PV逆變器應用升溫，推動(dòng)SiC功率元件發(fā)展

　　碳化硅（SiC）功率元件正快速在太陽(yáng)能（PV）逆變器應用市場(chǎng)攻城掠地。SiC功率元件具高頻和耐高溫特性，不僅可較傳統硅功率半導體，提供更高的電源轉換效率，更可減少所需的電容和感測器數量，已吸引愈來(lái)愈多太陽(yáng)能逆變器制造商青睞。

　　以寬能隙（Wide Bandgap， WBG）半導體碳化硅（SiC）制造的功率元件（Power Device），相當適合高功率、高頻率及高溫環(huán)境的應用，近來(lái)已有許多逆變器制造商導入產(chǎn)品設計，推升SiC元件產(chǎn)值于2012年達到7，600萬(wàn)美元，發(fā)展至2020年更將上看2億美元。

　　另外，業(yè)界也普遍認為SiC元件有機會(huì )在電動(dòng)車(chē)（EV）市場(chǎng)崛起，但目前仍充滿(mǎn)不確定性，主因系不清楚電動(dòng)車(chē)制造商是否會(huì )采用，以及何時(shí)導入，因此對SiC元件大量商用的時(shí)機，業(yè)界仍沒(méi)有確切時(shí)間點(diǎn)，且技術(shù)上還有一些問(wèn)題。

　　隨著(zhù)SiC元件技術(shù)發(fā)展、市場(chǎng)應用逐漸成熟，制造重心則將逐漸從美國、歐洲轉移至日本和其他亞洲國家（圖1），以因應市場(chǎng)需求。

　　具高頻/耐高溫特性　SiC獲逆變器廠(chǎng)青睞

　　第一個(gè)采用SiC元件的是伺服器制造商，主要應用于高階伺服器的電源供應器功率因素校正（PFC），太陽(yáng)能逆變器（Inverter）則是第二個(gè)廣泛導入SiC元件的產(chǎn)品，車(chē)用市場(chǎng)尚未見(jiàn)其蹤跡。

　　未來(lái)，SiC元件在逆變器應用將有不少成長(cháng)空間，至2015年可望成為主要出貨市場(chǎng)（圖2），雖目前每家逆變器制造商產(chǎn)品線(xiàn)的幾十個(gè)型號中，只有一至兩個(gè)采用SiC，滲透率相當低；但從反面角度思考，這代表SiC在該應用領(lǐng)域還有很多發(fā)揮空間。

　　圖1　2002～2020年SiC元件產(chǎn)值區域性占比預測

　　部分逆變器業(yè)者已同時(shí)推出采用SiC二極體、IGBT或MOSFET的產(chǎn)品陣容，更有少數提供全系列SiC逆變器。不過(guò)，現階段SiC逆變器在市面上僅能稱(chēng)作試水溫的產(chǎn)品，相關(guān)業(yè)者僅簡(jiǎn)單替換傳統硅元件，花最少的設計工夫得到一些轉換效率的提升，意味著(zhù)SiC的優(yōu)勢還未完全被利用；因此，下一階段逆變器業(yè)者已計劃針對SiC高頻率及耐高溫特性，全面革新系統設計架構，以減少所需的電容和感測器數量，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性?xún)r(jià)比。

　　圖2　2010～2020年SiC元件應用領(lǐng)域變化

　　Yole Developpement已與System Plus Consulting合作，剖析SiC取代逆變器中傳統硅元件帶來(lái)的優(yōu)勢，其中，最顯著(zhù)的效能改善在于可將標準轉換頻率由12KHz提升至32KHz，如此一來(lái)，在同等效能的情況下，50kW SiC逆變器到2020年將比硅逆變器還便宜，有助縮短SiC投資回收的時(shí)間；而此一優(yōu)勢亦有助逆變器廠(chǎng)商加速導入SiC元件，將使該元件產(chǎn)值在2020 年達到2億美元。

　　除太陽(yáng)能逆變器外，電動(dòng)車(chē)、油電混合車(chē)（HEV）充電轉換器未來(lái)亦可望擴大導入SiC元件，進(jìn)一步縮減系統體積與重量。

　　電動(dòng)車(chē)認證牛步　SiC應用發(fā)展陷迷霧

　　盡管SiC功率元件在車(chē)用市場(chǎng)極具成長(cháng)潛力，然而，汽車(chē)認證可能要花費高達5年的時(shí)間，所以即使電動(dòng)車(chē)及油電混合車(chē)的充電轉換器等認證正在進(jìn)行，SiC元件在2015年前能否成功取得車(chē)廠(chǎng)青睞仍未可知。

　　除車(chē)廠(chǎng)認證時(shí)程緩慢外，SiC也面臨其他耐高壓元件崛起的挑戰，包括硅超接面金屬氧化物半導體場(chǎng)效電晶體（Super Junction MOSFET）、絕緣閘雙極電晶體（IGBT），以及寬能隙氮化鎵（GaN）元件等，產(chǎn)品定位均與SiC相近。

　　因此，Yole Developpement于今年5月發(fā)表的最新SiC產(chǎn)業(yè)分析報告中，即預測未來(lái)SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩個(gè)狀況，較為樂(lè )觀(guān)的情況是SiC元件自2015年起，開(kāi)始用于電動(dòng)車(chē)或油電混合車(chē)上，并于2020年瓜分既有的IGBT市場(chǎng)占有率達11%；至于悲觀(guān)的情況則是2017～2018年才開(kāi)始被車(chē)廠(chǎng)導入電動(dòng)車(chē)，因而使SiC元件供應商轉戰太陽(yáng)能逆變器市場(chǎng)，并在2020年成為首要應用。