安森美全面布局碳化硅市場：汽車、新能源、5G

目前，碳化硅市場正處于快速增長中，根據(jù)各大咨詢機構(gòu)統(tǒng)計，碳化硅在電源的功率因數(shù)校正（PFC）、太陽能逆變器、光伏逆變器、不間斷電源、5G、通信電源、高頻開關(guān)電源等領(lǐng)域都擁有非常廣闊的市場。與傳統(tǒng)硅材料相比，新一代的寬禁帶半導(dǎo)體材料碳化硅可提供高場強、高能隙，以及高電子移動速度和熱導(dǎo)率，讓下一代半導(dǎo)體器件的性能得到革命性提升。

8月27日下午，安森美半導(dǎo)體召開媒體交流會。會上，安森美半導(dǎo)體電源方案部產(chǎn)品市場經(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(dǎo)體碳化硅的策略和方案。

據(jù)介紹，安森美半導(dǎo)體的碳化硅策略主要側(cè)重于汽車、可再生能源、5G三個領(lǐng)域。

? 汽車領(lǐng)域，包含兩大方面。一是主驅(qū)，即主驅(qū)逆變器(Traction Inverter)，以及車載充電器(OBC)和DC-DC；二是電動汽車充電樁。根據(jù)目前的政策，到2020年電動汽車充電樁的部署將達到非常大的數(shù)量。此外，新基建、新的內(nèi)循環(huán)等一系列策略都在快速地帶動電動汽車充電樁的發(fā)展。

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

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

電動汽車/混動汽車

提及安森美半導(dǎo)體碳化硅戰(zhàn)略市場，首先就是電動汽車和混動汽車。電動汽車會是未來碳化硅的主要驅(qū)動力之一，占整個碳化硅總體市場容量的約60%，碳化硅每年可以增加多達750美元的電池續(xù)航能力，碳化硅器件應(yīng)用于主驅(qū)，OBC、DC-DC，可大幅度提高效率，因此能給電動汽車增加續(xù)航能力，有一些電動汽車從不可以銷售變成可以銷售，售價也大幅度地增長，因為續(xù)航里程和售價是成正比的。鑒于以上優(yōu)點，目前幾乎所有做主驅(qū)逆變器的廠家都以研究碳化硅做主驅(qū)為方向。

在OBC和DC-DC領(lǐng)域，絕大部分廠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年要實現(xiàn)500萬輛電動車上路的目標；歐洲也有電動汽車全部替換燃油車的時間表；而在中國各大一線城市，電動汽車可以零費用上牌。這一系列政策都推動了電動汽車的大幅增長，電動汽車對于高壓、高頻率和高效率器件的需求也推動了碳化硅市場的大幅增長。

安森美半導(dǎo)體可提供一套完整的汽車碳化硅方案，包括單管方案、模塊方案，以及各種電動車和混動車的車載充電器方案，并可提供整套電路圖紙、BOM以及實際的實物。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(dǎo)體的碳化硅器件全都滿足汽車規(guī)范，無需擔心安全性。

5G電源和開關(guān)電源

安森美半導(dǎo)體第二個碳化硅戰(zhàn)略市場是：5G電源和開關(guān)電源（SMPS）領(lǐng)域。傳統(tǒng)的開關(guān)電源領(lǐng)域在Boost及高壓電源，對功率密度一直有著持之以恒的追求，從最早通信電源的金標、銀標，到現(xiàn)在5G通信電源，云數(shù)據(jù)中心電源，這些都對于高能效有非常高的要求。碳化硅器件沒有反向恢復(fù)，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(tǒng)，也是目前相對較大的一個市場。

電動汽車充電器/樁

電動汽車充電樁也是安森美半導(dǎo)體碳化硅戰(zhàn)略市場之一。充電樁實現(xiàn)的方案有很多種，現(xiàn)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，這些都需要通過高電壓來實現(xiàn)。在電動汽車充電樁的應(yīng)用里，碳化硅無論是在Boost，還是輸出的二極管，目前有很多使用主開關(guān)的碳化硅MOSFET電動汽車充電樁方案，其應(yīng)用前景非常廣闊。

太陽能逆變器

作為傳統(tǒng)的新興市場，在太陽能逆變器領(lǐng)域，碳化硅二極管的使用量也非常巨大，每年太陽能逆變器的安裝量也持續(xù)增長，預(yù)計未來10-15年將會有15%的能源（目前是1%）來自太陽能。太陽能是免費的，且取之不竭用之不盡。國內(nèi)已出臺相關(guān)政策，個人可把太陽能電力賣回給國家電網(wǎng)。碳化硅半導(dǎo)體可應(yīng)用于太陽能逆變器的Boost，并且隨著現(xiàn)在太陽能逆變器成本的優(yōu)化，已經(jīng)能看到不少廠家會使用碳化硅的MOSFET作為主逆變的器件，來替換原來的三電平（逆變器）控制復(fù)雜電路。政策驅(qū)動方面，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(shè)定了清潔能源目標，到2030年要滿足中國20%的能源需求。

專業(yè)實力，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(dǎo)致它的應(yīng)用不管是在boost還是PFC都是需要扛住浪涌電流。針對這一點，安森美半導(dǎo)體為工程師和設(shè)計專家提供了一處非常貼心的設(shè)計。以1200V 15A的碳化硅二極管為例，在毫秒級的安森美半導(dǎo)體碳化硅二極管有10倍的過濾，在微秒級有50倍的過濾。而針對電動車主驅(qū)或者馬達驅(qū)動的應(yīng)用中對于碳化硅二極管雪崩的要求，安森美半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體碳化硅二極管可以通過1000小時的可靠性測試。而在實際測試中，安森美會延長到2000小時，大幅領(lǐng)先于市場的可靠性水平。事實上，安森美半導(dǎo)體曾經(jīng)是JEDEC可靠性委員會的成員，寬禁帶可靠性標準委員會現(xiàn)已并入JEDEC標準委員會，安森美半導(dǎo)體正是可靠性標準委員會的專家之一。

Q&A

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

王利民：從我的觀點來看，整個碳化硅市場一直都會是分立器件和模塊兩者共有的市場。模塊當然會是市場中比較大的部分，比如剛剛我在演講中提到的電動汽車領(lǐng)域，這個領(lǐng)域?qū)翘蓟璧闹髁髭厔?。就電動汽車領(lǐng)域的碳化硅MOSFET或二極管來說，它的市場容量確實是以模塊式的為主。為什么叫它模塊式呢？因為目前，我們眾所周知的一個最大的碳化硅的用戶，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，同時也是一個單管的分立器件的成品。目前是這樣的市場狀況。

未來，不少的客戶也在看向模塊，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重要的方向。同時，模塊的設(shè)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載逆變器。實際上，碳化硅器件還有很多的應(yīng)用領(lǐng)域，除了電動汽車以外，還有電動汽車上OBC和DC-DC。事實上，目前幾乎所有的設(shè)計都以單管為主。因此在汽車領(lǐng)域，我們可以認為一大半的趨勢是模塊，一小半是單管。

在非汽車領(lǐng)域，例如太陽能逆變器、通信電源、5G電源以及剛剛提到的電動汽車充電樁（十幾千瓦級別）。目前市場上，據(jù)我們所知，在充電樁領(lǐng)域還沒有客戶用模塊的方案，而都是單管的方案。如果按照數(shù)量，市場是以單管為主。如果按照金額，將來的市場也許會有一部分金額是模塊那邊。通過剛剛的演講，大家也可以了解到，安森美半導(dǎo)體提供單管和模塊等所有產(chǎn)品。對于安森美半導(dǎo)體而言，碳化硅的器件都是我們重點關(guān)注的，包括單管和模塊。

問：目前在電動汽車充電樁市場，SiC市場占比能達到多少？

王利民：電動汽車的充電樁市場分兩種。如果是電動汽車車載充電器(OBC)與車載DC-DC，那么碳化硅的占比是非常高的。因為車載為了增加續(xù)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。車外的充電樁，無論在家庭樓下車庫的，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高壓、高效率的碳化硅器件來提高效率。

問：目前碳化硅主要是在4英寸和6英寸晶圓上制造的，這個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(dǎo)體就是全球第一家做6英寸碳化硅晶圓的，現(xiàn)在有一些其他的同行也慢慢在跟上我們。事實上，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晶圓仍然是太過超前的技術(shù)概念，目前幾乎所有廠商都無法處理超薄的超大晶圓，進行批量生產(chǎn)。