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當下，以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的寬禁帶半導體功率器件正在興起。與傳統(tǒng)的硅器件相比，寬禁帶半導體功率器具備很多優(yōu)點，如功率密度高、效率高、尺寸小、耐高溫等優(yōu)勢。兩者之中，SiC器件更加成熟，已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。近日，功率半導體主要廠商之一安森美半導體公司電源方案部產(chǎn)品市場經(jīng)理王利民先生向我們介紹了安森美半導體的SiC器件的優(yōu)點和應(yīng)用。 高性價比與高可靠性 王利民介紹說，碳化硅器件具備良好的高壓、高頻、高效率特性。普通硅器件若要做出碳化硅MOSFET的Rds-on和開關(guān)損耗，需要100倍硅MOSFET的面積。同樣的面積，硅IGBT相對的內(nèi)阻或壓降要高3到5倍，開關(guān)損耗大致要高至少10倍以上。所以，在高壓領(lǐng)域，碳化硅MOSFET以及碳化硅的二極管都是非常理想的開關(guān)器件。 與硅器件相比，安森美半導體的碳化硅方案具備很好的性價比。同樣的電源，如果替換成碳化硅方案，其體積、功率密度以及整體BOM成本都會得到優(yōu)化。例如，對于十幾千瓦的升壓或PFC或升壓應(yīng)用，碳化硅MOSFET不僅效率會大幅度提高，總成本也會比IGBT方案低。 王利民說，與同行相比，安森美半導體的碳化硅器件也具有卓越的成本結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)高性價比，安森美半導體一是通過設(shè)計、技術(shù)進步來降低成本，二是通過領(lǐng)先的6英寸晶圓的制造以及最好的良率來達到好最低的成本，三是通過不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模來降低成本。將來，較小生產(chǎn)規(guī)模的廠家很難參與競爭。 同時，安森美半導體的碳化硅器件具備全球領(lǐng)先的可靠性。高可靠性是通過安森美半導體專有、獨立的晶圓設(shè)計實現(xiàn)的。安森美半導體的晶圓設(shè)計獨一無二的，包括一些端接設(shè)計。 再來看實際表現(xiàn)。在下圖所示的H3TRB測試（高溫度/濕度/高偏置電壓）中，安森美半導體的碳化硅二極管可以通過1000小時的可靠性測試。實際測試中，測試會延長到2000小時，這大幅領(lǐng)先于市場的可靠性水平。王利民說，安森美半導體曾經(jīng)是JEDEC可靠性委員會的成員，寬禁帶可靠性標準委員會現(xiàn)已并入JEDEC標準委員會。 
圖：安森美半導體的碳化硅器件與競品的H3TRB測試結(jié)果 重點市場：汽車、新能源、5G電源 王利民說，安森美半導體的碳化硅戰(zhàn)略會側(cè)重在電動汽車、電動汽車充電樁、新能源以及5G通信電源等設(shè)備上。 汽車領(lǐng)域包含兩大方面，一是電動汽車和混動汽車的主驅(qū)逆變器(Traction Inverter)，以及車載充電器(OBC)和DC-DC。二是電動汽車充電樁。 電動汽車會是未來碳化硅的主要驅(qū)動力之一，占整個碳化硅總體市場容量的約60%。碳化硅器件可大幅度提高轉(zhuǎn)換效率，進而增加電動汽車的續(xù)航能力。王利民說，目前幾乎所有做主驅(qū)逆變器的廠家都以研究碳化硅做主驅(qū)為方向。在OBC和DC-DC領(lǐng)域，絕大部分廠家是也使用碳化硅器件作為高效、高壓和高頻率的功率器件。 至于充電樁，王利民說，現(xiàn)在消費者最感興趣的是直流快充，它需要非常大的充電功率以及非常高的充電效率，這些都需要通過高電壓來實現(xiàn)。目前有很多使用主開關(guān)的碳化硅MOSFET電動汽車充電樁方案，其應(yīng)用前景非常廣闊。 在汽車領(lǐng)域，安森美半導體提供整套方案，包括單管方案、模塊方案，以及各種電動車和混動車的車載充電器方案，并可提供整套電路圖紙、BOM以及實際的實物。 安森美半導體第二個碳化硅戰(zhàn)略市場是5G電源和開關(guān)電源（SMPS）領(lǐng)域。開關(guān)電源一直追求高功率密度，從最早通信電源的金標、銀標，到現(xiàn)在5G通信電源和云數(shù)據(jù)中心電源，這些都對于高能效有非常高的要求。碳化硅器件沒有反向恢復，使得電源能效非常高，可達到98%的能效。 在新能源領(lǐng)域，王利民說，太陽能逆變器中碳化硅二極管的用量非常巨大，每年太陽能逆變器的安裝量也在持續(xù)增長，預計未來10-15年將會有15%的能源（目前是1%）來自太陽能。隨著現(xiàn)在太陽能逆變器成本的優(yōu)化，我們已經(jīng)能看到不少廠家會使用碳化硅的MOSFET作為主逆變的器件，來替換原來的三電平（逆變器）控制復雜電路。 全部車規(guī) 安森美半導體提供的碳化硅二極管和MOSFET芯片和模塊全部符合汽車標準，有多種電壓、電流和封裝選擇。安森美半導體提供的二極管包括1200V、650V第1.0代、650V第1.5代和1700V產(chǎn)品。 碳化硅二極管能夠耐受非常大的沖擊電流。以1200V 15A的碳化硅二極管為例，安森美半導體的的碳化硅二極管在毫秒級有10倍的過濾，在微秒級有50倍的過濾。針對電動車主驅(qū)或者馬達驅(qū)動的應(yīng)用里對于碳化硅二極管雪崩的要求，安森美半導體的碳化硅二極管具有雪崩量，如1200 V 15A SiC 二極管的雪崩電流接近200 A (3500 A/cm2)。 安森美半導體的MOSFET幾乎涵蓋了市面上所有主流的碳化硅MOSFET，包括電壓1200V、內(nèi)阻20/40/80/160mΩ、封裝形式TO247、TO247的4條腿以及D2PARK的7條腿的產(chǎn)品。另外該公司還有900V的碳化硅MOSFET，包括20mΩ和60mΩ市場主流規(guī)格。 最后，王利民總結(jié)說，安森美半導體的碳化硅產(chǎn)品方案具備三大重要特性：世界領(lǐng)先的可靠性、高性價比、所有的碳化硅器件均滿足汽車規(guī)范。 |
