本文转载自@@： 贸泽电子@@微信公众号@@@@
在@@功率电子@@领域@@，要论如@@今炙手可热的@@器件@@@@，SiC要说是第二@@，就没有人敢说第一了@@。随着@@原有的@@@@Si基功率半导体@@器件@@逐渐接近其@@物理极限@@，由第三代@@SiC功率器件@@接棒来冲刺更高的@@性能@@，已经是大势所趋@@。
与@@传统的@@@@Si材料相比@@@@，SiC具有更宽的@@禁带@@，以及更高的@@击穿电场@@、热导率和@@工作温度@@，这决定了基于@@@@SiC的@@功率器件@@@@性能优势明显@@。具体来讲@@：
总之@@，采用@@SiC功率器件@@可以让功率电子@@系统实现更高电压@@@@、更低功耗@@、更高效率@@、更小尺寸@@……除了成本较高外@@，完全碾压@@Si功率器件@@应该是毫无悬念@@。
电动汽车拉动@@SiC市场成长@@
不过@@，也正是成本高@@、产能低@@、配套技术@@生态欠完善等@@因素@@，在@@相当长的@@一段时间里制约了@@SiC器件@@在@@商业领域的@@渗透速度@@。这种状况一直持续到@@了@@2018年@@。
这一年@@@@，电动汽车领域发生的@@一件事@@，极大地改变了@@SiC半导体的@@市场走向@@@@——特斯拉宣布@@，在@@Model 3的@@主驱逆变器上采用@@了@@650V SiC MOSFET，使得逆变器效率提升了@@5%-8%，进而@@让电动车的@@续航显著提升@@。从@@此@@，一石激起千层浪@@，电动汽车领域的@@玩家纷纷跟进@@，掀起了@@SiC器件@@市场的@@一阵热潮@@。
众所周知@@，汽车电气化的@@进程势不可挡@@。根据@@IHS Markit的@@预测@@，2025年@@全球@@将有@@45%的@@汽车生产实现电气化@@，全年@@将销售约@@4,600万辆@@电动汽车@@；而@@到@@@@2030年@@，这两个数字将上升到@@@@57%和@@6,200万辆@@。
而@@且@@，在@@电动汽车中@@，除了主驱逆变器外@@，车载充电机@@ (OBC)、电源转换系统@@ (DC/DC) 以及充电桩等@@功率电子@@设备@@都将为@@SiC器件@@提供巨大的@@应用空间@@@@。更为重要的@@是@@，随着@@对@@更大功率@@、更高电压@@、高效电源转换小型化设计的@@需求@@，SiC器件@@在@@很多应用中都将成为不二之选@@。伴随着@@电动汽车市场的@@成长@@，SiC的@@需求也将呈现出更为陡峭的@@上行趋势@@。
图@@1：汽车电气化拉动@@SiC需求的@@增长@@（图@@源@@：安森美@@）
当然@@，与@@Si器件@@相比@@@@，单颗@@SiC器件@@及其@@功率电子@@系统解决方案价格仍然较高@@。但也有人测算过@@，电动汽车逆变器使用@@SiC解决方案后@@, 可以让整车功耗减少@@5%-10%，虽然由此会增加逆变器模组的@@成本@@，但可以有效降低电池@@、散热@@、空间@@占用等@@成本@@，综合计算下来可使整车成本节省约@@2,000美元左右@@。这样的@@结论@@，显然@@是@@SiC半导体市场的@@强心剂@@。
每一个行业@@“风口@@”都会吸引更多的@@玩家进入@@，SiC半导体市场也不例外@@。不过@@鉴于汽车行业的@@特殊性@@，这个@@领域的@@@@“金主@@”往往对@@于元器件@@供应商的@@选择更为苛刻@@，只有@@SiC领域头部的@@元器件@@厂商才有机会进入他们的@@法眼@@。
在@@SiC的@@头部玩家中@@，安森美@@(onsemi)是表@@现颇为亮眼的@@一家@@。只要简单地搜索金博宝娱乐@@@@ 我们就会发现@@，仅在@@@@2023年@@公开宣布采用@@安森美@@@@ EliteSiC系列@@SiC产品或@@开展长期深度合作的@@车企和@@电动汽车领域的@@技术@@供应商@@，就包括@@现代汽车@@、起亚集团@@、大众汽车@@、极氪智能科技@@(ZEEKR)、Kempower、纬湃科技@@ (Vitesco)、博格华纳@@ (BorgWarner) 等@@。之所以会得到@@行业的@@厚爱@@，与@@安森美@@背后坚实的@@实力支撑不无关系@@。
直击市场痛点的@@产品@@@@
想要跻身一个领域头部玩家的@@俱乐部@@，首当其@@冲的@@当然@@是要有能够满足市场需求的@@过硬产品@@。
以电动汽车来讲@@，提升续航里程和@@缩短充电时间是当下的@@主要痛点@@，也是决定消费者购买决策的@@关键@@。而@@想要解决这个@@痛点@@，提升电动汽车电池组的@@电压@@，从@@目前的@@@@400V平台迁移到@@@@800V平台是至关重要的@@一步@@。此举的@@好处有两点@@：一方面@@，在@@充电模式下@@，较高的@@电池电压会降低电池充电所需的@@电流@@，并且缩短充电时间@@；另一方面@@@@，在@@车辆行驶时@@，较高的@@电压可以在@@保持功率水平不变的@@情况下@@@@，增加电机功率输出或@@提高@@系统效率@@。
而@@实现@@800V的@@架构@@，需要车辆中其@@他的@@功率电子@@系统都进行相应的@@升级@@。具体到@@@@OBC，在@@设计升级时有两个因素十分关键@@：电压和@@开关频率@@，而@@这正好都是@@SiC器件@@的@@强项@@。
安森美@@推出的@@@@1200V EliteSiC M3S MOSFET就是@@800V OBC及相关应用的@@理想选择@@。
图@@2：1200V EliteSiC M3S MOSFET（图@@源@@：安森美@@）
先从@@电压上来看@@。系统架构采用@@更高的@@电压@@，自然要求功率器件@@具有更高的@@阻断电压能力@@。想要满足@@800V电池平台的@@要求@@，Si功率器件@@显然@@是@@难于胜任的@@@@，650V等@@千伏以下的@@@@SiC也不适用@@，而@@1200V的@@EliteSiC M3S MOSFET则正好可堪重任@@，支持@@更高功率@@OBC的@@设计@@。
此外@@，1200V EliteSiC M3S MOSFET与@@前代@@M1系列@@产品相比@@@@，还有一个重要的@@优化@@，就是@@在@@开关性能上@@。这些@@MOSFET导通电阻极低@@（包括@@ 13 / 22 / 30 / 40 / 70mΩ），以符合车规的@@@@NVH4L022N120M3S为例@@，其@@在@@@@1200V时的@@导通电阻@@RDS(ON)低至@@22mΩ。根据@@安森美@@提供的@@测试数据@@，这款器件@@需要的@@总栅极电荷@@QG(TOT)相比@@上一代的@@@@M1 MOSFET更少@@，这大大降低了@@栅极驱动器的@@灌电流和@@拉电流@@。在@@默认@@VGS(OP) = +18V的@@情况下@@，M3S的@@电荷仅为@@@@135nC，与@@M1相比@@，RDS(ON)*QG(TOT)中的@@@@FOM（品质因数@@）减小了@@44%，这就意味着在@@导通电阻@@RDS(ON)相同的@@情况下@@@@，M3S MOSFET只需要其@@他器件@@@@56%的@@开关栅极电荷@@。
与@@M1相比@@，M3S在@@其@@寄生电容@@COSS中存储的@@能量@@EOSS更少@@，因此@@在@@更轻的@@负载下具有更高的@@效率@@。如@@图@@@@3所示@@，M3S的@@开关性能大幅改善@@——EOFF相比@@M1降低了@@40%，EON降低了@@20-30%，总开关损耗降低了@@@@34%。在@@高开关频率应用中@@，这将消除导通电阻@@RDS(ON)温度系数较高的@@缺点@@。
图@@3：M3S MOSFET电感开关损耗@@（图@@源@@：安森美@@）
支持@@更高的@@电压@@，有助于实现更高的@@功率@@，让充电更快@@，还可以减少整车所需的@@电流@@，从@@而@@降低电源系统@@、电池和@@@@OBC之间的@@电缆成本@@；开关频率的@@提升@@，有助于系统设计人员使用更小的@@电感器@@、变压器和@@电容器等@@储能@@188足彩外围@@app ，从@@而@@缩小系统体积@@，实现更紧凑的@@尺寸@@，为车辆中其@@他组件提供更多的@@空间@@@@——1200V EliteSiC M3S MOSFET的@@这两点优势@@，刚好命中了电动汽车客户的@@需求痛点@@，这显然@@是@@让他们@@“下单@@”很具有说服力的@@理由@@，当然@@也是安森美@@能够在@@@@SiC竞争中获得先发优势的@@一大主要原因@@。
完整的@@@@SiC产品布局@@
值得注意的@@是@@，像@@1200V M3S MOSFET这样能够直击市场痛点的@@产品@@@@@@，在@@安森美@@的@@@@@@EliteSiC系列@@产品中还有很多@@，丰富的@@产品@@组合是为广泛功率电子@@应用提供@@SiC整体解决方案的@@关键@@，也是安森美@@深厚技术@@积淀的@@体现@@。
从@@产品类别@@上看@@，目前安森美@@@@ EliteSiC系列@@包括@@@@SiC二极管@@、SiC MOSFET、SiC模块和@@@@Si/SiC混合模块四个子类@@，这意味着客户无论是希望激进地研发全@@SiC的@@产品@@，还是选择一种稳妥的@@渐进式升级路径@@，都可以在@@@@EliteSiC产品组合中找到@@相应的@@解决方案@@。
而@@从@@各个子类中@@，更是能看出安森美@@@@ SiC产品的@@丰富和@@多样性@@。比如@@在@@@@SiC MOSFET类别@@，安森美@@的@@@@产品就包括@@@@650V、900V、1200V和@@1700V电压级别@@，而@@且@@陆续研发出了三代产品@@，每一代产品都根据@@特定市场应用的@@需求进行了迭代优化@@。
M1系列@@
安森美@@的@@@@初代@@SiC MOSFET，主推@@1200V器件@@，适用于工业和@@汽车应用@@，支持@@20kHz范围内工作的@@系统@@，着重在@@低导通损耗和@@稳定可靠性方面进行了优化@@。
M2系列@@
主要包括@@@@650V和@@900V器件@@，覆盖千伏以下较低电压的@@应用@@，并提供了针对@@这些@@电压级别@@而@@优化的@@新型单元结构@@。
M3系列@@
1200V器件@@，特别针对@@快速开关应用进行了优化@@。上文提到@@的@@@@M3S MOSFET就是@@M3系列@@下的@@一个子系列@@@@。
表@@1：EliteSiC MOSFET各个系列@@特性@@（资料来源@@：安森美@@）
随着@@市场的@@发展@@，EliteSiC MOSFET的@@产品@@组合还在@@不断丰富和@@延展@@。比如@@在@@@@2023年@@初推出的@@@@1700V EliteSiC MOSFET (NTH4L028N170M1），就是@@面向@@可再生能源领域而@@设计的@@产品@@@@——由此可见@@，虽然当下电动汽车市场@@SiC的@@行情如@@火如@@荼@@，但是安森美@@也没有放松在@@其@@他应用领域的@@产品@@布局@@@@。
可再生能源应用正不断向@@更高的@@电压发展@@，其@@中太阳能系统直流母线正从@@@@1100V向@@1500V演进@@。为了支持@@这一技术@@变革@@，就需要具有更高击穿电压@@ (BV) 的@@MOSFET提供支持@@@@。安森美@@的@@@@1700V EliteSiC MOSFET显然@@就是@@为此@@而@@打造的@@@@，其@@Vgs范围为@@-15V/25V，适用于栅极电压提高@@到@@@@-10V的@@快速开关应用@@，且具有更高的@@系统可靠性@@。在@@1200V、40A的@@测试条件下@@，1700V EliteSiC MOSFET的@@栅极电荷@@(Qg) 仅为@@200nC，这一特性对@@于在@@更快开关速度@@、更高功率的@@可再生能源应用中实现高能效至关重要@@。
图@@4：1700V EliteSiC MOSFET（图@@源@@：安森美@@）
显然@@，不断扩大@@EliteSiC系列@@产品的@@深度和@@广度@@，是安森美@@的@@@@@@SiC战略中很重要的@@一部分@@。这种全面的@@布局@@，使得安森美@@有能力响应客户的@@各种设计需求@@，同时也不会错失现在@@和@@未来任何一个市场风口@@@@。
垂直整合的@@@@SiC产业链@@
随着@@SiC市场的@@大热@@，在@@未来一段时间@@，下游厂商都难免受到@@@@SiC器件@@产能吃紧这一瓶颈的@@困扰@@。为此@@，很多系统厂商都会采用@@和@@@@SiC器件@@供应商签署长期供货协议这种深度绑定的@@方式@@，来规避相应的@@供应链风险@@。这时@@，对@@SiC半导体厂商产能和@@质量稳健性的@@要求就显得尤为重要了@@。
安森美@@对@@此的@@应对@@举措就是@@@@，对@@整个@@SiC产业链@@进行垂直整合@@，将影响产能和@@产品品质的@@要素紧紧掌握在@@自己的@@手中@@！
通过一系列@@的@@收购和@@整合工作@@，目前安森美@@@@已经实现了@@SiC器件@@生产制造能力@@的@@垂直整合@@@@，是目前世界上为数不多能够提供从@@衬底@@制备@@到@@模块制造端到@@端@@SiC方案的@@供应商@@，涵盖@@SiC材料生长@@、衬底@@、外延@@、器件@@制造@@、模块集成和@@分立封装等@@在@@内的@@整个制造流程@@。此举无疑为安森美@@的@@@@@@SiC供应链带来了易于扩展@@、成本优化的@@优势@@。
图@@5：安森美@@i的@@垂直整合@@SiC制造能力@@（图@@源@@：安森美@@）
而@@且@@在@@整个制造流程中@@，安森美@@实施了全面的@@可靠性和@@质量测试@@，以避免产品出现缺陷@@。安森美@@的@@@@所有@@SiC产品都在@@@@100%额定电压和@@@@175°C下经验证合格@@；还具有@@100%雪崩额定值@@，具有固有的@@栅极氧化物可靠性@@，并经过宇宙辐射测试@@；同时还会对@@@@SiC外延@@生长前后进行缺陷扫描@@。
除了上述对@@制造能力@@的@@垂直整合@@@@，安森美@@也在@@着力打造更完善的@@@@SiC器件@@应用开发生态@@，包括@@专家支持@@@@、设计工具@@、仿真工具@@，以及详尽的@@技术@@文档等@@@@，以响应客户设计和@@开发各个阶段的@@需求@@。
其@@中的@@@@安森美@@新发布的@@@@Elite Power仿真工具@@就是@@一个亮点@@。这款仿真工具@@能够准确呈现出采用@@@@EliteSiC系列@@产品包括@@@@EliteSiC边界情形的@@电路运行情况@@，帮助电力电子@@工程师加快设计的@@上市速度@@。
图@@6：Elite Power 仿真工具@@配以@@ PLECS，助力开发者快速设计出整合@@EliteSiC产品的@@电源应用@@（图@@源@@：安森美@@）
安森美@@的@@@@这些@@努力无疑会让公司围绕@@SiC构建的@@技术@@支持@@体系更为完善@@，从@@宏观的@@角度上看@@，也是在@@弥补整个@@SiC产业链@@上的@@缺环@@，以做大整个@@SiC的@@市场蛋糕@@。
本文小结@@
根据@@Yole的@@预测@@，从@@2021到@@2027年@@，全球@@SiC功率器件@@市场规模将从@@@@10.90亿美元@@增长到@@@@62.97亿美元@@，其@@中车规级@@SiC器件@@市场将从@@@@2021年@@的@@@@6.85亿美元@@增长至@@2027年@@的@@@@49.86亿美元@@，年@@复合增长率高达@@39.2%。
要想成为这个@@高速增长的@@新兴半导体市场的@@头部玩家@@，瞄准市场热点的@@创新产品@@、全面的@@产品@@布局@@和@@垂直整合的@@@@综合能力@@，这三要素缺一不可@@。安森美@@就是@@围绕着这三个方面不断深耕@@，构建起了自己在@@@@SiC这个@@“新世界@@”的@@版图@@@@。想要走入其@@中@@，一探究竟@@，就随我们来吧@@！