《电子技术应用》
您所在的位置:首页 > 电子元件 > 业界动态 > 紧盯四大领域,看SiC市场新贵的新玩法

紧盯四大领域,看SiC市场新贵的新玩法

2020-10-14
来源:21ic
关键词: SiC GaN 5g电源 开关电源

  作为新材料的SiC与传统硅材料相比,从物理特性来看,电子迁移率相差不大,但其介电击穿场强、电子饱和速度、能带隙和热导率分别是硅材料的10倍、2倍、3倍和3倍。

  这意味着基于SiC材料的功率半导体具有高耐压、低导通电阻、寄生参数小等优异特性,当应用于开关电源领域中时,具有损耗小、工作频率高、散热性等优点,可以大大提升开关电源的效率、功率密度和可靠性,也更容易满足器件轻薄短小的要求。

5f865b51d8624.jpg

  Si、SiC和GaN关键参数对比

  Omdia《2020年SiC和GaN功率半导体报告》显示,得益于混合动力和电动汽车、电源和光伏(PV)逆变器的需求,新兴的碳化硅和氮化镓功率半导体市场的销售收入预计将从2018年的5.71亿美元增至2020年底的8.54亿美元,并在2021年突破10亿美元大关。未来十年内,该市场的规模将以年均两位数的增长率,并一路攀升至2029年的50亿美元。

5f865b626faa1.jpg

  GaN和SiC功率半导体的全球市场收入预测(百万美元)

  SiC器件领域玩家众多,作为一家相对较新的SiC器件供应商,安森美半导体于2017年进入该市场,技术来自2016年末收购的飞兆(Fairchild)半导体。

  安森美半导体电源方案部产品市场经理王利民日前在接受采访时表示,电动汽车、电动汽车充电桩、可再生能源、和电源将是公司SiC战略重点关注的四大市场。

5f865b74be16c.jpg

  安森美半导体电源方案部产品市场经理王利民

  电动汽车(EV)/混动汽车(HEV)

  其实,SiC最初的应用场景主要集中在光伏储能逆变器、数据中心服务器UPS电源和智能电网充电站等需要转换效率较高的领域。

  但人们很快发现,碳化硅的电气(更低阻抗/更高频率)、机械(更小尺寸)和热性质(更高温度的运行)也非常适合制造很多大功率汽车电子器件。

  根据Yole在《功率碳化硅(SiC):材料、器件及应用-2019版》报告中的预计,到2024年,碳化硅功率半导体市场规模将增长至20亿美元,2018-2024年期间的复合年增长率将高达29%。

  其中,汽车市场无疑是最重要的驱动因素,其碳化硅功率半导体市场份额到2024年预计将达到50%。

  “EV是未来几年SiC的主要驱动力,约占SiC总体市场容量的60%,因为SiC每年可增加多达750美元的电池续航力,目前几乎所有做主驱逆变器的厂家都将SiC作为主攻方向。”王利民说除了主驱市场外,在车载充电器(OBC)/非车载充电桩和电源转换系统(车载DC/DC)领域中,受到全球多国利好政策,

  例如美国加利福尼亚州已签署行政命令,到2030年实现500万辆电动汽车上路的目标;2019年欧洲的电动汽车销量增长67%;电动汽车在中国各大一线城市可以零费用上牌等的影响,绝大部分厂家正在将SiC作为高效、高压和高频的功率器件使用,市场需求急速攀升。

5f865b8a81143.jpg

  5G电源和开关电源

  电源是碳化硅器件最传统,也是目前市场份额相对较大的应用市场。从最早通信电源的金标、银标、到现在的5G通信电源、数据中心电源,都对功率密度和高能效提出了非常高的要求,而碳化硅器件由于没有反向恢复,电源能效通常能够达到98%,受到追捧并不令人感到意外。

5f865b9999d19.jpg

  电动汽车充电器/桩

  现有充电桩多数为1级/2级,但消费者要求等效于在加油站加满油(直流充电),这就需要更高的充电功率和充电效率,因此随着功率和速度的提高,对SiC MOSFET的需求越来越强。

  太阳能逆变器

  无论是欧盟20-20-20目标(到2020年,能效提高20%,二氧化碳排放量降低20%,可再生能源要达到20%),还是NEA设定了清洁能源目标,到2030年要满足中国20%的能源需求,以太阳能为代表的清洁能源始在各国能源计划中终占据重要地位。

  而在目前的太阳能逆变器领域中,碳化硅二极管的使用量也非常巨大,安装量持续增长,主要用于替换原来的三电平逆变器复杂控制电路。

  王利民认为,目前SiC行业厂商提供的产品或服务大致相同,因此,各大厂家主要还是依靠差异化竞争策略。

  而安森美半导体的竞争优势,主要体现在领先的可靠性、高性价比、能够提供从单管到模块的完整产品线、所有产品都符合车规级标准等方面。

  例如在H3TRB测试(高温度/湿度/高偏置电压)中,安森美半导体的SiC二极管可以通过1000小时的可靠性测试,实际测试中则会延长到2000小时;1200V 15A的碳化硅二极管在毫秒级有10倍过滤,在微秒级有50倍过滤。

  此外,为了实现高性价比,安森美半导体的做法

  一是通过设计、技术进步来降低成本;

  二是通过领先的6英寸晶圆的制造工艺与良率来实现好的成本;

  三是通过不断地扩大生产规模以降低成本。

5f865bb579b1a.jpg

  “整个SiC市场会一直呈现分立器件和模块两者共存的局面,但模块绝对是SiC器件的一个重要发展方向。”王利民表示,电动汽车领域SiC MOSFET或二极管市场确实是以模块为主,之所以叫模块是因为用户会将SiC分立器件的成品封装到模块之中,所以它既是模块,也是一个单管的分立器件成品。

  目前来看,模块化设计主要集中在较大型功率器件上,比如几十千瓦或几百千瓦级别的车载逆变器,但电动汽车的OBC和DC-DC设计却都以单管为主,因此在汽车领域,可以认为一大半的趋势是模块,一小半是单管。

  而在非汽车领域,诸如太阳能逆变器、5G及通信电源、电动汽车充电桩,市场上还没有客户采用模块化的方案,基本都是单管方案。按照数量,市场是以单管为主;按照金额,或许更多市场将会是模块方向。

  晶圆短缺一直以来被认为是制约碳化硅市场发展的重要原因之一,与其它仍采用4英寸SiC晶圆的厂商不同,

  安森美半导体从入局开始就选择了6英寸晶圆,并已签署两个长期供应协议(LTSA),不断评估新的基板制造商并在内部开发基板,确保晶圆供应。

  王利民强调说,SiC材料相当坚硬,机械上很难处理纤细的大尺寸晶圆,所以SiC不像硅材料般容易做到超大尺寸。8英寸大小的SiC晶圆仍然是太过超前的技术概念,目前几乎所有厂商都无法处理超薄的超大晶圆,进而进行批量生产。


本站内容除特别声明的原创文章之外,转载内容只为传递更多信息,并不代表本网站赞同其观点。转载的所有的文章、图片、音/视频文件等资料的版权归版权所有权人所有。本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如涉及作品内容、版权和其它问题,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以便迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。联系电话:010-82306116;邮箱:aet@chinaaet.com。