聚焦光伏發(fā)電和充電樁 英飛凌碳化硅功率器件開發(fā)和應(yīng)用引領(lǐng)同儕

隨著全球人口增加，數(shù)字化轉(zhuǎn)型都增加了能源的需求，同時由于全球環(huán)保意識抬頭，碳化硅SiC這種功率轉(zhuǎn)換材料頗受矚目。其中，英飛凌、ROHM掌握了碳化硅早期開發(fā)和持續(xù)推出產(chǎn)品的優(yōu)勢，其功率模組在光伏等再生能源、UPS和充電樁領(lǐng)域，商機(jī)已經(jīng)紛紛涌現(xiàn)。

根據(jù)IHS Market的統(tǒng)計報告，英飛凌2017財年總營收70.63億歐元，工業(yè)功率控制營收12.06億歐元。英飛凌位列全球功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的第一位，擁有18.5%的市場份額，是位列第二位的安森美的兩倍。英飛凌IGBT模塊在中國工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的市場份額位居第一。

“在功率器件領(lǐng)域，大中華市場的銷售額已經(jīng)占據(jù)英飛凌全球銷售額的一半，我們非常重視中國客戶的聲音，致力于為中國客戶提供定制化的產(chǎn)品?！?英飛凌科技（中國）有限公司大中華區(qū)工業(yè)功率控制事業(yè)部副總裁于代輝表示?！霸谥袊圃?025年定義的10個行業(yè)，有先進(jìn)軌道交通、高檔數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、新能源汽車等8個行業(yè)與英飛凌相關(guān)，英飛凌先進(jìn)功率半導(dǎo)體可以幫助家電企業(yè)和眾多中國制造企業(yè)實現(xiàn)從產(chǎn)品數(shù)量到產(chǎn)品質(zhì)量的提升。”

圖1：英飛凌大中華區(qū)工業(yè)功率控制事業(yè)部副總裁于代輝先生

英飛凌在IGBT一代功率半導(dǎo)體是龍頭企業(yè)，如何保持下一代技術(shù)繼續(xù)領(lǐng)先？于代輝指出，半導(dǎo)體功率器件的未來主流將是碳化硅器件，英飛凌在碳化硅功率器件研發(fā)、產(chǎn)能制造和系統(tǒng)解決方案上的投入，已經(jīng)推出系列的碳化硅功率器件。就碳化硅技術(shù)的最新進(jìn)展、市場趨勢和應(yīng)用趨勢，英飛凌大中華區(qū)工業(yè)功率控制事業(yè)部副總裁于代輝和英飛凌科技香港有限公司總監(jiān)馬國偉先生做了精彩的分享。

全球碳化硅市場趨勢和三大應(yīng)用領(lǐng)域

據(jù)行業(yè)報告顯示，在中大功率領(lǐng)域（電壓1200V～6.5kV），IGBT是市場上的主流產(chǎn)品。IGBT現(xiàn)在每年市場容量達(dá)到50億美元，每年復(fù)合增長率達(dá)到8%?！皳?jù)Yole預(yù)測，2020年全球SiC應(yīng)用市場規(guī)模達(dá)到5億美元，到2022年全球SiC市場將會進(jìn)一步增長達(dá)到10億美元的規(guī)模?！?于代輝一語指出了SiC應(yīng)用市場目前正處于起步階段。

據(jù)Yole的分析報告顯示，2009年以前，市面上只有英飛凌和CREE提供碳化硅二極管產(chǎn)品，截止到2017年，市場上已經(jīng)有23家碳化硅二極管供應(yīng)商。2010年，商用碳化硅MOSFET面試。2017年，碳化硅MOSFET供應(yīng)商數(shù)目成倍增長，這都反映了碳化硅市場轉(zhuǎn)折點已來。

“半導(dǎo)體功率器件的未來主流將是碳化硅器件，SiC應(yīng)用不會完全取代IGBT，只是在一些高精尖領(lǐng)域應(yīng)用，有非常大的優(yōu)勢代替IGBT?！?于代輝表示，“電動車充電樁與光伏發(fā)電、UPS這三個比較典型的急需從傳統(tǒng)的Si器件升級到SiC器件的應(yīng)用，未來英飛凌在車載充電、電機(jī)驅(qū)動、牽引等領(lǐng)域也會引入SiC技術(shù)和功率器件?！?/p>

英飛凌科技香港有限公司總監(jiān)馬國偉博士分析說，碳化硅（SiC）擁有優(yōu)良的材料特性，可用作高性能的下一代功率半導(dǎo)體的基礎(chǔ)材料。使用SiC材料的器件擁有比傳統(tǒng)Si材料制品有更好的耐高溫耐高壓特性，從而能獲得更高的功率密度和能源效率。

“碳化硅（SiC）比IGBT的硅基產(chǎn)品價格，大概貴3-5倍，但因為高頻，周圍電容電感用量明顯降低，使用SiC MOSFET的模塊，系統(tǒng)成本可以降低30%。我們看好的是SiC在未來市場的應(yīng)用?！庇诖x先生指出，碳化硅功率器件可以帶來的好處，更高頻率的控制，且功率模塊、線圈、電容尺寸明顯減小，最終系統(tǒng)成本的降低將開啟更多的市場應(yīng)用空間。

電力電子未來發(fā)展的趨勢之一是使用更高的開關(guān)頻率以獲得更緊密的系統(tǒng)設(shè)計，所以如何降低動態(tài)損耗至關(guān)重要。馬國偉表示，英飛凌開發(fā)的SiC MOSFET的低開關(guān)損耗特性可大幅降低在高開關(guān)頻率應(yīng)用中的損耗。即時在低頻及低速應(yīng)用，亦可帶來可觀的損耗下降。

英飛凌持續(xù)15年投入，碳化硅功率器件確立領(lǐng)先優(yōu)勢

“英飛凌具備15年以上的SiC的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗，可靠的6英寸SiC晶元供應(yīng)保證。公司投資3500萬歐元做碳化硅的技術(shù)研發(fā)，未來還會繼續(xù)推進(jìn)。碳化硅的原料、襯底、外延生長是緩慢的，如何保證可靠的原料供應(yīng)？英飛凌和全球碳化硅的供應(yīng)商簽署了長期的協(xié)議，確保碳化硅原料得到足夠的供應(yīng)。我們有頂尖的技術(shù)團(tuán)隊，擴(kuò)展碳化硅研發(fā)團(tuán)隊。2016年英飛凌推出CoolSiC品牌，2017年開始商業(yè)化?！庇诖x對英飛凌的碳化硅器件的未來發(fā)展充滿信心。

2002年，英飛凌最先在業(yè)界推出SiC肖特級二級管， 2010年推出包含碳化硅二極管的分立器件，2016年推出CoolSiC MOSFET 碳化硅模塊，英飛凌首款分立式1200 V CoolSiC MOSFET的導(dǎo)通電阻（RDS（ON））額定值為45 mΩ。2017年6月開始批量生產(chǎn)EASY 1B。上面的路線圖上展示了英飛凌碳化硅MOSFET系列新品迭代路徑。

據(jù)記者調(diào)研得知，SiC技術(shù)領(lǐng)域，中國已經(jīng)緊跟國外先進(jìn)國家的步伐，在芯片、外延和平臺上形成了完整的生態(tài)鏈。業(yè)內(nèi)專家表示，英飛凌代表的國際企業(yè)在6英寸晶元技術(shù)上的突破，未來碳化硅芯片產(chǎn)量會翻倍，芯片良率可以大規(guī)模的提升，成本大規(guī)模下降，這些利好消息都會推動包括光伏、充電樁、新能源汽車、UPS領(lǐng)域等碳化硅器件應(yīng)用市場的升溫。

英飛凌工業(yè)功率控制事業(yè)部總監(jiān)馬國偉博士介紹說，SiC材料的晶體管可以實現(xiàn)比硅基功率器件更高的開關(guān)頻繁，因此可以提供高功率密度、超小的體積。馬國偉表示：“英飛凌的CoolSiC MOSFET具備更大靈活性，可提高效率和頻率。它們將有助于電源轉(zhuǎn)換方案的開發(fā)人員節(jié)省空間、減輕重量、降低散熱要求，并提高可靠性和降低系統(tǒng)成本。”

馬國偉介紹說，中國的充電樁選址在城市昂貴的地段，體積要小同時還要能支持快速充電。幾臺車一起快速充電需要達(dá)到幾百千瓦的功率，一個電動汽車充電站更是要達(dá)到百萬瓦的功率，相當(dāng)于一個小區(qū)用電的功率規(guī)模。傳統(tǒng)的硅基功率器件體積大，但SiC模塊則可以實現(xiàn)很小的體積滿足功率上的要求。

在充電樁應(yīng)用中，英飛凌的全碳化硅解決方案大幅提升功率密度，從而使充電設(shè)備變得更加輕巧便捷。臺達(dá)電子推出的碳化硅高速充電樁就是一個典型的案例，臺達(dá)電子經(jīng)理言超表示，碳化硅模塊高效率、小體積和長壽命，非常適應(yīng)未來充電樁高效率充電的需求，而且在IGBT替代中，除了碳化硅外，目前沒有其他新材料可以做到。

于代輝先生在采訪當(dāng)中一直強(qiáng)調(diào)，碳化硅市場涌入眾多的競爭者，對業(yè)界和行業(yè)是一件好事，證明了碳化硅技術(shù)在全球已經(jīng)得到越來越多廣泛的支持，隨著芯片、分立器件和模塊在光伏、UPS、充電樁和其他新興領(lǐng)域的應(yīng)用，未來市場前景更值得期盼。