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安森美全面布局碳化硅市场:汽车、新能源、5G

作者:白柴时间:2020-09-01来源:电子产品世界收藏

目前,市场正处于快速增长中,根据各大咨询机构统计,在电源的功率因数校正(PFC)、太阳能逆变器、光伏逆变器、不间断电源、5G、通信电源、高频开关电源等领域都拥有非常广阔的市场。与传统硅材料相比,新一代的宽禁带半导体材料可提供高场强、高能隙,以及高电子移动速度和热导率,让下一代半导体器件的性能得到革命性提升。

本文引用地址:http://www.dzszp.com/article/202009/417802.htm

8月27日下午,半导体召开媒体交流会。会上,半导体电源方案部产品市场经理王利民先生向电子产品世界等媒体,介绍了500万彩票网半导体碳化硅的策略和方案。

据介绍,安森美半导体的碳化硅策略主要侧重于汽车、可再生能源、5G三个领域。

• 汽车领域,包含两大方面。一是主驱,即主驱逆变器(Traction Inverter),以及车载充电器(OBC)和DC-DC;二是电动汽车充电桩。根据目前的政策,到2020年电动汽车充电桩的部署将达到非常大的数量。此外,新基建、新的内循环等一系列策略都在快速地带动电动汽车充电桩的发展。

• 可再生能源并非新市场,且该市场在短期内一直会是整个市场的主方向及趋势。绿色、可再生能源一直处于快速增长中,可达300多GW的安装能量。高压高频率器件在太阳能逆变器里有非常大的市场空间。

• 5G以及正预研的6G,在这类领先的通信电源场合中,电源对于高效率的需求非常巨大的。

电动汽车/混动汽车

提及安森美半导体碳化硅战略市场,首先就是电动汽车和混动汽车。电动汽车会是未来碳化硅的主要驱动力之一,占整个碳化硅总体市场容量的约60%,碳化硅每年可以增加多达750美元的电池续航能力,碳化硅器件应用于主驱,OBC、DC-DC,可大幅度提高效率,因此能给电动汽车增加续航能力,有一些电动汽车从不可以销售变成可以销售,售价也大幅度地增长,因为续航里程和售价是成正比的。鉴于以上优点,目前几乎所有做主驱逆变器的厂家都以研究碳化硅做主驱为方向。

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在OBC和DC-DC领域,绝大部分厂家是使用碳化硅器件作为高效、高压和高频率的功率器件。例如,美国加利福尼亚州已签署行政命令,到2030年要实现500万辆电动车上路的目标;欧洲也有电动汽车全部替换燃油车的时间表;而在中国各大一线城市,电动汽车可以零费用上牌。这一系列政策都推动了电动汽车的大幅增长,电动汽车对于高压、高频率和高效率器件的需求也推动了碳化硅市场的大幅增长。

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安森美半导体可提供一套完整的汽车碳化硅方案,包括单管方案、模块方案,以及各种电动车和混动车的车载充电器方案,并可提供整套电路图纸、BOM以及实际的实物。例如,安森美的1200V碳化硅二极管产品,不只有多种电压、电流和封装可选择,还可以选择不同的晶圆工艺;650V第1.5代碳化硅二极管具有世界领先的压降效率水平;此外,安森美还有1700V的高压碳化硅器件。当然,安森美半导体的碳化硅器件全都满足汽车规范,无需担心安全性。

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5G电源和开关电源

安森美半导体第二个碳化硅战略市场是:5G电源和开关电源(SMPS)领域。传统的开关电源领域在Boost及高压电源,对功率密度一直有着持之以恒的追求,从最早通信电源的金标、银标,到现在5G通信电源,云数据中心电源,这些都对于高能效有非常高的要求。碳化硅器件没有反向恢复,使得电源能效非常高,可达到98%的能效。电源和5G电源是碳化硅器件最传统,也是目前相对较大的一个市场。

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电动汽车充电器/桩

电动汽车充电桩也是安森美半导体碳化硅战略市场之一。充电桩实现的方案有很多种,现在消费者最感兴趣的就是直流快充。直流快充的充电桩需要非常大的充电功率以及非常高的充电效率,这些都需要通过高电压来实现。在电动汽车充电桩的应用里,碳化硅无论是在Boost,还是输出的二极管,目前有很多使用主开关的碳化硅MOSFET电动汽车充电桩方案,其应用前景非常广阔。

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太阳能逆变器

作为传统的新兴市场,在太阳能逆变器领域,碳化硅二极管的使用量也非常巨大,每年太阳能逆变器的安装量也持续增长,预计未来10-15年将会有15%的能源(目前是1%)来自太阳能。太阳能是免费的,且取之不竭用之不尽。国内已出台相关政策,个人可把太阳能电力卖回给国家电网。碳化硅半导体可应用于太阳能逆变器的Boost,并且随着现在太阳能逆变器成本的优化,已经能看到不少厂家会使用碳化硅的MOSFET作为主逆变的器件,来替换原来的三电平(逆变器)控制复杂电路。政策驱动方面,欧盟有20-20-20目标,即到2020年,能效提高20%,二氧化碳排放量降低20%,可再生能源要达到20%。NEA也设定了清洁能源目标,到2030年要满足中国20%的能源需求。

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专业实力,可靠的方案

碳化硅二极管都具备大幅提高效率的特性,需要非常大的冲击电流,导致它的应用不管是在boost还是PFC都是需要扛住浪涌电流。针对这一点,安森美半导体为工程师和设计专家提供了一处非常贴心的设计。以1200V 15A的碳化硅二极管为例,在毫秒级的安森美半导体碳化硅二极管有10倍的过滤,在微秒级有50倍的过滤。而针对电动车主驱或者马达驱动的应用中对于碳化硅二极管雪崩的要求,安森美半导体碳化硅二极管也有提供雪崩能量的性能。

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此外,安森美半导体碳化硅器件有全球领先的可靠性。在H3TRB测试(高温度/湿度/高偏置电压)里,安森美半导体碳化硅二极管可以通过1000小时的可靠性测试。而在实际测试中,安森美会延长到2000小时,大幅领先于市场的可靠性水平。事实上,安森美半导体曾经是JEDEC可靠性委员会的成员,宽禁带可靠性标准委员会现已并入JEDEC标准委员会,安森美半导体正是可靠性标准委员会的专家之一。

Q&A

问:此前看到安森美半导体表示碳化硅的未来主要在于模块,并将逐渐离开分立器件,您可否解释市场为何会走向这一趋势?安森美半导体具体又是如何规划这方面的?

王利民:从我的观点来看,整个碳化硅市场一直都会是分立器件和模块两者共有的市场。模块当然会是市场中比较大的部分,比如刚刚我在演讲中提到的电动汽车领域,这个领域将会是碳化硅的主流趋势。就电动汽车领域的碳化硅MOSFET或二极管来说,它的市场容量确实是以模块式的为主。为什么叫它模块式呢?因为目前,我们众所周知的一个最大的碳化硅的用户,它用碳化硅分立器件的成品封装到模块里,所以它既是模块,同时也是一个单管的分立器件的成品。目前是这样的市场状况。

未来,不少的客户也在看向模块,把碳化硅的晶圆集中到模块里。我们认为,模块绝对是碳化硅器件一个重要的方向。同时,模块的设计主要集中在比较大的功率方面,比如几十千瓦或几百千瓦级别的车载逆变器。实际上,碳化硅器件还有很多的应用领域,除了电动汽车以外,还有电动汽车上OBC和DC-DC。事实上,目前几乎所有的设计都以单管为主。因此在汽车领域,我们可以认为一大半的趋势是模块,一小半是单管。

在非汽车领域,例如太阳能逆变器、通信电源、5G电源以及刚刚提到的电动汽车充电桩(十几千瓦级别)。目前市场上,据我们所知,在充电桩领域还没有客户用模块的方案,而都是单管的方案。如果按照数量,市场是以单管为主。如果按照金额,将来的市场也许会有一部分金额是模块那边。通过刚刚的演讲,大家也可以了解到,安森美半导体提供单管和模块等所有产品。对于安森美半导体而言,碳化硅的器件都是我们重点关注的,包括单管和模块。

问:目前在电动汽车充电桩市场,市场占比能达到多少?

王利民:电动汽车的充电桩市场分两种。如果是电动汽车车载充电器(OBC)与车载DC-DC,那么碳化硅的占比是非常高的。因为车载为了增加续航,通常把电池电压提得比较高。在高电压、高频率和高效率器件里,几乎是必须要用碳化硅的。车外的充电桩,无论在家庭楼下车库的,还是在加油站的充电桩、直流快充,已经有相当一部分的充电桩绕不开高压、高效率的碳化硅器件来提高效率。

问:目前碳化硅主要是在4英寸和6英寸晶圆上制造的,这个占比目前大概是多少?下一步是8英寸,那么将碳化硅从6英寸迁移到8英寸生产线存在哪些难题?

王利民:与容易达到的12英寸硅材料不同,材料非常坚硬,并且在机械上难以处理超薄的大尺寸晶圆。就在几年前,安森美半导体就是全球第一家做6英寸碳化硅晶圆的,现在有一些其他的同行也慢慢在跟上我们。事实上,目前市面上4英寸和6英寸碳化硅还是占绝大部分主流,基本占比接近100%。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,进行批量生产。



关键词: 安森美 SiC 碳化硅

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