Qorvo在SiC領(lǐng)域的戰(zhàn)略布局

前言

SiC領(lǐng)域正在迎來(lái)群雄逐鹿的新時(shí)代，而射頻芯片巨頭Qorvo亦在電源應(yīng)用領(lǐng)域耕耘多年，已占據(jù)自己的一席之地。

在電氣化、數(shù)據(jù)化、可再生能源等電力電子領(lǐng)域的強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)下，SiC正以不可阻擋之勢(shì)替代傳統(tǒng)的硅基材料，成為下一代電子器件的核心技術(shù)。Yole Development預(yù)測(cè)，SiC市場(chǎng)規(guī)模將從 2023年的10億美元快速增長(zhǎng)至 2027 年的 63 億美元，2030 年更將突破 150 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)35%。

風(fēng)口之上，SiC潛力無(wú)限。這也吸引了Qorvo的視線。近年來(lái)，Qorvo積極轉(zhuǎn)型，通過(guò)一系列的產(chǎn)品布局，已然成為連接和電源解決方案的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。SiC作為其戰(zhàn)略布局的重要一環(huán)，正加速釋放其潛力。

Qorvo發(fā)展SiC的底氣

在SiC領(lǐng)域，Qorvo并不是一個(gè)新手。早在2021年11月Qorvo就收購(gòu)了UnitedSiC，這家成立于1999年的公司在SiC領(lǐng)域有著很深的積淀，幫助Qorvo打開(kāi)了 SiC 市場(chǎng)之門(mén)，快速提升市場(chǎng)份額。

要啃下SiC這個(gè)硬骨頭，沒(méi)有點(diǎn)真本事可不行。Qorvo的秘密武器就在于其獨(dú)特的堆疊式共源共柵（Cascode）架構(gòu)。所謂的Cascode架構(gòu)，是將具有全球?qū)＠某ｉ_(kāi)（normally-on）SiC JFET與Si MOSFET共同封裝，構(gòu)建出具有標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)特性的常關(guān)（normally-off）SiCFET器件。

與傳統(tǒng)的SiC MOSFET架構(gòu)相比：

Qorvo的Cascode JFET結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，沒(méi)有柵極氧化層，從根本上解決了SiC MOSFET 柵極氧化層缺陷或擊穿所帶來(lái)的SiC MOSFET器件參數(shù)性能改變或失效風(fēng)險(xiǎn)；

由于SiC FET少了一個(gè)Channel resistance（溝道電阻），使得Qorvo SiC FET擁有在相同封裝下的SiC device領(lǐng)域最低的導(dǎo)通電阻RDS(on)；

因?yàn)镃ascode的反向續(xù)流導(dǎo)通壓降比SiC MOSFET的小很多，Qorvo的SiC FET開(kāi)關(guān)速度更快，這樣可以有效減小變壓器的尺寸和減少母線濾波電容的容量，從而降低系統(tǒng)成本。

左圖是傳統(tǒng)的SiC MOSFET結(jié)構(gòu)，右圖是Qorvo的Cacode JFET結(jié)構(gòu)

得益于該創(chuàng)新性的架構(gòu)，Qorvo不斷刷新SiC FET RDS(on)新低紀(jì)錄，成為業(yè)內(nèi)不可忽視的力量。2019年12月，發(fā)布650V、7mΩ SiC FET，創(chuàng)下業(yè)界最低RDS(on)記錄，逆變器效率可達(dá) 99% 以上；2020年2月，推出DFN 8×8封裝的32mΩ SiC FET，再次刷新最低RDS(on)記錄；2021年9月，發(fā)布的750V、6mΩ SiC FET，RDS(on)性能比同類(lèi)產(chǎn)品低一半；2022年7月推出750V、9mΩ SiC FET，采用D2PAK-7L 封裝，適用于高功率應(yīng)用；2023年3月發(fā)布750V、5.4mΩ SiC FET，采用TOLL 封裝，這是任何其他功率半導(dǎo)體技術(shù)（Si/SiC/GaN）均無(wú)法超越的。2024年2月，Qorvo推出緊湊型E1B封裝的1200V SiC模塊，導(dǎo)通電阻RDS(on)最低為9.4mΩ，極大地提升了效率，這一優(yōu)勢(shì)在軟開(kāi)關(guān)應(yīng)用中尤為顯著。2024年6月，Qorvo推出采用 TOLL封裝的750V 4mΩ SiC JFET，以超小型元件封裝的超低導(dǎo)通電阻 FET 器件助力電路保護(hù)等應(yīng)用的發(fā)展，推動(dòng)斷路器技術(shù)的革新。

如今，Qorvo的SiC產(chǎn)品種類(lèi)已經(jīng)非常豐富。下圖展示了Qorvo公司的SiC功率器件產(chǎn)品系列。產(chǎn)品主要分為四類(lèi)：肖特基二極管(Schottky Diodes)、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFETs）、SiC 模塊和場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FETs)。其中，肖特基二極管系列有三種不同的額定電壓和電流規(guī)格：650V@4A到30A、1200V@2A到50A以及1700V@25A。SiC JFET系列是高性能SiC常開(kāi)JFET晶體管，電壓范圍為650V至1700V，具有低至4 mΩ 的超低導(dǎo)通電阻(RDS(on))。SiC 模塊包含半橋和全橋兩種配置，工作電壓1200V，導(dǎo)通電阻RDS(on)低至 9.4mΩ。場(chǎng)效應(yīng)晶體管系列則涉及650V、750V、1200V和1700V的不同電壓等級(jí)，從650V@6.7mΩ-80mΩ到1700V@410mΩ不等。此外，這些器件還采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝和引腳布局，包括表面貼裝技術(shù)(SMT)和通孔插裝技術(shù)(TH)。

產(chǎn)品為王，供應(yīng)鏈先行。在 SiC 領(lǐng)域，穩(wěn)定的材料供應(yīng)是成功的關(guān)鍵。Qorvo 早有布局。2022 年 11 月，Qorvo 與韓國(guó)晶圓制造商 SK Siltron CSS 簽訂了多年合作協(xié)議，確保了未來(lái)發(fā)展所需的 SiC 裸片和外延片供應(yīng)。

Qorvo在SiC領(lǐng)域的這些布局，為其在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

從工業(yè)領(lǐng)域切入，蓄力SiC未來(lái)

作為SiC領(lǐng)域的新進(jìn)者，Qorvo選擇從工業(yè)市場(chǎng)撕開(kāi)一個(gè)口子。相比汽車(chē)市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，工業(yè)市場(chǎng)對(duì)可靠性、環(huán)境適應(yīng)性等要求相對(duì)更寬容，為Qorvo提供了一個(gè)積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)實(shí)力的理想環(huán)境。

在儲(chǔ)能和服務(wù)器等工業(yè)細(xì)分市場(chǎng)中，Qorvo已經(jīng)展示了其SiC器件的強(qiáng)大潛能。

隨著全球減碳目標(biāo)和能源轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，光伏一體化系統(tǒng)正在成為市場(chǎng)主流。這類(lèi)系統(tǒng)需要高能效、高容量、低成本和長(zhǎng)壽命，四大趨勢(shì)指向 SiC，使其成為光伏儲(chǔ)能應(yīng)用的最佳選擇。在7kW家用光伏逆變器和家用儲(chǔ)能逆變器中，憑借與工業(yè)領(lǐng)域早期采納者的合作，Qorvo的750V 18mΩ、23mΩ D2-PAK SiC FET和1200V 150m D2-PAK SiC FET等碳化硅器件，將像太陽(yáng)能逆變器和儲(chǔ)能等可再生能源設(shè)備的散熱量限制在最低限度。根據(jù)光伏領(lǐng)域的客戶反饋，使用Qorvo SiC FET比一般的SiC MOSFET提高了0.4%的系統(tǒng)效率。

除此之外，數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器的蓬勃發(fā)展，也為SiC的應(yīng)用帶來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。各國(guó)高度關(guān)注數(shù)據(jù)中心能效，提高數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)性能成為關(guān)鍵。SiC功率器件憑借高效率、高功率密度、高耐壓、高開(kāi)關(guān)頻率等優(yōu)勢(shì)，逐漸替代傳統(tǒng)的Si基功率器件，成為數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)的升級(jí)趨勢(shì)。

與Si相比，SiC 功率器件在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器電源中的優(yōu)勢(shì)頗多：

在相同輸出功率下，SiC比Si器件的體積更小。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)者購(gòu)買(mǎi)更少的電源模塊即可滿足需求，節(jié)省了空間。

SiC方案拓?fù)涓?jiǎn)約，可使用更高開(kāi)關(guān)頻率，減少元器件數(shù)量和復(fù)雜度，降低 BOM 成本和體積。

SiC耐壓強(qiáng)度高、熱傳導(dǎo)率高、開(kāi)關(guān)速度快，可用于開(kāi)關(guān)頻率高的應(yīng)用。在相同封裝、相同工況下，SiC器件的芯片溫度比Si器件更容易控制，這也相應(yīng)地提高了產(chǎn)品的可靠性等。

近年來(lái)，Qorvo的SiC業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)勁增長(zhǎng)。在2024財(cái)年第一季度的財(cái)報(bào)中可以看到，Qorvo已收獲了來(lái)自AI服務(wù)器和其他數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的數(shù)百萬(wàn)美元的SiC功率器件訂單。

在服務(wù)器電源單元（PSU）領(lǐng)域，Qorvo已與中國(guó)臺(tái)灣的OEM廠商合作超過(guò)2年，從研發(fā)到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的深度參與，以及OEM廠商對(duì)新技術(shù)的認(rèn)可，Qorvo的SiC產(chǎn)品如750V 33mΩ D2-PAK SiC FET和750C 18mΩ TO-247 SiC FET，已經(jīng)在服務(wù)器領(lǐng)域備受認(rèn)可。

基于Qorvo 750V SiC FET的3.6kW圖騰柱無(wú)橋PFC方案，它可實(shí)現(xiàn)最高99.37%的轉(zhuǎn)換效率，整體尺寸僅為260 x 102 x 60 mm3，具備重量輕、體積小、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，可以輕松打造符合80PLUS鈦金電源規(guī)范的高性能產(chǎn)品方案。

2024年，以ChatGPT和Sora等為代表的大模型AI應(yīng)用仍然如火如荼，可以預(yù)見(jiàn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器需求將持續(xù)增長(zhǎng)，向SiC器件的轉(zhuǎn)變和對(duì)SiC的需求將進(jìn)一步提高。盡管SiC器件的初始成本可能高于傳統(tǒng)硅器件，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，由于其能效提升帶來(lái)的節(jié)能效果，總體擁有成本（TCO）將是可觀的。因此，數(shù)據(jù)中心的能效革命可能不僅僅是由硬件性能提升推動(dòng)的，更是由材料創(chuàng)新——特別是SiC功率器件的廣泛應(yīng)用所驅(qū)動(dòng)的。

結(jié)語(yǔ)

從一開(kāi)始，Qorvo的大多數(shù)SiC功率器件設(shè)計(jì)就符合AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)，這為其接下來(lái)進(jìn)軍新能源汽車(chē)領(lǐng)域做好了準(zhǔn)備；器件的最大操作結(jié)溫(Tj max op)可達(dá)到175°C，具有優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性……透過(guò)種種跡象我們不難看出，Qorvo 的SiC市場(chǎng)戰(zhàn)略是一盤(pán)精妙的棋局，隨著在工業(yè)應(yīng)用中繼續(xù)積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)“量”，我們相信Qorvo 終將實(shí)現(xiàn)在SiC領(lǐng)域質(zhì)的飛躍。