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      SiC市場趨勢及應用動向

      作者:水原 德健時間:2019-02-26來源:電子產品世界收藏

      作者 / 水原 德健(羅姆半導體(北京)有限公司設計中心 所長,北京 100024)

      本文引用地址:http://www.dxpaa.com/article/201902/397956.htm

        摘要:介紹了動向,不斷擴大的原因,技術及解決方案的突破,以及羅姆公司在SiC方面的特點。

        關鍵詞:SiC;;;

        1 SiC市場規模及

        SiC功率元器件市場預計今后有很大增長。EV(電動)、新能源、ICT(信息和通訊技術)、FA(工廠自動化)等領域出現新增需求,預計2025年達到23億美元的市場規模(如圖1)。

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        在方面,2013年起SiC材料開始逐步被廣泛使用。目前,SiC功率元器件主要應用于四大市場:風電、太陽能等綠色能源領域;服務器等信息和通信(ICT)行業;新能源;工業控制。其中,以新能源汽車為主的的應用正在加速發展,預計今后會有增長。

        2 SiC市場不斷擴大的原因

        相比Si材料,SiC具有高溫、高壓、高頻等綜合優勢。在耐高溫方面,SiC材料可達到250℃,比Si高出50℃。采用SiC材料,器件的散熱板可以設計得小一些,外觀尺寸更緊湊(輕量化)。在耐高壓方面,Si材料的耐壓瓶頸在900 V左右,雖然也能在1200 V,甚至1500 V下工作,但性能特性會有所下降,如果要達到1700 V或以上,則必須要使用SiC材料。

        因為SiC材料擊穿場強(Breakdown Electriic Field)指標幾乎能達到Si的10倍。在滿足高頻響應方面,SiC材料的開關速度更快,使得器件內的電阻、電感、線圈能以更小、更緊湊的尺寸滿足系統需求。其中,線圈的尺寸可縮小至原先的1/10。

        在滿足同等性能特性的需求時,采用具有高溫、高壓、高頻優勢的SiC材料制作的功率器件,可以比Si更薄、更輕、更小巧,這些都使得其在能源、xEV、ICT等成長型市場中的應用加速。

        3 SiC技術及解決方案的突破

        以車載應用為例,在車載應用中,SiC功率元器件在車載充電器部分應用較多。車載充電器可將100 V~240 V交流電壓轉換成直流電壓,作為高電壓電池充電的AC/DC轉換器而發揮功能。為了應對世界各國的電壓,目前車載充電器的輸入容許電壓為85 V~265 V左右,但是為了滿足縮短充電時間的市場需求,在電池高電壓化發展趨勢下,需要相應的輸入容許電壓,因此推動了SiC功率元器件的應用。

        其次是DC/DC轉換器。DC/DC轉換器由功率元件進行高頻開關,通過變壓器從高電壓電池轉換為直流低電壓。通過采用SiC功率元器件,減少開關時的損失,并且實現周邊部件小型化,進而實現高性能的DC/DC轉換器。

        另外,在主機變頻器中,SiC功率元器件也開始被采用。其中一個例子就是從2014年開始的電動汽車全球頂級賽事“FIA Formula E錦標賽”。作為Formula E參賽車隊—文圖瑞電動方程式車隊(VENTURI Formula E Team)的官方技術合作伙伴,半導體廠商羅姆為其提供SiC功率元器件。

        在2016年10月開幕的第三賽季中,羅姆的SiC肖特基勢壘二極管被搭載于逆變器中。與未搭載SiC的第二賽季相比,逆變器的效率改善了1.7%,重量從15 kg減少至13 kg,減少了2 kg。

        在2017年12月開幕的第四賽季中,羅姆提供了集晶體管和二極管于一體的“全SiC”功率模塊,與未搭載SiC的第二賽季的逆變器相比,成功實現了43%的小型化與6 kg的輕量化(如圖2)。

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        如上所述,今后在汽車市場的SiC應用將更加值得期待。

        4 市場上的主要廠商

        除了羅姆以外,主要有Infineon、Cree、ST等大廠。

        羅姆的優勢如下。

        ①羅姆著眼于SiC的先進性,以領先一步的研發成為業界翹楚。

        作為功率元器件的新材料,羅姆很早就關注到SiC,并與用戶以及大學等機構合作,不斷積累技術經驗。例如2010年4月,在日本率先開始了SiC二極管的量產。同年12月,確立了世界首個SiC晶體管的量產體制。2012年3月,率先開始了全SiC功率模塊的量產。

        ②承諾高品質、穩定供應的垂直統合型生產體制

        以“質量第一”作為企業理念,在SiC生產中確立了垂直統合生產體制。2009年將德國SiCrystal公司納入旗下之后,從晶圓到封裝的所有工序開展了品質改善活動。在通行世界的制造技術實例以及穩定的生產能力的基礎上,羅姆努力提高成本競爭力,致力于新產品的進一步長期穩定供應。

        ③獨特的SiC解決方案

        作為綜合型半導體廠商,精通SiC的羅姆擁有獨特的解決方案,其中不僅包括最新元器件,還包括可最大限度地發揮元器件性能的控制IC、支持客戶使用環境的評估和仿真工具等。

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      本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第3期第4頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處



      關鍵詞: SiC 市場 應用 汽車 201903

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