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英飞凌:布局碳化硅是一场超级马拉松

SiC MOSFET的市场竞争已经如火如荼。根据今年IHS的预估,2020年650V SiC MOSFET会有近5000万美元的市场份额。再往后到2028年,这一市场份额会达到1.6亿美元,整体复合成长率达16%……

受新冠肺炎疫情的影响,许多固定的线下活动都已转至“云端”,这是面对疫情的一种积极尝试。4月22日,英飞凌科技举办“650V CoolSiC™ MOSFET在线媒体发布会”,来自英飞凌科技电源与传感系统事业部的大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源,向《国际电子商情》等数十家媒体介绍了英飞凌在功率器件(Power Device)的布局、碳化硅(SiC)的机遇和前景、以及宽禁带(WBG)半导体的发展趋势。IYdesmc

对于近期业界热议的硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)话题,陈清源指出,英飞凌作为市场上唯一一家提供涵盖Si、SiC和GaN的全系列功率产品的公司,认为三者会一直处于共存的关系,未来并不会出现取代的局面。至于竞争日益激烈的650V碳化硅市场,英飞凌一直以来都是乐见其成的态度,因为碳化硅市场是一个长期的比赛,甚至是超级马拉松,不仅自身实力要过硬,还要有外部竞争激励才能稳步前行!IYdesmc

Si、SiC、GaN的差异与比较

随着硅材料的瓶颈日益突出,以碳化硅和氮化镓为主的第三代半导体逐步受到行业青睐。对于三者的区别比较,陈清源认为,可以从电压范围及应用、效率及易用性两大方面去分析。IYdesmc

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英飞凌科技电源与传感系统事业部IYdesmc

大中华区开关电源应用高级市场经理 陈清源IYdesmc

一方面,在电压范围及应用上。硅(Si)的电压范围是25V低压到1.7kV中压。它的主流技术已经研发了数十年,从功率到小瓦特数,从移动电源到充电桩、光伏等等,这些技术应用已经非常成熟,是目前行业中普及度最高的基础材料之一。而碳化硅(SiC)适用的电压范围从650V到3.3kV高压,因此适用于开关功率从中到高的大功率应用,应用的范围相比硅更广,例如风电、大数据中心的供电等。相对碳化硅,氮化镓(GaN)的电压会低一些,从中压80V-650V。不过由于它具有快速切换频率的特性,前两者的切换频率都在几百KHz等级,而氮化镓的切换频率可以达到MHz级,因此它可以在磁性元件选择更小的尺寸。IYdesmc

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另一方面,在效率、功率密度兼易用性上的区别。传统硅材料的开发时间最长、涉及产品最多、应用范围最广,故性价比是最高的。因此对于一些追求性价比的应用,硅绝对是首选。但如果说要追求效率最高、功率密度最大,那切换速度最快的氮化镓是首选,它的效率和功率密度是无可取代的,不过价格优势就不及硅。如果要考虑到有“易使用性”、坚固、耐用度,碳化硅是一个很好的选择。因为碳化硅可以耐高温,它的温度系数变化比较小,在坚固和易用性上有着绝对优势。IYdesmc

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“事实上,材料选型不能只关注性能、效率、性价比这些基本参数,更不能简单地套用现有模板。英飞凌的做法更倾向于和客户共同探讨,根据不同的个性化需求共同设计研发,摸索出一整套最契合的解决方案。”陈清源表示。IYdesmc

SiC和传统材料之间的差异

至于本次媒体交流会的主题——碳化硅,陈清源罗列了多个物理特性,来阐述SiC和传统材料之间的差异。IYdesmc

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从上图可知,碳化硅的带隙(band gap)大概是硅材料的3倍,单位面积的阻隔电压是硅材料的7倍,热导率大概是3倍,电子漂移速度是2倍左右,只有电子迁移率的数值相差不大。从这5个物理特性的差距来看,碳化硅可以运行更高的电压,达到更高的效率,让功率器件轻薄短小的同时,也具备更高的开关频率,从而有效降低整个研发成本。此外,对于设计者和使用者而言,碳化硅还能很好地解决散热问题,这可以说是解决了工程师的“老大难”问题。IYdesmc

虽然前文一直在强调碳化硅的性能,但不可避免的,整个电源的设计还要考虑到可靠度、坚固性。对此,英飞凌针对碳化硅产品的可靠度也做了很多的探索和优化。比如:增加坚固耐用度,在栅极氧化层的可靠度,把VGS重新设计在大于4V上防止“误导通”,优化一些特殊的拓扑(CCM图腾柱的拓扑),抗雪崩优化等等。IYdesmc

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“所以说,英飞凌在整个碳化硅的技术上面,是兼顾性能、稳定和坚固性做一个整体的考量。无论是设计、还是使用,各个环节力求方便,让设计者们拥有更好的材料、更好的控制方式,加上他们聪明的头脑,从而设计出更好的电源供应器!”陈清源如是说。IYdesmc

英飞凌在功率器件的全产品线布局

为了进一步扩展其碳化硅产品组合,今年2月底,英飞凌发布了8款CoolSiC™ MOSFET产品。IYdesmc

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据介绍,这8款器件的额定值在27mΩ-107mΩ之间,既可采用典型的TO-247 3引脚封装,也支持开关损耗更低的TO-247 4引脚封装。与过去发布的所有CoolSiC™ MOSFET产品相比,全新650V系列基于英飞凌先进的沟槽半导体技术,可以在毫不折衷的情况下,在应用中实现最低的损耗,并在运行中实现最佳可靠性。因此,新器件的目标市场有服务器、数据中心、5G基站、工业电源、光伏、充电桩、不间断电源系统以及能源储存等。IYdesmc

“我们看到,从2月底推出至今两个多月的时间里,大中华区已经有客户实现量产,这是非常值得英飞凌自豪的成绩!”陈清源表示。IYdesmc

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为什么英飞凌可以如此迅速地帮助客户实现SiC MOSFET应用落地?陈清源回答道:第一,英飞凌在电源管理领域已经拥有几十年的经验,而且一直保持领先的地位,这是英飞凌在碳化硅上面持续的研发、创新的基本。IYdesmc

第二,英飞凌在产品上注重性能最佳、可靠度高,并且有自己的生产线,可以与重大客户进行战略合作,与供应商交流供需策略,构建一个稳固的供应链环境。IYdesmc

第三,英飞凌可以提供全产品线方案。无论是硅、碳化硅还是氮化镓,都可以根据客户的需求进行“定制”。并且,英飞凌各产品部门内部会定期横向沟通,从不同应用场景、不同客户、不同应用中互相分享、支持,深化整体解决方案的能力。IYdesmc

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第四,英飞凌会继续加大对功率器件的布局和投入。一方面,在整个功率器件市场,英飞凌是全球市场占有率最高的供应商,具有稳定的营收,可以投资在一些新的产品、新的技术、新的应用上。另一方面,在疫情新常态的影响下,英飞凌的线上服务上也发挥了重要作用,例如线上选型指南、产品推介,方案推荐、演示文稿、技术资料、教学视频、“社群”管理等,更方便于广大工程师进行沟通。对此,今后也会加大相关投入。IYdesmc

“我相信,在多方面的努力下,英飞凌在功率器件领域的发展会更进一步!预计今年底英飞凌还会推出相关新产品,到2021年该产品线会扩展到50个产品以上。”陈清源表示。IYdesmc

乐见竞争,以开放的心态稳步前行

事实上,SiC MOSFET的市场竞争已经如火如荼。根据今年IHS的预估,2020年650V SiC MOSFET会有近5000万美元的市场份额。再往后到2028年,这一市场份额会达到1.6亿美元,整体复合成长率达16%。IYdesmc

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在这亿级市场中,主要应用领域集中在电源供应器、不间断电源、电动汽车充电、马达驱动、光伏和储能。其中,电源是最大的部分,汇聚了许多新老玩家。IYdesmc

面对市场竞争日益激烈的650V碳化硅市场,陈清源表示,有竞争才会进步,英飞凌一直乐见竞争。IYdesmc

“英飞凌在碳化硅领域也布局了几年,累积的专业技术知识和能力很多,我们有不可取代的优势。至于新的竞争对手,如何能持续投入这么高资金成本的投资,对他们来说也是个挑战。”陈清源分享道。IYdesmc

此外,陈清源还表示,他更愿意把碳化硅的布局看作是一场长期的比赛,甚至是超级马拉松。英飞凌坚实自己的优势,同时积极面对竞争,当市场上产品百花齐放,客户有更多的选择,这对使用者、制造商都是好事。IYdesmc

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Momo Zhong
国际电子商情(Electronics Supply and Manufacturing-China)助理产业分析师,专注于PCB、电子工程、移动终端、智能家居等上下游垂直领域。
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