安森美半导体在毫秒级的的碳化硅二极管有10倍的过滤？

随着半导体材料步入第三代半导体时代，行业巨头在SiC/GaN器件和模块上早已布局多年。事实上，从特性上来讲，SiC和GaN的优势是互补的，应用覆盖了电动汽车（EV）、新能源、光伏逆变器、智能电器、医疗、通信射频。

不过从细微差别来说，GaN（氮化镓）晶体管适合于高效率、高频率、高功率密度要求的应用场合；碳化硅（SiC）由于热导率是GaN的三倍以上，因此在高温应用领域具有优势，因此多用于1200V以上高温大电力领域。GaN作为后进者，由于器件水平发展历史原因，主要还是在消费和射频领域；而SiC则是极限功率器件的理想材料。

SiC这种宽紧带材料相比硅来说，拥有10倍的介电击穿场强、2倍电子饱和速度、3倍能带隙、3倍热导率。这意味着，SiC器件可以获得明显的小型化、高能效、驱动强的系统性能。数据显示，SiC的总市场容量（TAM）按终端市场显示，到2022年将超过10亿美元，复合年增长率高达35%。

SiC应用十几年了，现在这项第三代半导体材料发展现状如何了？记者连线了安森美半导体电源方案部产品市场经理王利民，讲述安森美半导体在SiC上的故事。

聚焦三大领域

纵观半导体全球市场，安森美半导体位列前20大集成器件制造商，尤其是在功率半导体这一细分领域，通过一系列收购目前已成为全球第二大半导体分立和模块供应商。王利民表示，安森美的愿景是未来5年收入超过100亿美元，成为全球前十大的整合元器件厂商（IDM）。通过数据和排名，足以见得安森美半导体的实力。

王利民为记者介绍表示，在SiC方面，安森美半导体目前主要聚焦于电动汽车、可再生能源、5G和通信电源上。

1、电动汽车（EV）：安森美认为电动汽车是未来几年SiC的主要驱动力，约占总市场容量的60%。通过SiC这项技术，每年可增加多达750美元的电池续航力。

而安森美所布局的包括电动汽车本身的主驱逆变器（Traction Inverter）、车载充电器（OBC）、DC/DC和电动汽车充电桩两大方面。前者，应用SiC器件的电动汽车可大幅提高效率，增强电动汽车续航能力；后者，消费者关注主要在直流快充上，而直流快充充电桩需凭借大充电功率和效率实现。

2、可再生能源：在太阳能逆变器领域，SiC二极管使用量非常巨大。数字显示，如今已安装307 GW，至2025年将安装超过500 GW的太阳能逆变器，预计10-15年将会有15%的能源来自太阳能。

SiC半导体可应用于太能能逆变器的Boost，并随着逆变器成本优化。王利民强调，行业已有不少厂家开始使用SiC MOSFET作为主逆变的器件替换过去的三电平控制复杂电路。

3、5G和通信电源：众所周知5G元年开启，带动了整个AIoT的发展，也是一个很大的市场。传统的开关电源在Boost和高压电源上，对功率密度一直有着持之以恒的追求，从最早通信电源的金标、银标，到现在5G通信电源、云数据中心电源，对电源的能效要求越来越高。SiC器件没有反向恢复，使得电源能效可以达到98%。

拥有三项优势

产品方面，安森美半导体提供大范围的SiC MOSFET和SiC二极管，并推出多代产品。SiC二极管方面，包括650/1200V/1700V二极管产品组合；SiC MOSFET则拥有650/750/900/1200/1700V产品。

那么，这些产品拥有哪些特性？王利民为记者介绍表示，安森美半导体的SiC产品方案具备领先的可靠性、高性价比、满足汽车规范这三个重要特性：

1、领先的可靠性：在H3TRB测试（高温度/湿度/高偏置电压）里，安森美半导体的SiC二极管可以通过1000小时的可靠性测试。实际测试中，还会延长到2000小时，大幅领先于市场的可靠性水平，对比竞争对手有着明显的优势。

王利民强调，事实上，安森美半导体曾经是JEDEC可靠性委员会的成员，宽禁带可靠性标准委员会现已并入JEDEC标准委员会，安森美半导体正是可靠性标准委员会的专家之一。

2、高性价比：通过对比SiC MOSFET、Si MOSFET、Si IGBT，不难发现在同样达到1200V击穿电压情况下，硅器件的面积甚至相差100倍，硅基IGBT开关损耗相差10倍。实际上，在替换过程中，硅器件性能还要差很多。

对于SiC，业界很多人都对会被其高昂的单器件价格“劝退”。然而事实上，业界越来越讲求整体方案性能，通过计算不难发现，同样的电源如果替换成SiC方案，其体积、功率密度和整体的BOM都会得到优化。

许多系统工程师也逐渐认识到减少尺寸和冷却要求的重要性，在同样的能源和硬件成本下，他们希望拥有更多的器件以及更广泛的应用设备，例如更高的电压和电流额定值以及更多的封装选项。

之前，21ic家也多次强调，“系统级”成本效益这一概念，且不说在整体上的成本优化， SiC的低发热的寿命延长事实上也是降低成本的一环。

3、车规级：众所周知，汽车对于电源是一大考验，不仅要求非常高的稳定性，对温度和参数上也要求严格。安森美半导体的MOSFET涵盖了市面上所有主流的SiC MOSFET，包括20mΩ、40mΩ、80mΩ、160mΩ，TO247封装，TO247的4条腿以及D2PARK的7条腿封装，并且所有的产品都提供工业规范和汽车规范。值得一提的是，900V的SiC MOSFET拥有20mΩ、60mΩ这种市面的主流规格。

事实上，需要冲击电流也是SiC二极管的一个痛点，这是因为，应用中无论是Boost还是PFC都需要扛住浪涌电流。针对这一点，安森美的SiC则拥有一处贴心的设计，以1200V 15A的碳化硅二极管为例，在毫秒级安森美半导体的的碳化硅二极管有10倍的过滤，在微秒级有50倍的过滤。

另外，行业内很多SiC二极管并不提供雪崩的量，以安森美的1200V 15A SiC二极管为例，雪崩电流接近200A（3500A/c㎡）。

SiC的未来

远观功率半导体的发展历史，从第一阶段的整流管、晶闸管，第二阶段的GTO和BJT，第三阶段的IGBT，第四阶段的功率集成电路PIC和智能功率集成电路SPIC。分立器件逐渐从单一器件转向集成化。但在不断迭代过程中，市场并没有吞并单一器件的市场，而是两者并存。

SiC亦是如此，从特性来说，模块在功率密度、额定功率和热性能实现了应用的最大差异化，这是SiC发展的未来。

而从王利民的观点来看，SiC整个市场则一直是分立器件和模块两者共存的市场。他表示，电动汽车领域SiC MOSFET或二极管市场容量确实是以模块为主，之所以叫模块是因为产品是SiC分立器件和成品封装到模块之中，同时也是一个单管的分立器件的成品。

他强调，未来很多客户也在看向模块，将SiC的晶圆集中到模块中。“我们认为，模块绝对是SiC器件的一个重要方向。”但需要注意的是，模块设计主要集中在比较大的功率上，比如几十千瓦或几百千瓦级别的车载逆变器。

实际上，碳化硅器件还有很多的应用领域，除了电动汽车以外，还有电动汽车上OBC和DC-DC。“通过市场得知，目前几乎所有的设计都以单管为主，因此在汽车领域，我们可以认为一大半的趋势是模块，一小半是单管。”

而非汽车领域，诸如太阳能逆变器、5G及通信电源、电动汽车充电桩，按照市场上来看还没有客户采用模块化的方案，基本都是单管方案。按照数量，市场是以单管为主，按照金额，或许更多市场将会是模块方向。“当然，安森美半导体既提供分立器件也提供模块化产品，对于我们来说，SiC的器件一直都是我们的重点关注”，王利民如是说。

晶圆方面，王利民告诉记者，目前市面上4英寸和6英寸的SiC晶圆几乎占据市场100%，这是因为8英寸SiC晶圆仍然是太过于超前的技术概念，几乎所有厂商都无法处理超薄的超大SiC晶圆进行批量生产。当然，在4英寸和6英寸产能上，此前安森美半导体宽禁带产品线经理Brandon Becker告诉记者，安森美半导体每年的产能都在翻番，以领先于客户的进度计划量。

谈及SiC的发展时，王利民表示，汽车的发展会带动未来的模块增长，而其中最大的增长还是会在主驱模块的市场上。值得一提的是，安森美半导体是提供全生态的，包括提供器件、解决方案、仿真模型以及软件设计等整个一系列的碳化硅生态。而据王利民的介绍，安森美半导体还会持续地、大幅地在碳化硅领域进行投入和生态的建立。
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