SiC市場趨勢及應(yīng)用動向

水原德健

摘要：介紹了SiC的市場動向，SiC市場不斷擴(kuò)大的原因，SiC技術(shù)及解決方案的突破，以及羅姆公司在SiC方面的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：SiC;市場;應(yīng)用;汽車

1 SiC市場規(guī)模及應(yīng)用

SiC功率元器件市場預(yù)計(jì)今后有很大增長。EV（電動汽車）、新能源、ICT（信息和通訊技術(shù)）、FA（工廠自動化）等領(lǐng)域出現(xiàn)新增需求，預(yù)計(jì)2025年達(dá)到23億美元的市場規(guī)模（如圖1）。

在應(yīng)用方面，2013年起SiC材料開始逐步被廣泛使用。目前，SiC功率元器件主要應(yīng)用于四大市場：風(fēng)電、太陽能等綠色能源領(lǐng)域;服務(wù)器等信息和通信（ICT）行業(yè);新能源汽車;工業(yè)控制。其中，以新能源汽車為主的的應(yīng)用正在加速發(fā)展，預(yù)計(jì)今后會有增長。

2 SiC市場不斷擴(kuò)大的原因

相比Si材料，SiC具有高溫、高壓、高頻等綜合優(yōu)勢。在耐高溫方面，SiC材料可達(dá)到250C，比Si高出50C。采用SiC材料，器件的散熱板可以設(shè)計(jì)得小一些，外觀尺寸更緊湊（輕量化）。在耐高壓方面，Si材料的耐壓瓶頸在900V左右，雖然也能在1200V，甚至1500V下工作，但性能特性會有所下降，如果要達(dá)到1700V或以上，則必須要使用SiC材料。

因?yàn)镾iC材料擊穿場強(qiáng)（BreakdownElectricField）指標(biāo)幾乎能達(dá)到Si的10倍。在滿足高頻響應(yīng)方面，SiC材料的開關(guān)速度更快，使得器件內(nèi)的電阻、電感、線圈能以更小、更緊湊的尺寸滿足系統(tǒng)需求。其中，線圈的尺寸可縮小至原先的1/10。

在滿足同等性能特性的需求時(shí)，采用具有高溫、高壓、高頻優(yōu)勢的SiC材料制作的功率器件，可以比Si更薄、更輕、更小巧，這些都使得其在能源、xEV、ICT等成長型市場中的應(yīng)用加速。

3 SiC技術(shù)及解決方案的突破

以車載應(yīng)用為例，在車載應(yīng)用中，SiC功率元器件在車載充電器部分應(yīng)用較多。車載充電器可將100～240V交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，作為高電壓電池充電的AC/DC轉(zhuǎn)換器而發(fā)揮功能。為了應(yīng)對世界各國的電壓，目前車載充電器的輸入容許電壓為85V～265V左右，但是為了滿足縮短充電時(shí)間的市場需求，在電池高電壓化發(fā)展趨勢下，需要相應(yīng)的輸入容許電壓，因此推動了SiC功率元器件的應(yīng)用。

其次是DC/DC轉(zhuǎn)換器。DC/DC轉(zhuǎn)換器由功率元件進(jìn)行高頻開關(guān)，通過變壓器從高電壓電池轉(zhuǎn)換為直流低電壓。通過采用SiC功率元器件，減少開關(guān)時(shí)的損失，并且實(shí)現(xiàn)周邊部件小型化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高性能的DC/DC轉(zhuǎn)換谷。

另外，在主機(jī)變頻器中，SiC功率元器件也開始被采用。其中一個(gè)例子就是從2014年開始的電動汽車全球頂級賽事“FIAFormulaE錦標(biāo)賽”。作為FormulaE參賽車隊(duì)一文圖瑞電動方程式車隊(duì)（VENTURIFormulaETeam）的官方技術(shù)合作伙伴，半導(dǎo)體廠商羅姆為其提供SiC功率元器件。

在2016年10月開幕的第三賽季中，羅姆的SiC肖特基勢壘二極管被搭載于逆變器中。與未搭載SiC的第二賽季相比，逆變器的效率改善了1.7%，重量從15kg減少至13kg，減少了2kg。

在2017年12月開幕的第四賽季中，羅姆提供了集晶體管和二極管于一體.的“全SiC”功率模塊，與未搭載SiC的第二賽季的逆變器相比，成功實(shí)現(xiàn)了43%的小型化與6kg的輕量化（如圖2）。

如上所述，今后在汽車市場的SiC應(yīng)用將更加值得期待。

4 市場上的主要廠商

除了羅姆以外，主要有Infineon、Cree、ST等大羅姆的優(yōu)勢如下。

①羅姆著眼于SiC的先進(jìn)性，以領(lǐng)先一步的研發(fā)成為業(yè)界翹楚。

作為功率元器件的新材料，羅姆很早就關(guān)注到SiC，并與用戶以及大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作，不斷積累技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。例如2010年4月，在日本率先開始了SiC二極管的量產(chǎn)。同年12月，確立了世界首個(gè)SiC晶體管的量產(chǎn)體制。2012年3月，率先開始了全SiC功率模塊的量產(chǎn)。

②承諾高品質(zhì)、穩(wěn)定供應(yīng)的垂直統(tǒng)合型生產(chǎn)體制以“質(zhì)量第一”作為企業(yè)理念，在SiC生產(chǎn)中確立了垂直統(tǒng)合生產(chǎn)體制。2009年將德國SiCrystal公司納入旗下之后，從晶圓到封裝的所有工序開展了品質(zhì)改善活動。在通行世界的制造技術(shù)實(shí)例以及穩(wěn)定的生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上，羅姆努力提高成本競爭力，致力于新產(chǎn)品的進(jìn)一步長期穩(wěn)定供應(yīng)。

③獨(dú)特的SiC解決方案

作為綜合型半導(dǎo)體廠商，精通SiC的羅姆擁有獨(dú)特的解決方案，其中不僅包括最新元器件，還包括可最大限度地發(fā)揮元器件性能的控制IC、支持客戶使用環(huán)境的評估和仿真工具等。