安森美全面布局碳化硅市場(chǎng)：汽車(chē)、新能源、5G

目前，碳化硅市場(chǎng)正處于快速增長(cháng)中，根據各大咨詢(xún)機構統計，碳化硅在電源的功率因數校正（PFC）、太陽(yáng)能逆變器、光伏逆變器、不間斷電源、5G、通信電源、高頻開(kāi)關(guān)電源等領(lǐng)域都擁有非常廣闊的市場(chǎng)。與傳統硅材料相比，新一代的寬禁帶半導體材料碳化硅可提供高場(chǎng)強、高能隙，以及高電子移動(dòng)速度和熱導率，讓下一代半導體器件的性能得到革命性提升。

8月27日下午，安森美半導體召開(kāi)媒體交流會(huì )。會(huì )上，安森美半導體電源方案部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理王利民先生向電子產(chǎn)品世界等媒體，介紹了安森美半導體碳化硅的策略和方案。

據介紹，安森美半導體的碳化硅策略主要側重于汽車(chē)、可再生能源、5G三個(gè)領(lǐng)域。

? 汽車(chē)領(lǐng)域，包含兩大方面。一是主驅?zhuān)粗黩屇孀兤?Traction Inverter)，以及車(chē)載充電器(OBC)和DC-DC；二是電動(dòng)汽車(chē)充電樁。根據目前的政策，到2020年電動(dòng)汽車(chē)充電樁的部署將達到非常大的數量。此外，新基建、新的內循環(huán)等一系列策略都在快速地帶動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)充電樁的發(fā)展。

? 可再生能源并非新市場(chǎng)，且該市場(chǎng)在短期內一直會(huì )是整個(gè)市場(chǎng)的主方向及趨勢。綠色、可再生能源一直處于快速增長(cháng)中，可達300多GW的安裝能量。高壓高頻率器件在太陽(yáng)能逆變器里有非常大的市場(chǎng)空間。

? 5G以及正預研的6G，在這類(lèi)領(lǐng)先的通信電源場(chǎng)合中，電源對于高效率的需求非常巨大的。

電動(dòng)汽車(chē)/混動(dòng)汽車(chē)

提及安森美半導體碳化硅戰略市場(chǎng)，首先就是電動(dòng)汽車(chē)和混動(dòng)汽車(chē)。電動(dòng)汽車(chē)會(huì )是未來(lái)碳化硅的主要驅動(dòng)力之一，占整個(gè)碳化硅總體市場(chǎng)容量的約60%，碳化硅每年可以增加多達750美元的電池續航能力，碳化硅器件應用于主驅?zhuān)琌BC、DC-DC，可大幅度提高效率，因此能給電動(dòng)汽車(chē)增加續航能力，有一些電動(dòng)汽車(chē)從不可以銷(xiāo)售變成可以銷(xiāo)售，售價(jià)也大幅度地增長(cháng)，因為續航里程和售價(jià)是成正比的。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，目前幾乎所有做主驅逆變器的廠(chǎng)家都以研究碳化硅做主驅為方向。

在OBC和DC-DC領(lǐng)域，絕大部分廠(chǎng)家是使用碳化硅器件作為高效、高壓和高頻率的功率器件。例如，美國加利福尼亞州已簽署行政命令，到2030年要實(shí)現500萬(wàn)輛電動(dòng)車(chē)上路的目標；歐洲也有電動(dòng)汽車(chē)全部替換燃油車(chē)的時(shí)間表；而在中國各大一線(xiàn)城市，電動(dòng)汽車(chē)可以零費用上牌。這一系列政策都推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)的大幅增長(cháng)，電動(dòng)汽車(chē)對于高壓、高頻率和高效率器件的需求也推動(dòng)了碳化硅市場(chǎng)的大幅增長(cháng)。

安森美半導體可提供一套完整的汽車(chē)碳化硅方案，包括單管方案、模塊方案，以及各種電動(dòng)車(chē)和混動(dòng)車(chē)的車(chē)載充電器方案，并可提供整套電路圖紙、BOM以及實(shí)際的實(shí)物。例如，安森美的1200V碳化硅二極管產(chǎn)品，不只有多種電壓、電流和封裝可選擇，還可以選擇不同的晶圓工藝；650V第1.5代碳化硅二極管具有世界領(lǐng)先的壓降效率水平；此外，安森美還有1700V的高壓碳化硅器件。當然，安森美半導體的碳化硅器件全都滿(mǎn)足汽車(chē)規范，無(wú)需擔心安全性。

5G電源和開(kāi)關(guān)電源

安森美半導體第二個(gè)碳化硅戰略市場(chǎng)是：5G電源和開(kāi)關(guān)電源（SMPS）領(lǐng)域。傳統的開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域在Boost及高壓電源，對功率密度一直有著(zhù)持之以恒的追求，從最早通信電源的金標、銀標，到現在5G通信電源，云數據中心電源，這些都對于高能效有非常高的要求。碳化硅器件沒(méi)有反向恢復，使得電源能效非常高，可達到98%的能效。電源和5G電源是碳化硅器件最傳統，也是目前相對較大的一個(gè)市場(chǎng)。

電動(dòng)汽車(chē)充電器/樁

電動(dòng)汽車(chē)充電樁也是安森美半導體碳化硅戰略市場(chǎng)之一。充電樁實(shí)現的方案有很多種，現在消費者最感興趣的就是直流快充。直流快充的充電樁需要非常大的充電功率以及非常高的充電效率，這些都需要通過(guò)高電壓來(lái)實(shí)現。在電動(dòng)汽車(chē)充電樁的應用里，碳化硅無(wú)論是在Boost，還是輸出的二極管，目前有很多使用主開(kāi)關(guān)的碳化硅MOSFET電動(dòng)汽車(chē)充電樁方案，其應用前景非常廣闊。

太陽(yáng)能逆變器

作為傳統的新興市場(chǎng)，在太陽(yáng)能逆變器領(lǐng)域，碳化硅二極管的使用量也非常巨大，每年太陽(yáng)能逆變器的安裝量也持續增長(cháng)，預計未來(lái)10-15年將會(huì )有15%的能源（目前是1%）來(lái)自太陽(yáng)能。太陽(yáng)能是免費的，且取之不竭用之不盡。國內已出臺相關(guān)政策，個(gè)人可把太陽(yáng)能電力賣(mài)回給國家電網(wǎng)。碳化硅半導體可應用于太陽(yáng)能逆變器的Boost，并且隨著(zhù)現在太陽(yáng)能逆變器成本的優(yōu)化，已經(jīng)能看到不少廠(chǎng)家會(huì )使用碳化硅的MOSFET作為主逆變的器件，來(lái)替換原來(lái)的三電平（逆變器）控制復雜電路。政策驅動(dòng)方面，歐盟有20-20-20目標，即到2020年，能效提高20%，二氧化碳排放量降低20%，可再生能源要達到20%。NEA也設定了清潔能源目標，到2030年要滿(mǎn)足中國20%的能源需求。

專(zhuān)業(yè)實(shí)力，可靠的SiC方案

碳化硅二極管都具備大幅提高效率的特性，需要非常大的沖擊電流，導致它的應用不管是在boost還是PFC都是需要扛住浪涌電流。針對這一點(diǎn)，安森美半導體為工程師和設計專(zhuān)家提供了一處非常貼心的設計。以1200V 15A的碳化硅二極管為例，在毫秒級的安森美半導體碳化硅二極管有10倍的過(guò)濾，在微秒級有50倍的過(guò)濾。而針對電動(dòng)車(chē)主驅或者馬達驅動(dòng)的應用中對于碳化硅二極管雪崩的要求，安森美半導體碳化硅二極管也有提供雪崩能量的性能。

此外，安森美半導體碳化硅器件有全球領(lǐng)先的可靠性。在H3TRB測試（高溫度/濕度/高偏置電壓）里，安森美半導體碳化硅二極管可以通過(guò)1000小時(shí)的可靠性測試。而在實(shí)際測試中，安森美會(huì )延長(cháng)到2000小時(shí)，大幅領(lǐng)先于市場(chǎng)的可靠性水平。事實(shí)上，安森美半導體曾經(jīng)是JEDEC可靠性委員會(huì )的成員，寬禁帶可靠性標準委員會(huì )現已并入JEDEC標準委員會(huì )，安森美半導體正是可靠性標準委員會(huì )的專(zhuān)家之一。

Q&A

問(wèn)：此前看到安森美半導體表示碳化硅的未來(lái)主要在于模塊，并將逐漸離開(kāi)分立器件，您可否解釋市場(chǎng)為何會(huì )走向這一趨勢？安森美半導體具體又是如何規劃這方面的？

王利民：從我的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，整個(gè)碳化硅市場(chǎng)一直都會(huì )是分立器件和模塊兩者共有的市場(chǎng)。模塊當然會(huì )是市場(chǎng)中比較大的部分，比如剛剛我在演講中提到的電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域將會(huì )是碳化硅的主流趨勢。就電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的碳化硅MOSFET或二極管來(lái)說(shuō)，它的市場(chǎng)容量確實(shí)是以模塊式的為主。為什么叫它模塊式呢？因為目前，我們眾所周知的一個(gè)最大的碳化硅的用戶(hù)，它用碳化硅分立器件的成品封裝到模塊里，所以它既是模塊，同時(shí)也是一個(gè)單管的分立器件的成品。目前是這樣的市場(chǎng)狀況。

未來(lái)，不少的客戶(hù)也在看向模塊，把碳化硅的晶圓集中到模塊里。我們認為，模塊絕對是碳化硅器件一個(gè)重要的方向。同時(shí)，模塊的設計主要集中在比較大的功率方面，比如幾十千瓦或幾百千瓦級別的車(chē)載逆變器。實(shí)際上，碳化硅器件還有很多的應用領(lǐng)域，除了電動(dòng)汽車(chē)以外，還有電動(dòng)汽車(chē)上OBC和DC-DC。事實(shí)上，目前幾乎所有的設計都以單管為主。因此在汽車(chē)領(lǐng)域，我們可以認為一大半的趨勢是模塊，一小半是單管。

在非汽車(chē)領(lǐng)域，例如太陽(yáng)能逆變器、通信電源、5G電源以及剛剛提到的電動(dòng)汽車(chē)充電樁（十幾千瓦級別）。目前市場(chǎng)上，據我們所知，在充電樁領(lǐng)域還沒(méi)有客戶(hù)用模塊的方案，而都是單管的方案。如果按照數量，市場(chǎng)是以單管為主。如果按照金額，將來(lái)的市場(chǎng)也許會(huì )有一部分金額是模塊那邊。通過(guò)剛剛的演講，大家也可以了解到，安森美半導體提供單管和模塊等所有產(chǎn)品。對于安森美半導體而言，碳化硅的器件都是我們重點(diǎn)關(guān)注的，包括單管和模塊。

問(wèn)：目前在電動(dòng)汽車(chē)充電樁市場(chǎng)，SiC市場(chǎng)占比能達到多少？

王利民：電動(dòng)汽車(chē)的充電樁市場(chǎng)分兩種。如果是電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器(OBC)與車(chē)載DC-DC，那么碳化硅的占比是非常高的。因為車(chē)載為了增加續航，通常把電池電壓提得比較高。在高電壓、高頻率和高效率器件里，幾乎是必須要用碳化硅的。車(chē)外的充電樁，無(wú)論在家庭樓下車(chē)庫的，還是在加油站的充電樁、直流快充，已經(jīng)有相當一部分的充電樁繞不開(kāi)高壓、高效率的碳化硅器件來(lái)提高效率。

問(wèn)：目前碳化硅主要是在4英寸和6英寸晶圓上制造的，這個(gè)占比目前大概是多少？下一步是8英寸，那么將碳化硅從6英寸遷移到8英寸生產(chǎn)線(xiàn)存在哪些難題？

王利民：與容易達到的12英寸硅材料不同，SiC材料非常堅硬，并且在機械上難以處理超薄的大尺寸晶圓。就在幾年前，安森美半導體就是全球第一家做6英寸碳化硅晶圓的，現在有一些其他的同行也慢慢在跟上我們。事實(shí)上，目前市面上4英寸和6英寸碳化硅還是占絕大部分主流，基本占比接近100%。SiC材料相當堅硬，機械上很難處理纖細的大尺寸晶圓，所以SiC不像硅材料般容易做到超大尺寸。8英寸大小的SiC晶圓仍然是太過(guò)超前的技術(shù)概念，目前幾乎所有廠(chǎng)商都無(wú)法處理超薄的超大晶圓，進(jìn)行批量生產(chǎn)。