安森美半導(dǎo)體看中了SiC的哪些應(yīng)用市場(chǎng)

1999年從摩托羅拉分拆出來，分拆初時(shí)，它只擁有一大堆4英寸的小廠，兩座6英寸工廠。此后20年間，它經(jīng)過一系列并購(gòu)不斷發(fā)展壯大，漸漸成為如今位列前20名集成器件制造商。

尤其是在功率半導(dǎo)體這一細(xì)分領(lǐng)域，它已成為了全球第二大功率（分立和模塊）半導(dǎo)體供應(yīng)商。它就是總部位于美國(guó)亞利桑那州菲尼克斯的安森美半導(dǎo)體，安森美半導(dǎo)體可以稱得上是這“亂世中的一員梟雄”。

說到功率半導(dǎo)體，SiC自然首當(dāng)其沖。作為寬禁帶材料的一種，SiC的高場(chǎng)強(qiáng)、高能隙，以及高電子移動(dòng)速度和熱導(dǎo)率等諸多優(yōu)勢(shì)，讓下一代半導(dǎo)體器件能夠提供硅半導(dǎo)體器件無法達(dá)到的革命性性能。

而且根據(jù)各大咨詢機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，SiC在終端市場(chǎng)中的市場(chǎng)規(guī)模到2022年將超過10億美元。在SiC已經(jīng)臨界爆發(fā)的今天，安森美半導(dǎo)體已早早卡位。

安森美半導(dǎo)體看中了SiC的哪些應(yīng)用市場(chǎng)？

“安森美半導(dǎo)體的碳化硅策略側(cè)重于電動(dòng)汽車、電動(dòng)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。”安森美半導(dǎo)體電源方案部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理王利民講到。

細(xì)分來看碳化硅的戰(zhàn)略市場(chǎng)，首先是電動(dòng)汽車(EV)和混動(dòng)汽車(HEV)。EV是未來幾年碳化硅的主要驅(qū)動(dòng)力之一，占整個(gè)碳化硅總體市場(chǎng)容量的約60%。

王利民指出，碳化硅每年可以增加多達(dá)750美元的電池續(xù)航能力，碳化硅器件主要應(yīng)用于主驅(qū)，OBC、DC-DC，可大幅度提高效率，因此能給電動(dòng)汽車增加續(xù)航能力。

有一些電動(dòng)汽車從不可以銷售變成可以銷售，售價(jià)也大幅度地增長(zhǎng)，因?yàn)槔m(xù)航里程和售價(jià)是成正比的。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，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(guó)加利福尼亞州已簽署行政命令，到2030年要實(shí)現(xiàn)500萬輛電動(dòng)車上路的目標(biāo)；

歐洲也有電動(dòng)汽車全部替換燃油車的時(shí)間表。

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

這一系列政策都推動(dòng)了電動(dòng)汽車的大幅增長(zhǎng)，電動(dòng)汽車對(duì)于高壓、高頻率和高效率器件的需求也推動(dòng)了碳化硅市場(chǎng)的大幅增長(zhǎng)。

安森美半導(dǎo)體第二個(gè)碳化硅戰(zhàn)略市場(chǎng)是：5G電源和開關(guān)電源(SMPS)領(lǐng)域。電源和5G電源是碳化硅器件最傳統(tǒng)，也是目前相對(duì)較大的一個(gè)市場(chǎng)。

傳統(tǒng)的開關(guān)電源領(lǐng)域在Boost及高壓電源，對(duì)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(biāo)、銀標(biāo)，到現(xiàn)在5G通信電源，云數(shù)據(jù)中心電源，這些都對(duì)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(dá)到98%的能效。

另外，電動(dòng)汽車充電樁也是安森美半導(dǎo)體的碳化硅戰(zhàn)略市場(chǎng)之一。充電樁實(shí)現(xiàn)的方案有很多種，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，這些都需要通過高電壓來實(shí)現(xiàn)。

在電動(dòng)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(dòng)汽車充電樁方案，其應(yīng)用前景非常廣闊。

再者，作為傳統(tǒng)的新興市場(chǎng)，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(zhǎng)，預(yù)計(jì)未來10-15年將會(huì)有15%的能源（目前是1%）來自太陽能。

太陽能是免費(fèi)的，且取之不竭用之不盡。國(guó)內(nèi)已出臺(tái)相關(guān)政策，個(gè)人可把太陽能電力賣回給國(guó)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?gòu)S家會(huì)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。

在政策驅(qū)動(dòng)方面，歐盟有20-20-20目標(biāo)，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(dá)到20%。NEA也設(shè)定了清潔能源目標(biāo)，到2030年要滿足中國(guó)20%的能源需求。

高性價(jià)比、高可靠性、所有SiC都符合車規(guī)！

如今阻礙SiC大規(guī)模普及的一大因素的成本，面對(duì)當(dāng)前的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，客戶不僅需要具備高效率、高能效、高功率密度、高壓，還需要較好的成本，這也是碳化硅器件在大幅增長(zhǎng)下的一個(gè)市場(chǎng)前提。安森美半導(dǎo)體可提供無與倫比的成本結(jié)構(gòu)。

“王利民指出：“安森美半導(dǎo)體提供非常高性價(jià)比的碳化硅方案。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(huì)得到優(yōu)化。

例如，對(duì)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(huì)大幅度提高，而且總的方案成本也會(huì)比IGBT方案低，當(dāng)然這里并不涉及具體IGBT廠商”。”

那么性能上呢？碳化硅器件具備良好的高壓、高頻、高效率特性。如果拿碳化硅MOSFET、硅MOSFET以及硅IGBT這幾個(gè)功率器件相比，假設(shè)當(dāng)它們達(dá)到同樣1200V時(shí)，若要達(dá)到同樣的效率，需要多大面積呢？

如下圖所示，以碳化硅MOSFET作為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)為單位1，普通硅器件若要做出碳化硅MOSFET的Rds-on和開關(guān)損耗，需要100倍硅MOSFET的面積才能做出碳化硅MOSFET的內(nèi)阻，內(nèi)阻就是開關(guān)器件的導(dǎo)通損耗。

同樣的面積，硅IGBT相對(duì)的內(nèi)阻或壓降要高3-5倍，開關(guān)損耗大致要高至少10倍以上。所以，在高壓領(lǐng)域，碳化硅MOSFET以及碳化硅的二極管都是非常理想的開關(guān)器件。王利民談到。

除了高性價(jià)比，安森美半導(dǎo)體的碳化硅器件還有全球領(lǐng)先的可靠性，在H3TRB測(cè)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(shí)的可靠性測(cè)試。實(shí)際測(cè)試中，還會(huì)延長(zhǎng)到2000小時(shí)，大幅領(lǐng)先于市場(chǎng)的可靠性水平。

事實(shí)上，安森美半導(dǎo)體曾經(jīng)是JEDEC可靠性委員會(huì)的成員，寬禁帶可靠性標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)現(xiàn)已并入JEDEC標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，安森美半導(dǎo)體正是可靠性標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的專家之一。

在安森美半導(dǎo)體看來，汽車領(lǐng)域?qū)?huì)成為碳化硅最大的市場(chǎng)之一。因此安森美半導(dǎo)體所有的碳化硅器件均滿足汽車規(guī)范。安森美半導(dǎo)體所有的碳化硅器件均以汽車市場(chǎng)作為最重要的目標(biāo)市場(chǎng)之一。

安森美半導(dǎo)體的這些SiC器件包括碳化硅二極管和SiC MOS。

SiC二極管有1200V的，650V的第1.5代具備世界領(lǐng)先的壓降效率水平，還有1700V的高壓器件；

SiC MOS 900V和1200V都符合車規(guī)，安森美半導(dǎo)體的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封裝等。

雖然碳化硅二極管都具備大幅提高效率的特性，但碳化硅二極管還有一個(gè)痛點(diǎn)，它需要非常大的沖擊電流，因?yàn)樗膽?yīng)用不管是在boost還是PFC都是需要扛住浪涌電流。

針對(duì)這一點(diǎn)，安森美半導(dǎo)體為工程師和設(shè)計(jì)專家提供了一處非常貼心的設(shè)計(jì)。以1200V 15A的碳化硅二極管為例，在毫秒級(jí)安森美半導(dǎo)體的的碳化硅二極管有10倍的過濾，在微秒級(jí)有50倍的過濾。

“針對(duì)電動(dòng)車主驅(qū)或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用里對(duì)于碳化硅二極管雪崩的要求，安森美半導(dǎo)體1200 V 15A SiC二極管雪崩電流接近200 A (3500 A/cm2)，要想實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)并不容易，因?yàn)楹芏郤iC二極管都沒有提供，而我們有提供雪崩能量的性能?！蓖趵裾劦?。

結(jié)語

2019年安森美半導(dǎo)體的營(yíng)收大約是55億美元，其目標(biāo)是在未來5年收入超100億美元，成為全球前十大整合元器件大廠(IDM)。

在SiC日益爆發(fā)的今天，安森美半導(dǎo)體在SiC上耕耘和布局必將為安森美半導(dǎo)體的宏愿畫下濃墨重彩的一筆！

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：所有SiC器件都符合車規(guī)，安森美半導(dǎo)體在下一盤什么棋？

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