qū)動力之一，占整個SiC總體市場容量的60%。

由于SiC每年可以增加多達750美元的電池續(xù)航能力，整車廠商有意愿采用SiC器件。碳化硅器件應(yīng)用于主驅(qū)，OBC、DC-DC，可大幅度提高效率，因此能給電動汽車增加續(xù)航能力，有一些電動汽車從不可以銷售變成可以銷售，售價也大幅度地增長，因為續(xù)航里程和售價是成正比的。鑒于以上優(yōu)點，目前幾乎所有做主驅(qū)逆變器的廠家都以研究碳化硅做主驅(qū)為方向。

在OBC和DC-DC領(lǐng)域，絕大部分廠家是使用碳化硅器件作為高效、高壓和高頻率的功率器件。例如，美國加利福尼亞州已簽署行政命令，到2030年要實現(xiàn)500萬輛電動車上路的目標；歐洲也有電動汽車全部替換燃油車的時間表；而在中國各大一線城市，電動汽車可以零費用上牌。這一系列政策都推動了電動汽車的大幅增長，電動汽車對于高壓、高頻率和高效率器件的需求也推動了碳化硅市場的大幅增長。

SiC在5G電源和開關(guān)電源中的應(yīng)用

SiC第二個用量比較大的市場是5G電源和開關(guān)電源（SMPS）領(lǐng)域。傳統(tǒng)的開關(guān)電源領(lǐng)域在Boost及高壓電源，對功率密度一直有著持之以恒的追求，從最早通信電源的金標、銀標，到現(xiàn)在5G通信電源，云數(shù)據(jù)中心電源，這些都對于高能效有非常高的要求。

碳化硅器件沒有反向恢復(fù)，使得電源能效非常高，可達到98%的能效。電源和5G電源是碳化硅器件最傳統(tǒng)，也是目前相對較大的一個市場。

SiC在電動汽車充電器/樁上的應(yīng)用

電動汽車在發(fā)展，與之配套的電動汽車充電樁必然也會大量部署，特別是今年，中國還將充電樁加入了“新基建”項目內(nèi)，給充電樁市場注入了一支強心劑。

當然，充電樁實現(xiàn)的方案有很多種，現(xiàn)在消費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，這些都需要通過高電壓來實現(xiàn)。在電動汽車充電樁的應(yīng)用里，碳化硅無論是在Boost，還是輸出的二極管，目前有很多使用主開關(guān)的碳化硅MOSFET電動汽車充電樁方案，其應(yīng)用前景非常廣闊。

SiC在太陽能逆變器中的應(yīng)用

作為傳統(tǒng)的新興市場，在太陽能逆變器領(lǐng)域，碳化硅二極管的使用量也非常巨大，每年太陽能逆變器的安裝量也持續(xù)增長，預(yù)計未來10-15年將會有15%的能源（目前是1%）來自太陽能。

太陽能是免費的，且取之不竭用之不盡。國內(nèi)已出臺相關(guān)政策，個人可把太陽能電力賣回給國家電網(wǎng)。

碳化硅半導(dǎo)體可應(yīng)用于太陽能逆變器的Boost，并且隨著現(xiàn)在太陽能逆變器成本的優(yōu)化，已經(jīng)能看到不少廠家會使用碳化硅的MOSFET作為主逆變的器件，來替換原來的三電平（逆變器）控制復(fù)雜電路。

政策驅(qū)動方面，歐盟有20-20-20目標，即到2020年，能效提高20%，二氧化碳排放量降低20%，可再生能源要達到20%。NEA也設(shè)定了清潔能源目標，到2030年要滿足中國20%的能源需求。

滿足車規(guī)級的SiC產(chǎn)品

據(jù)王利民介紹，安森美半導(dǎo)體曾經(jīng)是JEDEC可靠性委員會的成員，在寬禁帶可靠性標準委員會現(xiàn)已并入JEDEC標準委員會后，安森美半導(dǎo)體成為了可靠性標準委員會的專家之一。因此，安森美在碳化硅器件的可靠性方面具有很大的優(yōu)勢，在H3TRB測試（高溫度/濕度/高偏置電壓）里，“安森美半導(dǎo)體的碳化硅二極管可以通過1000小時的可靠性測試。實際測試中，我們會延長到2000小時，大幅領(lǐng)先于市場的可靠性水平?！彼赋觥?br />

除了可靠性，王利民表示，安森美的碳化硅器件也具有很高的性價比。他舉例說，同樣的電源，如果替換成碳化硅方案，其體積、功率密度以及整體BOM成本都會得到優(yōu)化?！袄?，對于十幾千瓦的升壓或PFC或Boost方案，使用我們的碳化硅MOSFET的方案，不僅效率會大幅度提高，而且總的方案成本也會比IGBT方案低，這里并不涉及具體IGBT廠商?！?br />

在王利民看來，汽車領(lǐng)域?qū)蔀樘蓟枳畲蟮氖袌鲋?。安森美半?dǎo)體提供整套方案，包括單管方案、模塊方案，以及各種電動車和混動車的車載充電器方案，并可提供整套電路圖紙、BOM以及實際的實物。

安森美在碳化硅產(chǎn)品布局方面也比較早，目前可以提供碳化硅二極管和MOSFET產(chǎn)品。王利民表示，“在1200V的碳化硅二極管產(chǎn)品中，我們有非常多電壓、電流和封裝選擇，還有晶圓可供選擇。我們的650V第1.5代具備世界領(lǐng)先的壓降效率水平。此外，我們還有1700V的高壓器件。在二極管部分，我們還有650V第1.0代?！?br />
他還強調(diào)說，安森美半導(dǎo)體的碳化硅器件全都滿足汽車規(guī)范，包括模塊。

在介紹碳化硅二極管時，他特意強調(diào)了安森美碳化硅二極管的兩個特性：浪涌能力和雪崩。

因為碳化硅二極管有一個痛點，那就是他需要非常大的沖擊電流，因為它的應(yīng)用不管是在boost還是PFC都是需要扛住浪涌電流。“針對這一點，安森美半導(dǎo)體為工程師和設(shè)計專家提供了一處非常貼心的設(shè)計。以1200V 15A的碳化硅二極管為例，在毫秒級安森美半導(dǎo)體的碳化硅二極管有10倍的過濾，在微秒級有50倍的過濾。”王利民指出。

另外，由于針對電動車主驅(qū)或者馬達驅(qū)動的應(yīng)用里對碳化硅二極管有雪崩的要求，因此，安森美半導(dǎo)體特意推出了具有雪崩功能的碳化硅二極管。

此外，在碳化硅MOSFET方面，安森美的MOSFET幾乎涵蓋了市面上所有主流的碳化硅MOSFET，包括20mΩ、40mΩ、80mΩ、160mΩ，TO247封裝，TO247的4條腿以及D2PARK的7條腿封裝，并且所有的產(chǎn)品都提供工業(yè)規(guī)范和汽車規(guī)范。其900V的碳化硅MOSFET包含了20mΩ、60mΩ等市面上主流的規(guī)格。

總結(jié)

談到碳化硅器件的發(fā)展趨勢，王利民認為，整個碳化硅市場一直都會是分立器件和模塊兩者共有的市場。但未來發(fā)展來看，模塊是碳化硅器件的一個重要發(fā)展方向。模塊的設(shè)計主要集中在比較大的功率方面，比如幾十千瓦或幾百千瓦級別的車載逆變器。