SiC市场趋势及应用动向

作者 / 水原 德健(罗姆半导体(北京)有限公司设计中心 所长，北京 100024)

　　摘要：介绍了SiC的市场动向，SiC市场不断扩大的原因，SiC技术及解决方案的突破，以及罗姆公司在SiC方面的特点。

　　关键词：SiC;市场;应用;汽车

　　1 SiC市场规模及应用

　　SiC功率元器件市场预计今后有很大增长。EV(电动汽车)、新能源、ICT(信息和通讯技术)、FA(工厂自动化)等领域出现新增需求，预计2025年达到23亿美元的市场规模(如图1)。

　　在应用方面，2013年起SiC材料开始逐步被广泛使用。目前，SiC功率元器件主要应用于四大市场：风电、太阳能等绿色能源领域;服务器等信息和通信(ICT)行业;新能源汽车;工业控制。其中，以新能源汽车为主的的应用正在加速发展，预计今后会有增长。

　　2 SiC市场不断扩大的原因

　　相比Si材料，SiC具有高温、高压、高频等综合优势。在耐高温方面，SiC材料可达到250℃，比Si高出50℃。采用SiC材料，器件的散热板可以设计得小一些，外观尺寸更紧凑(轻量化)。在耐高压方面，Si材料的耐压瓶颈在900 V左右，虽然也能在1200 V，甚至1500 V下工作，但性能特性会有所下降，如果要达到1700 V或以上，则必须要使用SiC材料。

　　因为SiC材料击穿场强(Breakdown Electriic Field)指标几乎能达到Si的10倍。在满足高频响应方面，SiC材料的开关速度更快，使得器件内的电阻、电感、线圈能以更小、更紧凑的尺寸满足系统需求。其中，线圈的尺寸可缩小至原先的1/10。

　　在满足同等性能特性的需求时，采用具有高温、高压、高频优势的SiC材料制作的功率器件，可以比Si更薄、更轻、更小巧，这些都使得其在能源、xEV、ICT等成长型市场中的应用加速。

　　3 SiC技术及解决方案的突破

　　以车载应用为例，在车载应用中，SiC功率元器件在车载充电器部分应用较多。车载充电器可将100 V~240 V交流电压转换成直流电压，作为高电压电池充电的AC/DC转换器而发挥功能。为了应对世界各国的电压，目前车载充电器的输入容许电压为85 V~265 V左右，但是为了满足缩短充电时间的市场需求，在电池高电压化发展趋势下，需要相应的输入容许电压，因此推动了SiC功率元器件的应用。

　　其次是DC/DC转换器。DC/DC转换器由功率元件进行高频开关，通过变压器从高电压电池转换为直流低电压。通过采用SiC功率元器件，减少开关时的损失，并且实现周边部件小型化，进而实现高性能的DC/DC转换器。

　　另外，在主机变频器中，SiC功率元器件也开始被采用。其中一个例子就是从2014年开始的电动汽车全球顶级赛事“FIA Formula E锦标赛”。作为Formula E参赛车队—文图瑞电动方程式车队(VENTURI Formula E Team)的官方技术合作伙伴，半导体厂商罗姆为其提供SiC功率元器件。

　　在2016年10月开幕的第三赛季中，罗姆的SiC肖特基势垒二极管被搭载于逆变器中。与未搭载SiC的第二赛季相比，逆变器的效率改善了1.7%，重量从15 kg减少至13 kg，减少了2 kg。

　　在2017年12月开幕的第四赛季中，罗姆提供了集晶体管和二极管于一体的“全SiC”功率模块，与未搭载SiC的第二赛季的逆变器相比，成功实现了43%的小型化与6 kg的轻量化(如图2)。

　　如上所述，今后在汽车市场的SiC应用将更加值得期待。

　　4 市场上的主要厂商

　　除了罗姆以外，主要有Infineon、Cree、ST等大厂。

　　罗姆的优势如下。

　　①罗姆着眼于SiC的先进性，以领先一步的研发成为业界翘楚。

　　作为功率元器件的新材料，罗姆很早就关注到SiC，并与用户以及大学等机构合作，不断积累技术经验。例如2010年4月，在日本率先开始了SiC二极管的量产。同年12月，确立了世界首个SiC晶体管的量产体制。2012年3月，率先开始了全SiC功率模块的量产。

　　②承诺高品质、稳定供应的垂直统合型生产体制

　　以“质量第一”作为企业理念，在SiC生产中确立了垂直统合生产体制。2009年将德国SiCrystal公司纳入旗下之后，从晶圆到封装的所有工序开展了品质改善活动。在通行世界的制造技术实例以及稳定的生产能力的基础上，罗姆努力提高成本竞争力，致力于新产品的进一步长期稳定供应。

　　③独特的SiC解决方案

　　作为综合型半导体厂商，精通SiC的罗姆拥有独特的解决方案，其中不仅包括最新元器件，还包括可最大限度地发挥元器件性能的控制IC、支持客户使用环境的评估和仿真工具等。

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第3期第4页，欢迎您写论文时引用，并注明出处