受材料特性所限,硅器件各方面的性能已经接近理论极限,此背景下,宽禁带半导体材料的应用受到关注。这类材料中,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)的发展相对更成熟,氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)等材料的研究尚在起步阶段。随着新能源汽车的普及和5G的商用,厂商针对SiC或GaN做了新的布局。
目前,车用功率模块的主流材料是IGBT。据了解,IGBT的成本约占驱动系统成本的一半,电机驱动系统约占全车成本15%-20%,因此IGBT在一辆电动汽车中约占8%-10%的成本。据德勤预测,2020年全球新能源车销量将达到400万辆,2025年达到1200万辆,2030年达到2100万辆。由此可知,未来十年内车规级功率器件将有更大的空间。
值得注意的是,IGBT的下一代SiC技术已经崭露头角。SiC能将新能源汽车的效率再提高10%,使用SiC工艺生产的功率器件的导通电阻更低、芯片尺寸更小、工作频率更高,并可耐受更高的环境温度。为此,全球领头厂商均发力车规级SiC。
NX2esmc
罗姆半导体(北京)有限公司设计中心所长水原德健对NX2esmc
罗姆半导体(北京)有限公司设计中心所长水原德健对《国际电子商情》分析师透露,罗姆已经在SiC生产中确立了垂直统合生产体制。2009年,该公司收购了德国单晶晶圆制造商SiCrystal,构建起从SiC原材料到晶体生长、晶圆加工、检测的晶圆一条龙生产体制。2010年,罗姆开始量产SiC功率元器件,现在主要有SiC-SBD、SiC-MOSFET和全SiC功率模块系列产品。
2018年,汽车电子和工业设备约占罗姆整体营收的48%。预计到2020年,这两个业务将占全部营收的51%。根据规划,罗姆专注的三大产品群分别是大功率产品、模拟、标准产品。NX2esmc
NX2esmc
意法半导体新材料和电源解决方案部创新和关键项目战略营销总监Filippo Di GiovanniNX2esmc
意法半导体新材料和电源解决方案部创新和关键项目战略营销总监Filippo Di Giovanni介绍,“在SiC器件市场保持领先地位”已经成为ST公司的宏伟目标。为了实现这一目标,ST采取了一系列措施,其中包括:与Cree达成长期晶圆供应协议,收购SiC晶圆制造商Norstel AB的多数股权,与学术机构签订多项合作协议等等。他还称,ST将继续在工业市场等领域开拓市场及发展业务。
ST 2018年年报显示,去年该公司约有30%的业绩归属为汽车应用。此外,ST总裁兼首席执行官Jean-Marc Chery曾多次强调,ST在SiC器件方面的目标是,随着SiC市场走向成熟,市场份额要达到30%,在这个2025年预计市场总量超过30亿美元的市场上继续保持领先地位。
2018年5月,Microchip完成了对Microsemi的收购,以此获得了30多年的SiC分立式电源产品的经验。
Microchip分立器件及电源管理业务部策略营销经理Orlando Esparza介绍, Microchip在整合SiC产品组合、单片机/模拟解决方案产品组合方面已经取得了重大进展。“Microchip希望通过对SiC产品的布局,来顺利进入电动汽车市场。”他表示。
Microchip是宽带隙计划Power America的成员,该组织的成员有美国国家实验室、高等院校、知名半导体供应商和行业供应商。在组织的帮助下,Microchip与各成员建立起密切的联系,助力其SiC解决方案的研发和推广。
在电动汽车中,车载充电器、DC/DC转换器、主逆变器和电动压缩机对功率电子器件要求较高,需要IGBT或SiC功率器件。SiC虽然拥有诸多优势,但是其发展也受价格高昂、电磁干扰等缺点的限制。
此前,SiC受限于缺少合适的衬底材料而无法量产。直到上个世纪70年代末,一种生长大面积 SiC衬底的方法研制成功,不过这种衬底存在微管缺陷的毛病。微管缺陷限制了每张晶片上器件的良品率,影响着每个器件的性能参数,还限制了SiC基板的芯片尺寸,导致难以制造出大面积的SiC器件,相应地也造成SiC器件的成本过高。
在降成本方面,罗姆的举措较为突出。该公司致力于晶圆的大口径化,先一步导入六英寸的SiC产线后,通过增加晶圆面积来提升SiC功率元器件的产能。为了进一步强化产能,罗姆在日本福冈县筑后工厂投建新厂房。该厂房总建筑面积约为11,000㎡,将于2020年竣工。
由于SiC的开关频率远高于传统Si型IGBT,其回路寄生参数无法忽略,导致电磁干扰的情况发生。如何尽可能地减轻甚至消灭电磁干扰,一直是厂商关注的重点。SiC基板是减轻电磁干扰的关键,Cree集团旗下电源和RF部门(Wolfspeed)的核心就是SiC基板技术,在业界较有名气。为了向客户提供更优质的SiC器件,ST与Cree达成了一项2.5亿美元的长期晶圆供应协议,希望通过双方的合作产出更好的SiC器件。
SiC能够产生正经济效益的时间点,将是它能够得以普及的分水岭。业界对于SiC未来是否会取代IGBT、MOSFET持有不同的观点。Filippo Di Giovanni 认为,SiC不会完全取代IGBT或MOSFET。
“我们非常看好SiC,不过需要明确的是,SiC不会完全取代IGBT或MOSFET。对SiC的追求并不代表ST放弃了其他功率器件,现在ST公司仍在投资IGBT及MOSFET,因为这些技术产品在开关特性、功耗和成本方面各不相同,所以每一种产品都有适合的应用领域。”他表示。
实际上,同为宽禁带半导体的GaN和SiC在应用优势上可以互补。SiC适用于1200V以上的高电压、大电流的领域,GaN更偏向于高频、小电流领域。在5G时代,GaN将有更好的发展空间。
拓墣产业研究院估计,2018年全球SiC基板产值将达1.8亿美元,而GaN基板产值仅约3百万美元。另外,Yole的数据显示,2021年全球SiC市场规模将上涨到5.5亿美元,2016-2021年的CAGR(复合年增长率)为19%,而GaN功率器件在2016-2021年的CAGR为86%,市场将达到3亿美元。当前,GaN的市场规模明显小于SiC。
Filippo Di Giovanni 解释称,以前增强型开关、耗尽型晶体管常与低压MOSFET串联使用。由于在同一封装内增加了一个芯片,也增加了封装的复杂性,市场对该类解决方案的热情并不高。“传统封装方式使得芯片尺寸较大、寄生电感也较多,导致GaN开关的潜在高频优势被减弱。另外,与结型场效应晶体管类似,GaN技术是横向结构,在高压处理能力上,很难媲美纵向结构的SiC MOSFET。”NX2esmc
NX2esmc
Microchip分立器件及电源管理业务部策略营销经理Orlando EsparzaNX2esmc
Orlando Esparza补充说,SiC材料的历史更悠久,GaN器件是高电子迁移率晶体管(HEMT),用于电源切换的HEMT是一种更新的技术,且该器件不在天然GaN基板上制造,带来了额外的复杂性。同时,GaN在可靠性、散热和成本等方面也存在问题。
针对SiC 和GaN 的应用场景,他也做了介绍,当电压小于600V,对雪崩稳健性不做要求,且其他可靠性问题都得以解决,则可以选用GaN解决方案。SiC则适用于电压大于600V的任何场景,其性能明显优于Si且能够可靠匹配。
水原德健强调,GaN作为SiC功率元器件的补充产品,未来有望得到进一步普及,GaN的高频特性将促使其在低耐压领域有广泛地应用。
GaN材料本身存在的不足,如低电场迁移率低、高频性能差、以异质外延技术生长出的GaN单晶品质还不够好,在很大程度上限制了其应用。不过,即将大规模商用的5G将为GaN带来较大的机遇,尤其是射频方面,对GaN器件需求将非常旺盛。
2018年,罗姆与GaN Systems在GaN功率器件事业展开了合作。利用GaN Systems的GaNPXTM封装技术和罗姆的功率元器件传统封装技术,双方将联合开发GaN器件产品,挖掘其潜力。同时,双方还将推进GaN功率器件的研发活动,面向工业设备、汽车及家电领域发布新产品。
ST看好硅基的发展。在射频产品方面,ST与MACOM建立了合作关系,并签署了技术许可协议,授权ST在手机、无线基站和相关商用电信基础设施以外的射频市场上制造、销售硅基GaN产品;在功率转换应用领域,ST与CEA-LETI建立了合作关系,将重点在8英寸晶圆上开发和验证制造先进硅基GaN架构的功率二极体和电晶体。
当下仍有95%的半导体器件和99%以上的集成电路采用Si材料,在半导体产业中SiC和GaN的使用量还很少。据预测,到2024年,第三代半导体功率电子的渗透率将达到13%。SiC和GaN以及其他宽禁带半导体材料仍有很长的路要走。NX2esmc
本文为《国际电子商情》2019年8月刊杂志文章。NX2esmc
微信扫一扫,一键转发
关注“国际电子商情” 微信公众号
暂时没有任何迹象表明需求会上升,预计未来几个月还将出现萎缩。
过去几年,因受到新冠疫情影响及政治地缘关系的挑战,欧洲曾出现了前所未有的芯片短缺现象,对欧洲汽车、能源、通信、卫生以及安全等领域造成很大的威胁。在此背景下,欧盟进一步将芯片视为重要战略资源,推出了相关芯片产业扶持政策以加强芯片供应链自主。
国际电子商情7日讯 研究机构在当地时间周三(5日)发布报告结果显示,ABF载板行业在2023年一季度进入低谷,衰退明显。但预计在2023年下半年在PC、笔记本、服务器的带动下,ABF载板行业有希望走出下降趋势,看到需求的复苏。
预算受到抑制、成本增加和生产力下降正在挤压 CMO 的消费能力
欧盟机器人2022年销售量增长 6%
IPC发布6月经济展望报告
美国一直所说的“去全球化”、“去风险化”,其实是想在全球化的情况下将中国一脚踢开。因此,对中国来说,现在面临的最基本也是最严峻的问题,就是芯片问题。
三季度即将开启,是否预示消费电子需求将触底反弹?
2023年上半年已经过去,过去几个月电子供应链的信号一直令人沮丧。ECIA 5月份零部件销售信心指数较4月份预期大幅下降70多个点。美国5月份PMI连续第七个月收缩,没有需求上升的迹象。电子产品订单反弹的希望已被推迟到第三季度。
从供应链角色的变化中可看出,车企一方面在尝试绕过中间环节,直接与元器件供应商进行合作,另一方面也在增加更多供货渠道,在供应链中纳入了分销商这一角色。其实,无论是哪一种合作模式,都是为打造更稳固的供应链。
所有电子工程毕业生都会接受一些射频课程,但射频工程师却异常罕见,为什么?
国际电子商情30日讯 综合外媒报道,中国智能手机品牌小米位于印度的子公司前员工和现员工表示,由于内部重组、市场份额下降以及印度政府机构的审查力度加大,小米印度的员工人数将减少至1000人以下。
7月13日,兆驰股份发布2023上半年业绩预告。
7月13日消息,据sammobile报道,三星现已在韩国推出了98英寸8KNeoQLED电视,型号为QNC990,售价为4990万韩元(当前约2
近日,山东省人民政府办公厅印发《实施先进制造业“2023突破提升年”工作方案》(以下简称《工作方案》)。
受惠于生成式人工智能应用市场的成长,在各云端运算供应商与IC设计公司发展人工智能芯片的情况下,台积电相关订
7月12日,教育部部长怀进鹏在全国高校科技创新暨优秀科研成果奖表彰大会上表示,将针对核心技术“卡脖子”问题,
7月13日,华为在其2023创新和知识产权论坛上公布了三项专利许可收费标准,分别为手机、Wi-Fi和物联网。
美国零售联合会(NRF,National Retail Federation)发布按2022财年零售量排序的2023年度“美国零售百强”榜(20
一年的结束通常是回顾和反思的时候。
近日半导体行业动态频频,一批半导体项目先后签约、竣工、投产,涵盖了半导体设计、材料、制造、设备等多个领域
【招银研究|宏观点评】企业贷款边际修复——2023年6月金融数据点评
根据外媒报导,英特尔(Intel)已经证实,将停止对NUC(Next Unit of Compute,下一代计算单元)业务的直接投资,并转变策略
当地时间7月11日,欧洲议会通过了一项通过促进生产和创新确保欧盟芯片供应的计划,并制定了应对芯片短缺的紧急
2023年7月11日,矽典微发布新一代智能毫米波传感器SoC ICL1112、ICL1122两款芯片。提升了超低功耗检测和极远
传感解决方案释放AIoT和数字化全部潜力,实现“万物互联和AI无处不在”。
新能源转型浪潮下,整个汽车行业的供应链体系正在发生着意义深远的变化。
本次在中国举办3地巡回论坛,就是为了向国内RISC-V产业圈布道自身在RISC-V领域的能力图谱,并重磅宣布SiFive亲
报告显示,消费者期望了解车辆材料和零部件的来源和可持续性水平,并获得汽车制造过程中端到端的可见性。
集成电路(IC)作为电子信息产业的基石,是关系国家安全和国民经济命脉的战略性、基础性和先导性产业。而IC设计是
2023年7月4日,业内知名的数字前端EDA供应商思尔芯(S2C),发布了最新一代原型验证解决方案——芯神瞳逻辑系统S8-4
贸泽电子 (Mouser Electronics)宣布将于7月11日-13日重磅亮相2023慕尼黑上海电子展。届时,贸泽电子将携手国
WhisperExtractor依靠一项颠覆性技术,解决了希望实现语音用户互动或声音分类的电池供电设备的主要挑战之一,即
人类在面对重大自然灾害、事故、突发公共卫生事件时,应急通信保障必不可少,有这么一家公司,通过将无人机与小型
近日, 2023中国独角兽企业大会在苏州举办,亿铸科技荣登 “2022中国潜在独角兽企业榜“。
Cirrus Logic 助专业音频产品制造商轻松集成和定制其产品,音频体验不受转换器影响
点击查看更多
北京科能广告有限公司深圳分公司 版权所有
分享到微信
分享到微博
分享到QQ空间
推荐使用浏览器内置分享
分享至朋友圈