在半导体材料中,碳(tan)化硅(SiC)凭(ping)借着高(gao)频、高(gao)压等优势,迅(xun)速(su)崛起成(cheng)为了 5G 时代的明日之星,而让它成为各家电子器件厂商都想争取的香饽饽的契机,则是它在汽车领域中被各大制造商的重用。
最初(chu)是特斯拉(Tesla)在其Model 3主驱逆变器中采用了SiC器件之后,示范效应被迅速放大,随后著名的电动方程式赛车中也在逆变器方案中用到了SiC技术,不仅重量降低,尺寸减小,而且功率也获得了一定的提升。
如(ru)今,许多汽车制(zhi)造厂商已经开始在(zai)车载充电器(OBCs)、插(cha)电式混合(he)动力车(PHEV)和(he)全电动汽车(ev)的逆变(bian)器中使用(yong)碳化(hua)硅元件(jian),由(you)于(yu)它体积小、重量轻、能源效率(lv)高,能够缩短充电时间、扩(kuo)大电动汽车的使(shi)用范围(wei),因(yin)此寄希望于它能够推(tui)动(dong)汽(qi)车的进(jin)一步电气化。
将(jiang)SiC MOSFET与SiC SBD集成在一起的模块可最大程度降低由IGBT尾电流和快速恢复二极管(FRD)恢复损耗引起的开关损耗(来源:Rohm)
竞争激烈,下游纷纷锁定供应(ying)商
不(bu)过,许多下(xia)游用(yong)户(hu)很快发现(xian),碳化硅晶圆的全(quan)球产能似乎很难满足所有人的需(xu)求(qiu)。最重(zhong)要的一个原因就是生产的复杂性,与硅晶圆(yuan)相比,制造SiC晶圆的过程要复杂得多。这(zhei)让许多下游(you)公司不(bu)得不(bu)加强(qiang)了与供应源(yuan)的关系,以(yi)确(que)保自家不(bu)会(hui)被“断粮”。不过幸运的是(shi),包括晶圆(yuan)厂(chang)在(zai)内(nei)的已(yi)经(jing)有许(xu)多机(ji)构(gou)意识(shi)到必须扩大投资,以支持(chi)供应链建设(she)。
去年,与Cree、英飞凌、Littlefuse、Rohm和意法半导体(ST)一同增产的还(hai)有美国微芯(xin)和安森美半导体(ti)(OnSemi)——微芯开始批量生(sheng)产一系列(lie)SiC器件,包括700- v mosfet和700-和1200-V肖特基势垒二极管(SBDs),而安森美(mei)则推出了(le)由硅(gui)基IGBT和SiC SBD组成的混合共封装(zhuang)。
图片(pian)来源(yuan):Cree
据(ju)悉,安(an)森美(mei)将从Cree的子公司Wolfspeed采购SiC晶圆,双方已签署一份价值逾8500万美元的多年期协议。Cree还投资10亿美元扩大其北卡罗来纳州达勒姆总部的制造能力,并在纽约州北部建造世界上最大的碳化硅设备制造工厂。
碳化硅(gui)也是意法半导体(ST)业务(wu)的(de)关键战略(lve)组成部(bu)分,因此也一直在加强其供应链(lian),如最近ST与(yu)德国埃尔兰根的SiC晶圆制造商SiCrystal AG公司签署了一项多年协议,将提供价值超过1.2亿美元的150毫米晶圆,而SiCrystal的母公(gong)司是日(ri)本电(dian)力半导体制造商Rohm。
意法半导体公司总裁兼首席执行(xing)官让-马克·奇瑞是这样描述对碳化硅动力装置的需求增长的:“电动(dong)汽车的(de)动(dong)力半导体市(shi)场将在2025年(nian)达(da)到(dao)30亿(yi)美元(yuan),在未来10年(nian)将达到100亿美元。ST打算用碳化硅来主导这一市场,我们希望能够(gou)成为高电压设(she)备的领导(dao)者。”
另外,博世半导体最近宣布,其(qi)位于(yu)德国Reutlingen的晶圆厂将为汽(qi)车应用(yong)生(sheng)产(chan)SiC功率半导体。博世管理委员会成员Harald Kroeger表示:“碳化硅半导体能为电机提供更多(duo)的电力(li),这对驾车者来(lai)说就意味着(zhe)里程的增加。”
Cree和汽车供(gong)应商ZF Friedrichshafen也已经就在下一代电动汽车中(zhong)使用基于sicc的电力逆变器达成战略合作协议。ZF表示,它已经从几家全球领先的汽车制造商那里接到了基于SiC的(de)电(dian)动驱动订(ding)单。通过这次合作,ZF希望能(neng)在2022年之前向市场提供SiC电动传动系统。
来源:electronicdesign
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