行业 | 全SiC模块正在加速,SiC功率器件走向繁荣

Yole近日发布了《功率碳化硅（SiC）：材料、器件及应用-2019版》报告，为大家展示了正在走向繁荣的SiC功率器件市场。Yole在报告中预计，到2024年，SiC功率半导体市场规模将增长至20亿美元，2018~2024年期间的复合年增长率（CAGR）将高达29%。其中，汽车市场无疑是最重要的驱动因素，其SiC功率半导体市场份额到2024年预计将达到50%。

2018~2024年汽车领域SiC市场发展预测

数据来源：《功率碳化硅（SiC）：材料、器件及应用-2019版》

安森美半导体（ON Semiconductor）是功率电子领域的市场领导者之一，在SiC功率器件领域的地位正在迅速攀升。近日，Yole首席分析师Hong Lin博士有幸采访了安森美半导体高级董事兼总经理Bret Zahn。通过本次访谈，Yole希望与您分享安森美半导体在功率SiC市场的经营现状和发展愿景。

Hong Lin（以下简称HL）：您好！首先请您做一下自我介绍，您在安森美半导体的主要职责有哪些？

Bret Zahn（以下简称BZ）：我是Bret Zahn，是安森美半导体三个业务部门的高级董事兼总经理，这些业务具体包括：低压金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）（≤40V）、电池保护MOSFET和宽带隙产品（包括SiC和GaN）。

HL：请您简要介绍一下安森美半导体的业务情况，特别是在SiC领域？

BZ：安森美半导体旨在成为顶级SiC供应商之一，提供从晶体生长到成品的完整垂直整合，包括用于工业和汽车市场的芯片、分立器件以及模块产品。

安森美半导体有机和无机增长策略正在齐头并进，以在尽可能短的时间内成长为顶级SiC供应商。

HL：目前，由安森美半导体开发并已上市销售的SiC产品主要有哪些？

BZ：自2016年始，我们就发布了650V和1200V二极管产品组合，并在2019年7月首次发布1700V二极管产品组合。

对于MOSFET，我们在2018年12月发布了初代1200V产品，2019年下半年将发布更多版本的新产品，此外，还有新的900V MOSFET产品同时发布。

自2018年初以来，安森美半导体一直在向市场销售混合SiC工业模块，并将于2019年第四季度开始销售全SiC工业模块。

安森美半导体将在2020年向市场推出全SiC汽车模块产品组合。

HL：你们在开发此类产品时遇到了哪些具体的困难或挑战？

BZ：一项新技术引入大规模生产总会面临各种各样的挑战，包括从实际开发，到提高客户信心和市场应用所需要的品质和可靠性数据等。SiC已经在功率电子市场中实现了产业应用转变。

数十年来业界首次开始采用基于非硅材料的技术。在开发基于SiC的技术时，从制造到应用测试，开发链条中的所有环节都需要进行重新评估。

例如，开发大尺寸芯片SiC MOSFET已被证明是一个巨大的挑战，除安森美半导体之外只有一家公司已经设法解决。除了由于SiC晶圆中存在的固有缺陷导致的良率复杂性，传统封装（例如TO-247）中SiC芯片的新机械应力特性也会带来挑战。另一个挑战是需要开发不仅具有静态稳健性，还可以应对前所未有的高电压变化率（dv/dt）的氧化物。

经过短时间的大量努力，安森美半导体已经成功解决众多挑战，为市场提供了高度可靠的二极管和MOSFET器件产品组合。

HL：目前，安森美半导体通过其SiC解决方案解决了哪些细分市场的需求？

BZ：安森美半导体是广泛Si基电源管理元件的领先供应商，并计划利用我们的SiC产品延续这一市场策略。

目前，我们为满足工业和汽车领域的多种应用需求提供SiC器件。通过与许多转向SiC应用的客户合作，我们将继续根据需要更新并扩展我们的产品组合，以支持所有关键的SiC细分市场。

HL：Yole认为全SiC模块是未来的发展方向，将成为SiC器件市场的重要组成部分。对此，您怎么看？目前，全SiC模块的发展状况如何？

BZ：向全SiC模块的发展正在加速，不同的细分市场有各自的发展路径。

例如，光伏（PV）逆变器市场应用混合SiC模块已经至少2年了，2019年已经开始转向全SiC模块。

汽车市场似乎正朝着全SiC模块的整合方向发展，跳过了从混合SiC模块向全SiC模块演进的过程。

鉴于光伏市场目前对全SiC模块的应用，以及电动汽车市场的增长预期，我完全赞同未来的全SiC模块市场将远大于目前的市场份额。

HL：就您看来，接下来会如何发展？

BZ：我认为SiC市场下一步的关键是实现IGBT成本平价。加速成本平价（及更低）的关键是完全垂直整合，因此，安森美半导体的目标是尽快实现完全垂直整合。

HL：作为领先的功率半导体厂商之一，安森美半导体如何评价SiC MOSFET和IGBT之间的竞争？特别是对于汽车市场？

BZ：电动汽车市场已经展现出对SiC解决方案的巨大兴趣。对于电动汽车牵引应用，SiC解决方案在尺寸、重量和效率增益等方面的优势已经得到充分证明，这就是为什么汽车市场正在跳过混合SiC模块解决方案，快速向全SiC模块解决方案迈进。

SiC已经为许多汽车应用提供了“系统级”成本效益。一旦SiC可以在器件级实现与IGBT的成本平价，更高的效率结合更低的价格所带来的优势肯定难以拒绝。

HL：在您看来SiC生态系统与Si生态系统相比，有何特别之处？

BZ：与Si相比，围绕SiC开发生态系统需要一系列改变。简单来说，例如MOSFET之类的SiC有源器件首先就需要新的驱动器。

重新利用传统IGBT驱动器，甚至将其作为卖点，你可以这样做，但是是错误的营销。SiC MOSFET具有很不同的输入阻抗、栅极电荷以及动态速率（ON和OFF、dv/dt和di/dt）。商用IGBT或超级结MOSFET驱动器无法提供驱动峰值性能下SiC MOSFET的必要性能。此外，SiC MOSFET的短路特性和经常需要的负压驱动需要更强大的驱动器。

然而，门极驱动并不是SiC生态系统中唯一需要真正重新设计的“链条”。基于SiC的生态系统还必须包含模块。模块将成为需要功率≥20kW的市场应用的关键。谈到模块，如果不重新考量SiC提供的电感要求和热优势，就无法成功推出产品。尽管可以重复使用Si模块的外壳和形状尺寸，但是需要对模块内部进行重大的重新设计以支持SiC。

此外，得以真正为客户提供支持的完整生态系统的另一个重要部分是先进的SPICE模型。基于经典曲线量测的SPICE模型不能提供相同的真实度和精度，无法满足现代功率级仿真的需要，不能捕捉SiC器件的特性。设计人员需要稳健、模拟速度快的模型，并提供反映SiC切换和热参数的真实数据。