安森美全面布局碳化硅市場(chǎng)：汽車、新能源、5G

目前，碳化硅市場(chǎng)正處于快速增長中，根據(jù)各大咨詢機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，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(chǎng)。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(chǎng)強(qiáng)、高能隙，以及高電子移動(dòng)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(huì)。會(huì)上，安森美半導(dǎo)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(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(gè)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(dòng)汽車充電樁。根據(jù)目前的政策，到2020年電動(dòng)汽車充電樁的部署將達(dá)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(dòng)電動(dòng)汽車充電樁的發(fā)展。

? 可再生能源并非新市場(chǎng)，且該市場(chǎng)在短期內(nèi)一直會(huì)是整個(gè)市場(chǎng)的主方向及趨勢(shì)。綠色、可再生能源一直處于快速增長中，可達(dá)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(chǎng)空間。

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

電動(dòng)汽車/混動(dòng)汽車

提及安森美半導(dǎo)體碳化硅戰(zhàn)略市場(chǎng)，首先就是電動(dòng)汽車和混動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車會(huì)是未來碳化硅的主要驅(qū)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(dá)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(dòng)汽車增加續(xù)航能力，有一些電動(dòng)汽車從不可以銷售變成可以銷售，售價(jià)也大幅度地增長，因?yàn)槔m(xù)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(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(shí)現(xiàn)500萬輛電動(dòng)車上路的目標(biāo)；歐洲也有電動(dòng)汽車全部替換燃油車的時(shí)間表；而在中國各大一線城市，電動(dòng)汽車可以零費(fèi)用上牌。這一系列政策都推動(dòng)了電動(dòng)汽車的大幅增長，電動(dòng)汽車對(duì)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。

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(dòng)車和混動(dòng)車的車載充電器方案，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(dāng)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(dān)心安全性。

5G電源和開關(guān)電源

安森美半導(dǎo)體第二個(gè)碳化硅戰(zhàn)略市場(chǎng)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(duì)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(biāo)、銀標(biāo)，到現(xiàn)在5G通信電源，云數(shù)據(jù)中心電源，這些都對(duì)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(dá)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(duì)較大的一個(gè)市場(chǎng)。

電動(dòng)汽車充電器/樁

電動(dòng)汽車充電樁也是安森美半導(dǎo)體碳化硅戰(zhàn)略市場(chǎng)之一。充電樁實(shí)現(xiàn)的方案有很多種，現(xiàn)在消費(fèi)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(shí)現(xiàn)。在電動(dòng)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(dòng)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(chǎng)，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(jì)未來10-15年將會(huì)有15%的能源（目前是1%）來自太陽能。太陽能是免費(fèi)的，且取之不竭用之不盡。國內(nèi)已出臺(tái)相關(guān)政策，個(gè)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(huì)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(dòng)方面，歐盟有20-20-20目標(biāo)，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(dá)到20%。NEA也設(shè)定了清潔能源目標(biāo)，到2030年要滿足中國20%的能源需求。

專業(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(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(duì)這一點(diǎn)，安森美半導(dǎo)體為工程師和設(shè)計(jì)專家提供了一處非常貼心的設(shè)計(jì)。以1200V 15A的碳化硅二極管為例，在毫秒級(jí)的安森美半導(dǎo)體碳化硅二極管有10倍的過濾，在微秒級(jí)有50倍的過濾。而針對(duì)電動(dòng)車主驅(qū)或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中對(duì)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(cè)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(shí)的可靠性測(cè)試。而在實(shí)際測(cè)試中，安森美會(huì)延長到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(dǎo)體曾經(jīng)是JEDEC可靠性委員會(huì)的成員，寬禁帶可靠性標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)現(xiàn)已并入JEDEC標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，安森美半導(dǎo)體正是可靠性標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)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(chǎng)為何會(huì)走向這一趨勢(shì)？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(diǎn)來看，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(dāng)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)汽車領(lǐng)域，這個(gè)領(lǐng)域?qū)?huì)是碳化硅的主流趨勢(shì)。就電動(dòng)汽車領(lǐng)域的碳化硅MOSFET或二極管來說，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?yàn)槟壳?，我們眾所周知的一個(gè)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(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，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(rèn)為，模塊絕對(duì)是碳化硅器件一個(gè)重要的方向。同時(shí)，模塊的設(shè)計(jì)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(jí)別的車載逆變器。實(shí)際上，碳化硅器件還有很多的應(yīng)用領(lǐng)域，除了電動(dòng)汽車以外，還有電動(dòng)汽車上OBC和DC-DC。事實(shí)上，目前幾乎所有的設(shè)計(jì)都以單管為主。因此在汽車領(lǐng)域，我們可以認(rèn)為一大半的趨勢(shì)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(dòng)汽車充電樁（十幾千瓦級(jí)別）。目前市場(chǎng)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(chǎng)是以單管為主。如果按照金額，將來的市場(chǎng)也許會(huì)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(duì)于安森美半導(dǎo)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：目前在電動(dòng)汽車充電樁市場(chǎng)，SiC市場(chǎng)占比能達(dá)到多少？

王利民：電動(dòng)汽車的充電樁市場(chǎng)分兩種。如果是電動(dòng)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?yàn)檐囕d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(dāng)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(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)線存在哪些難題？

王利民：與容易達(dá)到的12英寸硅材料不同，SiC材料非常堅(jiān)硬，并且在機(jī)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(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(dāng)堅(jiān)硬，機(jī)械上很難處理纖細(xì)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(jìn)行批量生產(chǎn)。