碳化硅功率器件面临的挑战

碳化硅 （SiC） 器件与高功率应用中常用的硅器件相比具有多项优势。SiC 功率器件仍然面临一些大规模生产的挑战，包括缩放的限制因素、与 SiC 器件较小的管芯尺寸相关的散热问题、管芯上与封装相关的应变以及衬底可用性。但针对这些挑战的解决方案正在评估并投入生产，通过正确实施，可以使用 SiC 满足客户需求并满足现场期望。

作为领先的半导体和功率器件制造商，安森美半导体从 2015 年开始在 SiC 器件中占据重要地位。从小规模生产开始，安森美半导体在 2016 年和 2017 年实现了显着增长，去年，SiC 产量比去年翻了一倍多。由于对 2019 年和 2020 年的产量增长预测类似，公司正在询问 SiC 需求的爆炸性增长是否会超过可用的衬底供应。通过制定适当的策略来确保底物的替代来源，可以避免这个潜在的问题。

关于 SEMI 的 SiC 产品组合

ON Semi 今天提供范围广泛的基于 SiC 的器件，例如二极管（均作为分立元件和模块提供），范围从 4 到 50 A/650 V 到 6 到 50 A/1，200 V。MOSFET 的生产始于2018 年第一季度推出采用 TO-247 封装的 80mΩ、1，200V 器件。从今年第二季度开始，ON Semi 将发布多达 12 款新器件，包括采用 TO-247-3L、D2PAK-7L 和 TO247-4L 封装的 20-、40- 和 160-mΩ MOSFET。ON Semi 基础设施依赖于巨大的晶圆厂产能，每周能够发布超过 10，000 个晶圆。同时，在所有时区（亚洲、欧洲和美国）都有一个开发团队，以支持 24 小时全球开发。

当前的第一代器件产品组合将通过 900V MOSFET 进行扩展，该 MOSFET 具有 15V 的栅极至源极电压 （VGS），旨在满足汽车牵引力控制应用的需求。该器件路线图还包括一个 1，700-V 肖特基势垒二极管 （SBD），适用于大功率和工业应用，以及一个 650-V 第二代 SBD，能够满足竞争激烈的市场的需求。

尽管如今二极管仍占主导地位，但预计未来一到两年内 MOSFET 和模块应用将大幅增长。因此，ON Semi 专注于实现更高功率的模块、不同的占位面积和广泛的 MOSFET 电压等级。

应用实例

SiC MOSFET 的一个示例应用是用于电动巴士车队的 40 kW 车载快速充电器。每个系统包括 36 个 SiC MOSFET，可实现出色的电流共享、出色的 dV/dt 控制（高于 25 V/纳秒）、有源整流和零场故障。电动方程式市场代表了另一个具有挑战性的应用。E 级方程式赛车需要高系统性能，从而推动了设备规格的极限。ON Semi 提供 50-A 二极管和 1，200-V、160-A MOSFET（16 个并联器件）以实现高性能牵引系统。

图 1：SiC 二极管和 IGBT 性能比较

电动方程式赛车牵引力控制是一种极端应用，其中 SiC 设备通常会在超速档增压区工作，以在汽车在恶劣条件下运行时提供有关预期寿命和最大功率的宝贵信息。SiC MOSFET 正在取代目前在牵引系统中使用的绝缘栅双极晶体管 （IGBT），从而使解决方案的芯片尺寸大幅减小（从 50 mm 2到大约 10 mm 2）。

审核编辑：彭静