SiC市场渐入佳境，安森美半导体凭借车规级全系列产品组合加速布局

作者:单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2020-08-31

以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第三代宽禁带半导体材料的应用，是各国目前争相发展的重点，全球领先的众多半导体企业也在抓紧进行产品和技术布局。一直以电源、模拟、传感器和连接方案为核心目标市场的安森美半导体没有错过这一新兴市场机会，目前，已在电动汽车、5G电源、电动汽车充电器/桩、太阳能逆变器等SiC应用的关键市场站稳了脚跟。

汽车、工业、云电源和物联网市场是安森美半导体的核心市场，在汽车市场，安森美的产品涵盖车载充电系统（主要是功率器件和碳化硅器件）、主驱动、动力集成、风机、泵及压缩机电机控制、电池管理以及DC-DC高压负载等应用。在新能源市场，安森美半导体侧重于电动汽车充电站，并提供一系列功率产品，包括SiC、IGBT等器件和模块。在太阳能不间断电源上安森美半导体同样拥有较高的市场份额。根据IHS发布的数据，在功率半导体这一细分领域，安森美半导体通过一系列收购，已经成为全球第二大功率（分立和模块）半导体供应商。

图1  在2018年全球功率半导体分立和模块半导体供应商中安森美位居第二

宽禁带材料迎来发展良机，SiC市场增长迅速

现有的硅半导体器件由于受到场强、禁带以及能隙、热导率的限制，其应用被限定在一些低压、低电流、低频率和一般效率的场合。为了达到新能源、电动汽车/混合动力汽车（EV/HEV）以及通信应用对于高功率密度、高电压、高频率、高效率以及高导热率的要求，SiC、GaN等新一代宽禁带半导体材料应运而生，它们能够提供高场强、高能隙，以及高电子移动速度和热导率，实现了硅半导体器件无法达到的革命性性能。根据咨询机构统计，SiC在电源功率因数校正（PFC）、太阳能逆变器、光伏逆变器、不间断电源、5G、通信电源、高频开关电源领域拥有极其广阔的市场，且市场容量每年都有大幅度增长。

图2  按二极管和MOSFET划分，SiC总市场容量统计和预测

在汽车领域，SiC主要有两大应用，一是主驱，即主驱逆变器(Traction Inverter)以及车载充电器(OBC)和DC-DC。二是电动汽车充电桩。

可再生能源在短期内将是市场的主方向，绿色、可再生能源一直处于快速增长阶段。而高压、高频率器件在太阳能逆变器中拥有非常大的市场空间，这将为SiC和GaN提供非常大的发展机会。

在5G以及6G预研领域，对高效率的通信电源有着巨大的市场需求，这也是最能发挥SiC优势的应用领域。

图3  按终端市场划分，SiC总市场容量统计和预测

安森美半导体的SiC市场战略

针对SiC市场，安森美半导体侧重于拓展电动汽车充电桩、可再生能源、通信电源、医疗、电机控制、风力发电等几大重点市场。

图4  安森美半导体在SiC市场的战略布局

EV/HEV市场：纵观整个市场，电动汽车（EV）将是SiC未来发展的主要驱动力之一，该市场约占整个SiC市场容量的60%。SiC器件现在主要用于EV的主驱、电动汽车车载充电器（OBC）与车载DC-DC等，它能大幅度提高能源效率，增加EV的续航能力。安森美半导体电源方案部产品市场经理王利民(Raymond Wang) 给出了这样一组数据，他表示，根据测算，SiC每年可以增加多达750美元的电池续航能力。随着SiC的应用，EV市场也迎来发展的良机。在北美，美国加利福尼亚州政府已经签署行政命令，到2030年将实现500万辆EV上路的目标。在欧洲，2019年的电动汽车销量增长了67％。王利民说，目前几乎所有做汽车主驱逆变器的企业均以研究基于SiC的主驱作为技术方向。在OBC和DC-DC领域，SiC器件也是功率器件的首选技术。

5G电源和开关电源（SMPS）市场：传统的开关电源在Boost及高压电源应用上对功率密度一直有着持续的追求，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，这些都对高能效有非常高的要求。SiC器件没有反向恢复，可使电源的能效做到非常高，最高达到98%。可以说，电源和5G电源是SiC器件最传统，也是目前相对较大的一个市场。

EV充电器/桩市场：EV充电桩的实现方案有很多种，现在消费者最感兴趣的是直流快充。直流快充的充电桩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。在EV充电桩应用中，无论是Boost还是输出二极管，目前应用最广泛的就是SiC MOSFET方案。

太阳能逆变器市场：随着太阳能逆变器安装量的持续增长，预计未来10--15年将有15%的能源（目前是1%）来自太阳能。SiC器件可应用于太阳能逆变器的Boost，并且随着太阳能逆变器成本的优化，有越来越多的企业开始使用SiC MOSFET作为主逆变的器件，用来替换原来的三电平（逆变器）控制这种复杂电路。可以预见，在太阳能逆变器市场，SiC二极管的用量将非常大。

安森美半导体的三大竞争优势

SiC市场的进入门槛相对较高，竞争也十分激烈。安森美半导体的优势主要体现在三个方面。

一是高性价比。面对严峻的市场竞争局面，企业提供的产品不仅要具备高效率、高能效、高功率密度、高压，还要有竞争力的价格。同样的电源，如果替换成SiC方案，其体积、功率密度以及整体BOM成本都将得到优化。王利民表示，由于安森美半导体在集成制造和规模上具有明显优势，因此可向用户提供无与伦比的成本结构。

二是广泛的碳化硅产品组合。安森美的SiC器件涵盖各种电压、电流、封装等级以及二极管、MOSFET模块，包括功率的主驱、全系列SiC的解决方案均可选择。其中，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20mΩ、40mΩ、80mΩ、160mΩ，封装规格也非常齐全。更关键的是，安森美所有的SiC器件均满足汽车规范，达到最高级别的质量。

三是行业领先的可靠性。SiC器件具备良好的高压、高频、高效率等特性。在同样的面积下，硅IGBT的内阻或压降要比SiC高3--5倍，开关损耗高出10倍以上。这也是SiC MOSFET以及SiC二极管成为高压领域非常理想的开关器件的主要原因。据王利民介绍，安森美半导体的SiC二极管具有优异的可靠性，在H3TRB测试（高温度/湿度/高偏置电压）中，顺利通过了1000小时的可靠性测试，在实际测试中，还可以延长到2000小时。

当然，碳化硅目前的发展也有一些痛点。众所周知的一大痛点就是，SiC器件的成本还略偏高。王利民表示，随着产业应用越来越广，包括安森美半导体在内的企业不断加大研发投入，SiC器件的成本结构已经得到大幅优化。产能不足则是SiC发展的另一痛点，目前这一状况已经有了很大改善，以安森美半导体为例，公司每年都会进行大量投资用以来提高SiC的产能。