碳化硅作為寬禁帶半導體材料，相對于SI基器件具備降低電能轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗、更容易小型化、更耐高溫高壓的優(yōu)勢，因此被汽車廠商看中。如今，碳化硅“上車”已成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)難以繞開的話題，而這要歸功于搭載意法半導體碳化硅器件的特斯拉Model3的問世，使諸多半導體企業(yè)在碳化硅上“卷”了起來。
特斯拉率先使用SiC逆變器，直接打開了碳化硅（SiC）在新能源汽車的預期空間。將硅（Si）基組件替換成碳化硅（SiC）能明顯地提升車輛的續(xù)航能力。根據(jù)Wolfspeed數(shù)據(jù)，在逆變器中使用SiC器件后，能減小整體的體積、重量和成本，在車輛續(xù)航上也有5-10%的提升。在特斯拉Model 3搭載SiC逆變器后，傳統(tǒng)的汽車功率半導體廠商紛紛跟進對碳化硅（SiC）領域進行布局。
此外，根據(jù)法國咨詢公司Yole最新發(fā)布的報告顯示，2021年全球碳化硅功率器件市場份額約10.9億美元，雖在整體功率器件市場的占比不高，但近幾年增長迅速，預計2027年將達到63億美元，年復合增長率34%。從2022年的應用市場來看，碳化硅半導體67%將應用于汽車，26%應用于工業(yè)，其余用于消費和其他領域。其中，新能源汽車是碳化硅功率器件應用增長最快的市場。
據(jù)了解，目前已有特斯拉Model 3、比亞迪漢、蔚來ES7/ET7/ET5、小鵬G9、Smart精靈、五菱凱捷混合動力版和五菱星辰混動版等車型在使用或嘗試采用SiC器件，在逆變器、車載充電機（OBC）、DC/DC轉(zhuǎn)換器等部件中得到應用。有業(yè)內(nèi)人士預測，2023年-2024年，長續(xù)航里程車型基本都會導入SiC器件，滲透率或?qū)⑦_40%。
顯然，在新能源汽車大熱的當下，SiC已經(jīng)成為國內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)布局的重點，不論是合作開發(fā)還是自主研發(fā)，均將SiC推向了技術(shù)浪潮的巔峰。相對于硅基器件，SiC功率半導體在高工藝、高性能與成本間的平衡，將成為SiC功率器件真正大規(guī)模落地的關鍵核心點。隨著產(chǎn)業(yè)化進程的加速和成本的不斷下降，整體產(chǎn)業(yè)也正在步上高速增長的快車道。
本期《變頻器世界》& PCIM Asia電力電子專欄將圍繞碳化硅功率器件在新能源車中的應用以及車規(guī)級碳化硅器件新進展的話題，邀請業(yè)內(nèi)企業(yè)、專家、工程師進行廣泛參與討論。
特邀專家組（排名不分先后）
英飛凌科技工業(yè)功率控制事業(yè)部市場總監(jiān) 陳子穎
羅姆半導體（深圳）有限公司技術(shù)中心高級經(jīng)理 蘇勇錦
安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應用工程師 夏超
丹佛斯硅動力有限公司大客戶經(jīng)理 練俊
Power Integrations市場營銷副總裁 Doug Bailey
上海功成半導體科技有限公司SiC產(chǎn)品線總監(jiān) 王中健
萬國半導體元件(深圳)有限公司Marketing Manager 何黎
泰克科技行業(yè)開發(fā)經(jīng)理 陳鑫磊
Q1：自2021年以來，導入SiC技術(shù)的新能源汽車品牌及車型不斷增加，在中高端新能源汽車領域，SiC功率器件已逐漸成為各大汽車品牌的標配，并有望加速普及應用。談談您對于目前SiC功率器件應用于新能源汽車市場情況的前景及看法。新能源汽車對SiC功率器件的性能有什么特殊的要求？
羅姆半導體（深圳）有限公司技術(shù)中心高級經(jīng)理 蘇勇錦
安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應用工程師 夏超
隨著目前SiC功率器件在高端新能源汽車上的逐步普及，未來將會有越來越多的車企選擇SiC功率器件作為其高端電動車型的標準配置。雖然SiC器件當前的市場價格相較于Si器件要稍高一些，但就綜合成本而言，SiC器件仍略具優(yōu)勢。隨著SiC產(chǎn)能的持續(xù)提升，其市場價格會進一步降低，即性價比優(yōu)勢將會更為突出。
新能源汽車對 SiC 功率器件性能的特殊要求可以從多個方面來看：從電氣的角度來看，新能源汽車多處于中低速運行工況，因此要求SiC功率器件在中低電流下?lián)碛懈蛯▔航�。從封裝的角度來看，新能源汽車的運行工況極為復雜，SiC功率器件需要應對高溫高濕及強振動所帶來的威脅。從電磁兼容的角度來看，SiC功率器件使用高的開關頻率可以降低運行時的損耗，但同時也會加劇新能源汽車內(nèi)部的電磁干擾，可能會給車輛帶來一定的安全隱患，因此需要保證SiC功率器件與新能源汽車間的電磁兼容性能。
丹佛斯硅動力有限公司大客戶經(jīng)理 練俊
從丹佛斯與客戶的溝通交流中，我們切實感受到在中高端新能源汽車領域，各大廠家紛紛布局800VSiC的電驅(qū)系統(tǒng)。隨著SiC芯片成本逐步降低，SiC功率器件的滲透率已經(jīng)在加速提高。然而， SiC器件在新能源汽車的應用還處于早期攻關階段，只有成熟的封裝和設計才能充分發(fā)揮SiC芯片的優(yōu)勢，達到符合車規(guī)級標準的可靠性和穩(wěn)定性。
Power Integrations市場營銷副總裁 Doug Bailey
我們也認為SiC是電動汽車(EV)應用中的一項重要技術(shù)，特別是當母線電壓增加到800V時。母線電壓的提高可實現(xiàn)更大的續(xù)航里程和更快的充電速度。SiC對于超過400V的系統(tǒng)是必要的，因為它是一種比傳統(tǒng)硅或IGBT更有效的技術(shù)。
為滿足這一需求，Power Integrations推出業(yè)界首款內(nèi)部集成1700V SiC MOSFET的汽車級高壓開關IC。新的InnoSwitch™3-AQ IC可提供高達70W的輸出功率，主要用于600V和800V純電池和燃料電池乘用車，以及電動巴士、卡車和各種工業(yè)電源應用。
上海功成半導體科技有限公司SiC產(chǎn)品線總監(jiān) 王中健
目前新能源汽車用SiC器件，主要在主驅(qū)逆變器、OBC、DC/DC轉(zhuǎn)換上，以及配套的充電樁裝置�；赟iC的材料優(yōu)勢，相比于IGBT，SiC MOSFET可以大幅減少這些元件在車上的占用體積并降低損耗（緩解耗電情況），IGBT逐漸會被碳化硅MOSFET替代，SiC 功率器件在新能源汽車市場占比也會越來越大。
車規(guī)級SiC 功率器件需要在可靠性、一致性等方面有更好規(guī)格，比如SiC 功率器件需要保證柵氧可靠性、并聯(lián)一致性等，來確保SiC 功率器件能夠滿足長時間、不間斷、處于極端條件下的使用，從而能在正常使用過程中避免安全事故的發(fā)生。
萬國半導體元件(深圳)有限公司Marketing Manager 何黎
SiC的器件，無論是單管還是模塊，都已經(jīng)在新能源汽車的電驅(qū)、OBC、DC-DC等部分廣泛使用。隨著未來新能源車進一步取代燃油車, 新能源車對SiC的需求會急劇增加，這對于整個SiC的供應鏈是個很大的挑戰(zhàn)。
新能源車對SiC器件的要求，除了需要滿足最基本的AECQ-101車規(guī)的可靠性認證，客戶設計的效率以及相關的余量要求外，優(yōu)化柵氧化層設計保證器件柵氧化層可靠性也至關重要；對于單管的應用來說，提供更小型化的封裝的產(chǎn)品滿足客戶進一步提升功率密度的需求也很重要。
Q2：雖然基于SiC功率器件市場前景無限廣闊，但是SiC產(chǎn)品技術(shù)商用化的挑戰(zhàn)依然存在，請問，貴公司有怎樣的技術(shù)優(yōu)勢或者市場優(yōu)勢？
英飛凌科技工業(yè)功率控制事業(yè)部市場總監(jiān) 陳子穎
碳化硅市場的增長是強勁的，前景是廣闊的，這主要由碳化硅的特性和應用價值決定的。在電力電子系統(tǒng)應用中，一直期待1200V以上耐壓的高速功率器件出現(xiàn)，這樣的器件當今非SiC MOSFET莫屬。
除高速特性動態(tài)損耗低之外，碳化硅還具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率等特點，尤其適合對高溫、高功率密度、高頻高壓以及抗輻射等惡劣條件要求較高的應用。
但SiC 產(chǎn)品技術(shù)商用化的挑戰(zhàn)依然存在，可以舉兩個例子，SiC的高功率密度和高速特性需要有對應的產(chǎn)品封裝技術(shù)。
SiC MOSFET 芯片面積比IGBT小很多，譬如100A 1200V的SiC MOSFET芯片大小大約是IGBT與續(xù)流二級管之和的五分之一。這時先進的封裝技術(shù)就非常重要，我們在單管封裝中，引入了.XT技術(shù)，即擴散焊技術(shù)，就是在特定溫度和壓力條件下，使得SiC芯片的背面金屬，與Lead Frame表面金屬產(chǎn)生原子的相互擴散，形成可靠的冶金連接，省去中間焊料，這需要英飛凌Know-how的特殊背金芯片與工藝才能實現(xiàn)。
而SiC MOSFET的高速特性，需要低寄生電感的模塊封裝，英飛凌中小功率的Easy封裝和大功率的XHP™封裝是最合適的SiC高速器件平臺，它們可以充分發(fā)揮SiC的特性，并實現(xiàn)大電流或為應用和客戶實現(xiàn)復雜拓撲模塊。
羅姆半導體（深圳）有限公司技術(shù)中心高級經(jīng)理 蘇勇錦
羅姆憑借以SiC為核心的器件為節(jié)能環(huán)保貢獻，還進行包括驅(qū)動控制IC（柵極驅(qū)動器）、功率分立器件等周邊部件在內(nèi)的解決方案的提案。并且提供豐富的技術(shù)支持，除了提供評估、仿真工具，還與用戶開展聯(lián)合實驗室（Power Lab），加速合作伙伴關系。
自2000年發(fā)現(xiàn)SiC半導體所帶來的巨大優(yōu)勢以來，羅姆一直在推動SiC元器件的基礎研究。利用自有的生產(chǎn)體系可以完成從晶圓到元器件設計和封裝的各個工序。
此外，在應用層面，羅姆利用在全球范圍建立起來的支持體系，為SiC元器件的高速開關特性和高精度實現(xiàn)高速開關的柵極驅(qū)動器的一體化設計提供強有力的支持。
安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應用工程師 夏超
從技術(shù)方面來看，安森美(onsemi)領先于智能電源，很早就在SiC方向進行了技術(shù)布局與產(chǎn)業(yè)整合，近期對GT Advanced Technologies (GTAT)等企業(yè)的收購也極大地增強了安森美在SiC方向的設計與生產(chǎn)的能力，是少數(shù)能提供從襯底到模塊的端到端SiC方案供應商之一，安森美最新一代的SiC芯片的性能參數(shù)，相較于上一代產(chǎn)品有著顯著的提升，具有更強的抗雪崩能力。新的D3 1200 V SiC 二極管系列可實現(xiàn)導通損耗和開關損耗的最小化，使終端的應用能效比得到提升，1200 V M3S SiC MOSFET 在電氣指標等方面領先于行業(yè)的同類競品。器件在開關過程中的過沖問題是設計人員的一大痛點。安森美在對SiC模塊進行優(yōu)化升級后，有效削弱了其在振鈴期間的電壓過沖。因此，器件可以在同等過沖下，獲得更快的開關速度和更低的損耗，或在同等開關速度下，實現(xiàn)更低的損耗和更小的過沖。
丹佛斯硅動力有限公司大客戶經(jīng)理 練俊
丹佛斯早在2001就推出了適用于新能源電驅(qū)系統(tǒng)的功率模塊，經(jīng)過20多年的積累，已經(jīng)擁有領先的封裝技術(shù)(比如注塑封裝, DBB ® 和ShowerPower ®)，實現(xiàn)了SiC功率器件的可靠性和性能完美結(jié)合。而且已經(jīng)在中高功率端獲得了市場上廣泛的認可，目前國內(nèi)外一些知名度較高的汽車廠家已經(jīng)開始應用丹佛斯的SiC模塊于其最新車型款式。
Power Integrations市場營銷副總裁 Doug Bailey
我們認為，實施SiC以及其他WBG技術(shù)（如GaN）的挑戰(zhàn)已在很大程度上得到解決。Power Integrations銷售的是解決方案，因此我們的IC在同一個封裝內(nèi)集成SiC開關和驅(qū)動器以及復雜的保護電路。這意味著我們的器件易于使用，設計人員可以像使用傳統(tǒng)硅IC一樣使用它們，同時還能受益于更高電壓下的性能提升。
萬國半導體元件(深圳)有限公司Marketing Manager 何黎
AOS的SiC產(chǎn)品線包括1200V/650V/750V的MOSFET和二極管，同時有車規(guī)級和工規(guī)級的產(chǎn)品適用于不同的應用場景。
我司的SiC MOSFET采用平面結(jié)構(gòu)的工藝，可靠的柵氧化層設計以及優(yōu)化的開關性能為客戶實現(xiàn)高可靠性的效率提升。
泰克科技行業(yè)開發(fā)經(jīng)理 陳鑫磊
泰克科技是一家有75年歷史專注電子測試測量設備的公司，電源轉(zhuǎn)換器行業(yè)一直是泰克非常專注的領域，SiC 新型功率半導體可以毫不夸張的講給電源轉(zhuǎn)換器行業(yè)帶來了巨大的變革，對于SiC功率器件廠家和使用SiC器件電源工程師都面臨著前所未來的測試及驗證的挑戰(zhàn)。所以泰克科技在7，8年前就開始投入這個第三代半導體器件領域的研究，與世界知名的功率半導體公司聯(lián)合開發(fā)了專門針對SIC和GaN的測試儀器與測試方法。目前被國內(nèi)外功率半導體及電源轉(zhuǎn)換器客戶廣泛應用。
Q3：請問貴公司在SiC領域有著怎樣的布局？公司在第三代功率半導體方面有什么突破性進展？可否談談貴公司未來技術(shù)主攻方向和相關布局?
英飛凌科技工業(yè)功率控制事業(yè)部市場總監(jiān) 陳子穎
SiC畢竟是新材料，新技術(shù)，所以從材料、供應鏈到應用的成熟性需要一個過程，時機是很重要的。而且英飛凌在產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)方面是比較慎重的，對產(chǎn)品質(zhì)量管控比較嚴格，為了向用戶提供品質(zhì)、可靠性更好的SiC產(chǎn)品，英飛凌花了30年時間不斷進行技術(shù)打磨和沉淀。而且有重大突破的：
1、英飛凌是第一個采用溝槽柵做SiC MOSFET，這一技術(shù)很好解決了柵極氧化層的可靠性問題，也提高了SiC MOSFET的性能。
2、英飛凌還在積極投資一些創(chuàng)新的技術(shù)，從而能夠更好的成就我們的生產(chǎn)效率和良率的提升。 2018年我們收購了一家碳化硅的冷切割技術(shù)的高科技公司Siltectra。英飛凌也在不斷的對其技術(shù)的應用進行長期的投入，近期我們也得到一些好的消息，首批的測試產(chǎn)品已經(jīng)完成了生產(chǎn)的資格，同時我們接下來也會用一個試生產(chǎn)線來加大量產(chǎn)的速度。
這種冷切割的芯片切割技術(shù)，實際上對于碳化硅來說，非常高的價值在于它可以大大的減少對規(guī)定的原材料的浪費，所以我們可以用同樣數(shù)量的原材料切割成加倍的晶圓來供生產(chǎn)。
在今年的PCIM，英飛凌會展出增強型SiC MOSFET芯片技術(shù)；.XT技術(shù)的單管，最大規(guī)格低至７毫歐；低至２毫歐的Easy3B 半橋模塊；1.7kV和2kV芯片技術(shù)及其產(chǎn)品。
羅姆半導體（深圳）有限公司技術(shù)中心高級經(jīng)理 蘇勇錦
作為碳化硅元器件的領軍企業(yè)之一，羅姆一直致力于先進產(chǎn)品的開發(fā)，早在2010年便于業(yè)界首次量產(chǎn)SiC MOSFET。在車載領域，羅姆于2012年推出了支持AEC-Q101認證的車載品，并在車載充電器（OBC）領域擁有很高的市場份額。此外，羅姆碳化硅產(chǎn)品還應用于車載DC/DC轉(zhuǎn)換器等領域。2020年6月，羅姆發(fā)布了業(yè)界先進的第4代低導通阻抗碳化硅MOSFET。與以往產(chǎn)品相比，在不犧牲短路耐受時間的前提下，成功實現(xiàn)業(yè)界較高水平的低導通電阻。此產(chǎn)品非常適用于包括主機逆變器在內(nèi)的車載動力總成系統(tǒng)和工業(yè)設備的電源。
今后將繼續(xù)通過與汽車廠商和車載廠商的合作，在推進更高效率更高品質(zhì)的產(chǎn)品開發(fā)的同時，提供豐富的解決方案。
安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應用工程師 夏超
安森美作為SiC領域的領軍企業(yè)之一，致力于為客戶提供高效可靠的功率器件。為實現(xiàn)這一目標，安森美從襯底生長-晶圓刻蝕-芯片封裝-系統(tǒng)集成這四個方向來加以整合升級。
從第三代半導體方面的進展來看，安森美在SiC襯底上可以實現(xiàn) 6英寸和8英寸的自主生產(chǎn)；晶圓的生產(chǎn)重心正逐步從6英寸向8英寸產(chǎn)線轉(zhuǎn)移，可在一定程度上緩解市場上芯片荒的局面；在器件的封裝方面，安森美具有完整高效的生產(chǎn)體系，可以實現(xiàn)不同層次客戶應用的需求；在系統(tǒng)集成方面，安森美擁有優(yōu)秀的現(xiàn)場應用工程(FAE)團隊，可以根據(jù)客戶具體的需求，為客戶提供最佳的解決方案。
安森美未來的主攻方向?qū)侵悄茈娫磁c智能感知兩大方向：在智能電源方面，可持續(xù)發(fā)展成為電源高能效的需求驅(qū)動力，同時汽車、工業(yè)等也在加速電氣化和自動化；在感知層面，汽車業(yè)通過智能感知的技術(shù)可加快L2級以上自動駕駛的步伐，而工業(yè)自動化可獲得更高的產(chǎn)出效率。安森美一方面將順應中國發(fā)展大趨勢，推動智能電源和智能感知技術(shù)的發(fā)展，持續(xù)關注汽車功能電子化、自動駕駛、機器視覺、工廠自動化、5G、云電源領域。
另一方面將持續(xù)發(fā)揮價值，與中國的戰(zhàn)略客戶建立聯(lián)合實驗室，提供更加智能和高度差異化的產(chǎn)品。公司將對中國的制造基地進行優(yōu)化升級，以順應新能源汽車、工業(yè)等行業(yè)的大趨勢。最重要的是，安森美將與中國的戰(zhàn)略客戶簽訂長期供應協(xié)議，保障客戶的供應鏈安全。與此同時，安森美也會積極支持中國的2030碳達峰、2060碳中和等目標的實現(xiàn)。
丹佛斯硅動力有限公司大客戶經(jīng)理 練俊
丹佛斯目前主打的汽車級SiC功率模塊平臺DCM™1000X市場反響強烈，為適應市場需求，丹佛斯正加緊布局國際市場，歐洲、美國及中國的產(chǎn)線正在高速建設中。其中采用Cree三代芯片的1200V模塊在保證可靠性的前提下已經(jīng)實現(xiàn)了領先的功率密度和輸出能力。丹佛斯專注于封裝技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，且在芯片選擇上是獨立靈活的，市場上最新出現(xiàn)的Cree的Gen3+以及其他廠家的最新產(chǎn)品已經(jīng)在評估中。未來我們會開發(fā)出更多款滿足客戶不同性能，成本和供應安全要求的產(chǎn)品，以適應客戶最前沿的SiC需求。
Power Integrations市場營銷副總裁 Doug Bailey
除了如前所述將SiC開關與驅(qū)動器封裝在IC中之外，Power Integrations還是為工業(yè)、牽引和可再生能源應用提供SiC模塊驅(qū)動器的領導者。我們的SCALE™-2 ASIC技術(shù)可實現(xiàn)有源鉗位短路保護、高效并聯(lián)并減少BOM數(shù)量。這有助于提高可靠性并降低系統(tǒng)成本。
萬國半導體元件(深圳)有限公司Marketing Manager 何黎
AOS自2015年布局第三代半導體以來，持續(xù)不斷的增加對第三代半導體的投資，目前主要以SiC為主。我司的第二代的1200V/750V/650V SiC MOSFET產(chǎn)品已經(jīng)全線推出市場，模塊類的產(chǎn)品也即將量產(chǎn)，未來除了繼續(xù)平臺迭代以外，將會不斷完善和豐富模塊類的產(chǎn)品線。
泰克科技行業(yè)開發(fā)經(jīng)理 陳鑫磊
泰克科技計劃為第三代功率半導體行業(yè)提供從晶圓側(cè)，封裝測，系統(tǒng)應用側(cè)全面解決方案。目前泰克推出了全新的TIVP系列光隔離探頭，轉(zhuǎn)為第三代功率半導體SiC和GaN研發(fā)，配合泰克12bit 高精度多通道示波器，組成SiC特性測試的強強組合，高達120dB共模抑制比，高達1GHz 帶寬，具有超高抗干擾性能，為SiC特性測試提供了準確可靠的測試技術(shù)。當然結(jié)合泰克旗下品牌Keithley的4200A和2600-PCT晶圓級參數(shù)測試方案和我們積極投入研發(fā)推出本土化SiC可靠性測試方案，和SiC 器件及模塊的動靜態(tài)性能測試方案，實現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈的測試方案，來支持SiC器件廠家提升器件性能和良品率，支持電源工程師更好的應用和發(fā)揮SiC器件的特性，從而助力綠色能源的發(fā)展。
Q4：您認為SiC功率器件市場的走向?qū)绾�？市場需求將集中在哪些應用場景�?/b>
英飛凌科技工業(yè)功率控制事業(yè)部市場總監(jiān) 陳子穎
SiC 功率器件市場的走向由其應用價值決定，電動汽車中的主驅(qū)采用SiC MOSFET，因為碳化硅的芯片尺寸小，功率密度高；損耗低，效率高，增加電動車續(xù)航里程。
而燃料電池中的高速空壓機轉(zhuǎn)速10萬轉(zhuǎn)以上，驅(qū)動器的調(diào)制頻率需要50kHz以上，這就需要采用SiC MOSFET。
而英飛凌在功率半導體技術(shù)、產(chǎn)品和應用有長期的積累，了解SiC 技術(shù)在這些應用中的價值，為應用開發(fā)產(chǎn)品，提供解決方案，在PCIM展會上我們會展出最新的SiC 系列產(chǎn)品，各類評估板和參考設計，現(xiàn)場交流分享SiC MOSFET設計中的經(jīng)驗和解決方法。
安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應用工程師 夏超
隨著產(chǎn)能的逐步爬坡，SiC功率器件將會逐漸從當前的高端電動汽車標配，逐步向中端電動汽車拓展，進而變成電動汽車的標準配置，實現(xiàn)電動汽車更為高效的運行，這一點與中國當前的碳達峰與碳中和目標相一致。不僅僅是電動汽車領域，隨著SiC功率器件生產(chǎn)成本的進一步降低，在新能源發(fā)電、遠距離高壓輸變電等領域?qū)懈鼮閺V闊的空間。
Power Integrations市場營銷副總裁 Doug Bailey
盡管SiC比GaN更早實現(xiàn)商業(yè)化，但我們相信SiC將始終是一種比傳統(tǒng)硅或GaN成本更高的技術(shù)。因此，我們預計GaN將逐漸滲透到許多傳統(tǒng)硅的應用領域，只是因為它是一種更佳、更高效的開關技術(shù)。SiC仍將是適合于更高壓應用的解決方案。我們不確定交變電壓點最終會在哪里，但目前GaN的電壓最高可達750V。也許它將會更高。但對于800V及以上的電壓，目前SiC是首選的解決方案，并可能在一段時間內(nèi)保持這種狀態(tài)。
上海功成半導體科技有限公司SiC產(chǎn)品線總監(jiān) 王中健
隨著SiC襯底成本的降低及工藝制程的優(yōu)化升級，SiC功率器件的成本和性能會隨著時間呈現(xiàn)愈發(fā)提升的趨勢。這也就意味著其相比于硅基器件的優(yōu)勢將繼續(xù)隨時間增大。由于SiC本身的材料和器件結(jié)構(gòu)限制，其主要的市場化應用范圍仍應集中于650 V- 3300V電壓，~kHz頻率量級。在該電壓量級應用范圍內(nèi)，根據(jù)主要的兩類市場，SiC器件將呈現(xiàn)兩種不同的技術(shù)優(yōu)化路線：
1）對于EV/HEV車載充電機及充電樁而言，在400 V基礎上向800 V電壓平臺發(fā)展是未來的發(fā)展趨勢。在這一應用環(huán)境下，將對器件的模塊化程度有著新的要求，對應的并聯(lián)均流、長程可靠性等技術(shù)問題也亟待解決；
2）光伏逆變器及服務器或其他電源應用中，當前SiC二極管已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)模替代，如何將SiC MOSFET大規(guī)模引入該領域仍舊是一個問題。一個可能的發(fā)展趨勢是隨著逆變器或電源的功率逐漸增加，SiC IPM隨著技術(shù)迭代提供更強的輸出功率和更低的開關損耗，性能和應用此消彼長才能更方便的打開市場。
萬國半導體元件(深圳)有限公司Marketing Manager 何黎
SiC功率器件市場目前還處于早期階段，但是當前市場端對于SiC的需求遠遠大于現(xiàn)有產(chǎn)能。所以隨著SiC相關制造產(chǎn)業(yè)鏈的進一步完善和豐富，產(chǎn)能和良率的進一步提升，SiC功率器件的市場規(guī)模會大幅度增長。
目前SiC功率器件應用場景主要集中在與新能源車相關的應用，例如電驅(qū)、DC-DC、 OBC,、heat pump，還有配套的超級充電樁；于此同時，在儲能、光伏逆變、高功率密度電源、電力傳輸?shù)裙I(yè)領域?qū)iC也有大量需求，未來隨著產(chǎn)能的進一步釋放，這些工業(yè)領域也將大量采用SiC。
泰克科技行業(yè)開發(fā)經(jīng)理 陳鑫磊
個人觀點，SiC功率器件因其優(yōu)異的特性必然會在將來逐步替代傳統(tǒng)硅基 器件的應用場景，尤其在那些對效率，體積，安全等有更高要求的應用場景。目前我們接觸的客戶使用SiC比較集中在新能源發(fā)電領域，儲能，新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)，超級充電樁，醫(yī)療脈沖電源，軌道交通等，隨著技術(shù)的成熟和價格逐步降低，相信會有越來越多的應用場景會采用SiC 器件。
Q5：距離SiC規(guī)模化上車的時間點已經(jīng)越來越近，有越來越多的車企開始推出搭載800V高壓平臺的車型，而SiC正是適配這種電氣架構(gòu)的不二之選。請問，現(xiàn)階段800V SiC的產(chǎn)業(yè)化進程如何？預計800V平臺何時會真正落地并大規(guī)模上車？其主要面臨的挑戰(zhàn)是什么？
安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應用工程師 夏超
在電氣性能等方面，SiC MOSFET功率器件要優(yōu)于以IGBT為首的Si基功率器件。電動汽車經(jīng)常運行在中低速環(huán)境下，而SiC MOSFET在輕載工況下的低損耗性能尤為出色，同等功率等級下可獲取更為優(yōu)秀的續(xù)航表現(xiàn)。與此同時，SiC功率器件由于其材料特點，可運行在遠高于Si功率器件可承受的結(jié)溫環(huán)境下，即高載荷工況下的魯棒性要更好。綜合以上優(yōu)點，SiC器件的上車既是順應國家碳減排政策的要求，也是能源技術(shù)更新迭代的大勢所趨。
丹佛斯硅動力有限公司大客戶經(jīng)理 練俊
我們看到整個SiC產(chǎn)業(yè)鏈都在加速發(fā)展以應對新能源汽車帶來的巨大需求。從我們了解到的國內(nèi)800V SiC平臺會在2024-2025年迎來爆發(fā)。而在歐美市場上這個趨勢我們感覺會更快。目前面臨的挑戰(zhàn)一方面是成熟SiC產(chǎn)能不足的問題可能會持續(xù)存在，同時市場的爆發(fā)也會帶來很多新品的應用，其SiC芯片和模塊的可靠性，尚待市場的最終檢驗。
Power Integrations市場營銷副總裁 Doug Bailey
電動汽車已經(jīng)在生產(chǎn)800V母線車型，我們預計這一趨勢將繼續(xù)并加速。奧迪、保時捷、現(xiàn)代和起亞都有800V母線電動汽車在售，而Lucid Air采用的是900V母線 - 信息來自《美國汽車新聞》上的一篇報道。業(yè)界引用了汽車行業(yè)主要供應商GKN電動傳動系統(tǒng)部門負責人Dirk Kesselgruber的觀點：“到2025年，進入市場的大部分應用將是800V。我們認為它將成為主流，韓國現(xiàn)代已經(jīng)證明它在價格上具有競爭力。”
Power Integrations等領先的IC廠商正在提供適用產(chǎn)品，推動電動汽車市場向更高母線電壓的轉(zhuǎn)變。解決方案早已推出，并且正應用于實際生產(chǎn)。
上海功成半導體科技有限公司SiC產(chǎn)品線總監(jiān) 王中健
國外大廠有陸續(xù)推出700-900V電壓平臺的產(chǎn)品，國內(nèi)廠商進展相對較少。800V 平臺何時會真正落地并大規(guī)模上車，隨著SiC產(chǎn)業(yè)成熟，成本降低，近幾年內(nèi)肯定會發(fā)生。
目前電動車的主流電壓平臺還是在400V水平下運行。出于整套系統(tǒng)，如連接電池、電機間的電纜粗細，整車的冷卻系統(tǒng)等方面的性能優(yōu)化，國際上部分電車廠商開始開發(fā)800 V電壓平臺。該系統(tǒng)最早在保時捷和奧迪等高端豪華電動車車型上嘗試，后來逐漸進入到中檔汽車市場，比如比亞迪、現(xiàn)代、起亞等車廠也跟進了該領域研發(fā)和樣車制造階段。
對于800 V電壓平臺的產(chǎn)業(yè)化預期，主流觀點認為將在2022-2023年實現(xiàn)量產(chǎn)。目前其產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)主要還是集中在上游器件及系統(tǒng)零部件性能升級上。第一、系統(tǒng)從400 V提升到800 V，需要新增一個DC-DC升壓部件；第二、原架構(gòu)中的電池系統(tǒng)、電機及控制系統(tǒng)、DC-DC，OBC電源等電學系統(tǒng)的設計需要重新考慮散熱、耐壓等技術(shù)參數(shù)；第三、采用的原材料及基本元器件，如線纜、繼電器、保險絲、電容、電阻、電感、半導體整流管和開關管都需要從650 V提高到1200 V。
泰克科技行業(yè)開發(fā)經(jīng)理 陳鑫磊
800V 高壓平臺是新能源汽車領域非常熱門的話題，目前從公開的信息平臺，各大汽車廠商已經(jīng)發(fā)布了其800V 高壓平臺車型上市計劃表，未來800V平臺肯定是大趨勢�；�800V高壓平臺新能源汽車最大的優(yōu)勢可以很好的解決客戶電動汽車里程焦慮問題，但是對于汽車廠家來說會在汽車整個電氣設計各個環(huán)節(jié)都會面臨新的挑戰(zhàn)，首先SiC作為一個核心功率器件勢必成為800V架構(gòu)的首選，關聯(lián)的還有汽車電池，電控，小三電系統(tǒng)，高壓連接件及其他各種元器件。
泰克專注與測試領域，客戶在800V架構(gòu)，應用SiC 器件測試領域面臨最大的挑戰(zhàn)，如何安全，高效的應用SiC，如何提升整體的效率，如何去除干擾看到真實可靠的信號特征，如何解決EMC問題等等。在此，泰克科技可以為您提供針對性的測試解決方案，讓工程師在設計過程中，有高效的測試工具，有針對性的測試方法，對設計每一步的測試都充滿信息，推動SiC技術(shù)在各種應用場景的應用。
Q6：您認為SiC上車有何必要性和重要性？供應鏈配套情況如何？國內(nèi)SiC供應鏈面臨哪些挑戰(zhàn)？
Power Integrations市場營銷副總裁 Doug Bailey
電動機的核心是轉(zhuǎn)子，通過產(chǎn)生變化的磁場來驅(qū)動轉(zhuǎn)子。電壓越高，則電機的轉(zhuǎn)速更快，體積也更小。這種尺寸的減小不僅可減輕重量，而且還可釋放寶貴的空間并降低材料成本。電壓更高時，可以更少的電流提供相同的功率。如果電壓從400V翻倍至800V，電流則會減半，從而使電纜更小、更輕，進一步縮減重量、空間和成本。因此，800V架構(gòu)可提高功率密度并延長續(xù)航里程。
800V還有助于縮短充電時間。正如我們之前提到的，在相同功率下，將電壓加倍會將電流減半。充電的損失之一是通過散熱損失的功率。熱量損失與電流成正比，因此在800V的系統(tǒng)中，由于電流減少，產(chǎn)生的熱量和功率損失也隨之減少。這被稱為增加功率保留，因為功率損失減少，就會有更多的功率進入電池，加快充電速度。
SiC比傳統(tǒng)的硅或IGBT的效率高得多，因此SiC MOSFET是電動汽車應用的首選。
上海功成半導體科技有限公司SiC產(chǎn)品線總監(jiān) 王中健
新能源汽車需要SiC功率器件的必要性和重要性：對于新能源汽車而言，其重要的發(fā)展方向為更快的充電速度以及更長的續(xù)航里程。因此，這就需要讓新能源車充電性能大幅提升，快速提升電池的充電速率；并且有更高的整車運行效率，可以在同等電量下，有更長的續(xù)航里程。
同時，新能源汽車電氣架構(gòu)逐漸向800V平臺升級。在這些需求下， SiC器件憑借其低導通損耗、高工作頻率、小體積以及高工作電壓等特點逐步開始取代Si器件，廣泛應用于主驅(qū)逆變、電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（DC/DC）、車載充電系統(tǒng)（OBC）以及非車載充電樁中。 400V電壓平臺下SiC比IGBT由2-4%的效率提升，而在750V電壓平臺其提升幅度則可以增大到3.2%-8%。
供應鏈配套情況： 目前全球范圍內(nèi)SiC晶圓制造已得到快速發(fā)展，從襯底到最后的封裝已形成完整的體系。而在國內(nèi)發(fā)展速度相較于國外還是相對落后，但是正處于迎頭趕上階段，SiC功率器件的供應鏈配套從上游的SiC襯底以及外延制造到下游的模塊封裝也形成了自有的完整體系。
供應鏈面臨挑戰(zhàn)
（1）SiC襯底材料成本較高，相較于Si晶圓成本還是有較大差距，大尺寸（8英寸以上）SiC襯底材料國內(nèi)成熟度不高。
（2）SiC晶圓制造設備大多數(shù)需要從海外進口，受疫情影響，目前SiC制造設備出現(xiàn)供需不平衡現(xiàn)象。
（3）目前國內(nèi)的IDM以及代工行業(yè)處于新興階段，主要制程以二極管為主，可以制造MOSFET的屈指可數(shù)，且相較于國外大廠技術(shù)有一定代差。多數(shù)國內(nèi)新能源汽車廠家依然缺少SiC芯片現(xiàn)象。
（4）目前國內(nèi)相關代工廠正處于或即將處于量產(chǎn)爬坡階段，產(chǎn)能總體較低，還需要3年左右的全行業(yè)聯(lián)動發(fā)展。
Q7：器件的升級換代會加速新能源汽車的發(fā)展，同時隨著當前油價連連高漲，帶來新能源汽車需求爆發(fā)也會催生和倒逼SiC的發(fā)展。從Si基的IGBT切換到SiC的MOSFET，是否會因電動化的進程加快而快速切換？
丹佛斯硅動力有限公司大客戶經(jīng)理 練俊
終端用戶對充電時間以及續(xù)航里程的要求已經(jīng)在倒逼SiC MOSFET的發(fā)展。從我們客戶的一些需求以及未來的規(guī)劃，丹佛斯確實很明顯地感受到SiC的應用在800V領域明顯加速。我們有理由相信這是未來的大趨勢。
Power Integrations市場營銷副總裁 Doug Bailey
Power Integrations認為，包括淘汰傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的法規(guī)、石油供應的不確定性和價格上漲以及Power Integrations等IC廠商在WBG（SiC和GaN）技術(shù)方面的持續(xù)發(fā)展等在內(nèi)的諸多因素都將加速向SiC MOSFET的轉(zhuǎn)移，這是不可避免的。
上海功成半導體科技有限公司SiC產(chǎn)品線總監(jiān) 王中健
隨著汽車產(chǎn)業(yè)電動化的進程加快，肯定會加速Si 基的IGBT 切換到SiC 的MOSFET。SiC的性能優(yōu)勢（效率、能力、體積）是很明顯的，目前受制于襯底成本、制程能力、產(chǎn)業(yè)鏈成熟度問題，碳化硅器件才沒有大規(guī)模取代IGBT。但隨著電動化的進程加快，市場擴大，產(chǎn)業(yè)上下游的全面升級，可靠性、電路拓撲等都會越發(fā)成熟，在電動汽車領域SiC器件逐步取代Si基器件將成為必然趨勢。
Q8 ：SiC器件的全方位優(yōu)化可滿足新能源汽車應用的更高需求。隨著功率半導體的平均結(jié)溫不斷上升，在大量應用SiC功率器件的同時，如何通過耐高溫驅(qū)動器提供良好配合，就變得異常重要。電機與電控系統(tǒng)相伴相生，SiC功率組件為其提供支持，實現(xiàn)電機與電控系統(tǒng)的完美匹配和全面優(yōu)化。請問，貴司在這方面有怎樣的技術(shù)突破和發(fā)展？
羅姆半導體（深圳）有限公司技術(shù)中心高級經(jīng)理 蘇勇錦
羅姆致力于開發(fā)非常適合驅(qū)動SiC元器件的柵極驅(qū)動器IC，與SiC元器件結(jié)合使用時，可以更大程度地發(fā)揮出其特性。此外，羅姆還在開發(fā)內(nèi)置SiC產(chǎn)品的IC，例如內(nèi)置SiC MOSFET的AC/DC轉(zhuǎn)換器控制IC。備有1700V SiC MOSFET + AC/DC轉(zhuǎn)換器評估板供用戶進行測試。該評估板集成了1700V SiC MOSFET和用于驅(qū)動的AC/DC轉(zhuǎn)換器控制IC，能夠與大功率工業(yè)設備中的輔助電源配合使用。
Power Integrations市場營銷副總裁 Doug Bailey
我們的公司名Power Integrations恰如其分地表達了我們的發(fā)展理念：我們將所涉足的幾乎所有市場。我們善于技術(shù)集成，以此我們提供了諸多好處，包括提高效率、減小尺寸、減少BOM元件數(shù)和提高可靠性。
在SiC技術(shù)的應用方面，我們著力于以下兩個方面。
符合AEC-Q100標準、額定耐壓1700V的InnoSwitch™3-AQ IC產(chǎn)品系列是業(yè)界首款采用碳化硅(SiC)初級開關MOSFET的汽車級開關電源IC。新IC可提供高達70W的輸出功率，主要用于600V和800V純電池和燃料電池乘用車，以及電動巴士、卡車和各種工業(yè)電源應用。高度集成的InnoSwitch IC可將電源的元件數(shù)量減少多達50%，從而節(jié)省大量電路板空間、增強系統(tǒng)可靠性并緩解元器件采購所面臨的挑戰(zhàn)。
800V電池正在成為電動汽車的標準配置。多個車輛系統(tǒng)連接到這個強大的電源，但精巧的電子控制電路只需要幾伏電壓即可進行工作和通信。使用InnoSwitch器件的電路可以使用很小的電路板面積，安全地從主母線上汲取少許能量供控制電路使用，而不會造成能量的浪費。最值得一提的是，新器件還可以大幅簡化主牽引逆變器的應急電源的設計。應急電源需要隨時準備著在30V和1000V之間的任何電壓下工作。我們基于SiC的InnoSwitch3-AQ器件可以輕松應對如此廣泛的工作電壓范圍。
新IC采用緊湊的InSOP™-24D封裝，使用FluxLink™反饋鏈路，可以為次級側(cè)控制提供高達5000伏有效值電壓的加強絕緣。FluxLink技術(shù)可直接檢測輸出電壓，其優(yōu)勢在于可提供高精度的控制以及極其快速的動態(tài)響應特性。在無需借助外部電路的情況下，電源在30V輸入電壓下即可工作，這對滿足功能安全的要求至關重要。其他保護功能包括輸入欠壓保護、輸出過壓保護和過流限制。新器件內(nèi)部還集成同步整流和準諧振(QR)/CCM反激式控制器，可實現(xiàn)90%以上的效率，輕松滿足最嚴格的OEM廠商要求。采用此方案的電源空載功耗可低于15mW，可以降低電池管理系統(tǒng)當中電池的自放電。
另一方面表現(xiàn)在工業(yè)、牽引和可再生能源應用領域。Power Integrations還提供基于SCALE™-2技術(shù)的高度集成的SiC門極驅(qū)動器。有多種規(guī)格的器件可供選擇，以精確匹配行業(yè)領先供應商的先進模塊的要求。Power Integrations的SiC門極驅(qū)動器集成了復雜的高級鉗位短路保護電路和無需光耦器的絕緣功能。這些器件能夠?qū)崿F(xiàn)模塊的高精度并聯(lián)，在某些情況下能夠消除多達六分之一的模塊。
編者結(jié)語
碳化硅材料性能上限高，與新能源車高度適配。而新能源汽車市場日益火爆，需求釋放推動碳化硅市場快速增長，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)紛紛對此展開布局。當前，全球多個國家和地區(qū)對碳化硅的發(fā)展都有比較明確的產(chǎn)業(yè)政策，企業(yè)間的競爭也不斷加速。
自去年以來，SiC上車的步伐明顯加快了不少，現(xiàn)如今采用SiC技術(shù)的汽車品牌已比比皆是，對于正在不斷孵化成熟并逐步茁壯成長的SiC產(chǎn)業(yè)來說，前方道路又明朗了許多，雖然從“量”上來看，Si技術(shù)仍是主流，但SiC已是大勢所趨，至少品牌廠和供應鏈不遺余力的推動已初顯成效。
碳化硅的春天，終于來了！正所謂“天時，地利，人和”，我們相信在政策、資本助力，企業(yè)持續(xù)發(fā)力下，碳化硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展蔚然成風。
