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SiC第三代半导体材料四大驱动力市场:汽车、5G开关电源、汽车充电桩、新能源

2020-09-07 18:38:40 来源:安森美
据坊间透露,中国计划大力支持发展第三代半导体产业,并计划写入正在制定中的“十四五”规划中,以大力发展我国的半导体产业。(参考:新政,像造原子弹一样优先!)碳化硅(SiC)是现阶段发展最为成熟的第三代半导体材料,其宽禁带、高击穿电场、高热导率等优势,是制造高压高温功率半导体器件的优质半导体材料。据Yole发布的《功率碳化硅(SiC):材料、器件及应用-2019版》报告预计,到2024年,碳化硅(SiC)功率半导体市场规模将增长至20亿美元。其中,汽车市场无疑是最重要的驱动因素,其碳化硅(SiC)功率半导体市场份额到2024年预计将达到50%。 

安森美半导体是功率电子领域的市场领导者之一,在碳化硅(SiC)功率器件领域的地位正在迅速攀升。近日,安森美半导体碳化硅(SiC)策略及方案召开媒体发布会。会上,安森美半导体电源方案部产品市场经理王利民分享,由于碳化硅(SiC)与硅比较,具有高场强、高能隙,以及高电子迁移率和热导率等特性,更加适合新能源、汽车,以及通信等领域的应用,未来碳化硅(SiC)市场容量将会每年都有大幅度增长。安森美对碳化硅市场的布局集中于汽车、电动汽车充电桩/器、可再生能源、电源四个重点市场,致力于提供全系解决方案。

王利民,安森美半导体电源方案部产品市场经理

电动汽车和混合动力汽车

碳化硅(SiC)在汽车中的应用包括在电动汽车和混动汽车上的应用,包含两大方面,一是主驱,即主驱逆变器(Traction Inverter),以及车载充电器(OBC)和DC-DC。王利民预计,电动汽车会是未来碳化硅(SiC)的主要驱动力之一,占整个SiC总体市场容量的60%。 

电动汽车对于高压、高频率和高效率器件的需求正推动着碳化硅(SiC)市场的大幅增长。由于应用碳化硅材料制造的汽车电子功率器件有助于降低车载充电系统、主驱动系统等的能耗,每年可以增加多达750美元的电池续航能力,而续航里程和售价往往是成正比的。鉴于这些优点,所以目前几乎所有做主驱逆变器的厂家都以研究碳化硅做主驱为方向。 

汽车领域,安森美半导体可提供整套方案,包括单管方案、模块方案,以及各种电动车和混动车的车载充电器方案,并可提供整套电路图纸、BOM以及实际的实物。如安森美半导体的MOSFET几乎涵盖了市面上所有主流的碳化硅MOSFET,包括电压1200V、内阻20/40/80/160mΩ、封装形式TO247、TO247的4条腿以及D2PARK的7条腿的产品。不仅如此,还有900V的碳化硅MOSFET,包括20mΩ和60mΩ市场主流规格。王利民介绍,安森美半导体碳化硅产品方案具备三大重要特性:世界领先的可靠性、高性价比、所有的碳化硅器件均满足汽车规范。

5G电源和开关电源 

碳化硅(SiC)第二个用量比较大的市场是5G电源和开关电源(SMPS)领域。王利民介绍说,安森美半导体第二个碳化硅战略市场是5G电源和开关电源(SMPS)领域。 

传统的开关电源领域在Boost及高压电源,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,这些都对于高能效有非常高的要求。在5G电源和开关电源市场,基于碳化硅器件的PFC升压转换器,能够在使用更少器件数的前提下,实现更高的功率密度。据悉,功率密度每增加60%,能效可提升1%,进而达到最高98%的能效等。

电动汽车充电桩领域 

随着电动汽车的普及,与之配套的电动汽充电桩也正大规模部署。尤其是进入2020年之后,中国还将充电桩加入到“新基建”项目内,本土厂商发展空间广阔,开启了中国经济建设的新赛道,可谓给充电桩的发展带去了无限的前景。当前,消费者对电动汽车充电器/充电桩的功率和速度的要求日益提高。 

王利民介绍说,现在消费者最感兴趣的是直流快充,它需要非常大的充电功率以及非常高的充电效率,这些都需要通过高电压来实现。比如,以电动汽车充电器、充电桩的功率作为指标,可将充电桩划分为4个等级。现有的充电桩多数为1级或2级,即采用单相交流充电或3相交流充电、充电速度较慢。基于碳化硅器件的电动汽车充电桩(器)功率可达250kW,能够为用户带来相当于在加油站加油的直流充电体验。 

在电动汽车充电桩的应用里,碳化硅无论是在Boost,还是输出的二极管,目前有很多使用主开关的碳化硅MOSFET电动汽车充电桩方案,其应用前景非常广阔。

可再生能源 

在新能源领域,太阳能逆变器中碳化硅二极管的用量非常巨大,每年太阳能逆变器的安装量也在持续增长,预计未来10-15年将会有15%的能源(目前是1%)来自太阳能。可再生能源并非新市场,它一直处于快速增长中,有300多GW的安装能量。其中高压高频率器件在太阳能逆变器里都有非常大的市场空间。 

王利民说:“随着现在太阳能逆变器成本的优化,我们已经能看到不少厂家会使用碳化硅的MOSFET作为主逆变的器件,来替换原来的三电平(逆变器)控制复杂电路。”从硅转移到碳化硅半导体可提高能效、减小尺寸、降低成本,符合清洁能源的发展趋势。据此,安森美提出了从太阳能电池接口到电动汽车充电站的,基于碳化硅器件的全面能源基础设施解决方案。

 

 

安森美在全球碳化硅功率器件市场处于领导地位。据数据研究机构QYResearch统计,2019年安森美跻身为全球第二大碳化硅功率组件制造商,仅次于英飞凌。王利民说,与同行相比,安森美半导体碳化硅器件也具有卓越的成本结构。为实现高性价比,安森美半导体一是通过设计、技术进步来降低成本,二是通过领先的6英寸晶圆的制造以及最好的良率来达到好最低的成本,三是通过不断扩大生产规模来降低成本。将来,较小生产规模的厂家很难参与竞争。
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