英飞凌解析 SiC MOSFET市场

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英飞凌宣布推出650V SiC MOSFET，标志着公司进一步增强了在低压SiC领域的布局，650V CoolSiC MOSFET系列，可以满足包括服务器、电信和工业SMPS、太阳能系统、能源存储和电池化成、不间断电源（UPS）、电机控制和驱动以及电动汽车充电在内的大量应用与日俱增的能效、功率密度和可靠性的需求。

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英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区开关电源应用高级市场经理陈清源详细解读了英飞凌全新650V SiC的产品特性，以及英飞凌在SiC等第三代半导体领域的布局。

解析SiC市场

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陈清源表示，单就SiC技术来说，英飞凌已经耕耘了超过十年，目前是第六代产品，包括MOSFET、二极管、模组、驱动以及车用几大系列。

陈清源援引IHS的数据表示，今年650V SiC MOSFET大概有奖金5000万美元的市场总容量，预计2028年将达到1亿6000万，年复合成长率达16%。值得注意的是，这是排除电动汽车、军事和航空的市场，比如特斯拉就已经早早采用了意法半导体650V SiC器件。如果算上这些市场，650V SiC市场的空间会更大。

陈清源总结了SiC器件的几大特点，包括更宽的带隙，更高的击穿场强，更低的电子迁移率，更好的热导率以及更快的电子漂移速度。这使得SiC具有更高的运行电压、更高的功率密度、更薄的活性层、更快的开关频率、更高的效率以及更好的散热性能等多方面优势。可使功率器件更加轻薄短小，效率更高，整个板级设计也更灵活，从而降低整体尺寸。

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陈清源表示，Si、SiC以及GaN三种产品面向不同的市场，比如Si电压范围是25V至1.7kV，SiC支持650V至3.3kV，而GaN则支持80V-650V，虽说三者在650V这一区域有所重叠，但特点不同，比如Si的性价比最高，SiC的可靠性更高，而GaN的切换频率更高，用户可以根据自己的不同需求选择不同器件组合。

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目前英飞凌在整个功率器件市场占有率位居全球第一，包括低压MOS、高压MOS、IGBT等都有涉及，陈清源也强调尽管第三代半导体来势汹汹，但公司始终会将精力分散到硅、SiC以及GaN等产品线上，不会只围绕一种产品开发。这也足以说明三种产品各具特色，需要在不同场合发挥作用。“我们的三条产品线是共存的，不会说互相取代，英飞凌有稳定的收益，可以继续去支持任何系列新产品的开发、研究，以及与客户的合作。”

单从SiC技术来说，英飞凌英飞凌SiC今天谈的只是一部分，英飞凌在SiC的领域事实上已经有超过10年的经验，目前已经出到第六代产品，产品种类包括MOSFET、二极管、模组、驱动以及车用几大系列。

英飞凌在SiC上的优势不止在研发，包括拥有自己的生产线以及全面的产品布局，这都是英飞凌的特别之处。陈清源也表示，目前英飞凌已经采用了6英寸SiC，产能完全可以满足市场所需，未来如果需要更多产能，公司也会适时将晶圆升级到8英寸。

650V SiC新品解析

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2月底，英飞凌一口气推出了8款650V SiC，提供包括经典的TO-247 3引脚封装以及开关损耗更低的TO-247 4引脚封装。提供从27mΩ到107mΩ静态导通电阻选项，满足客户不同成本，不同效率，不同设计规格所需。

陈清源特别强调了英飞凌SiC的高可靠性，由于SiC多用于高压基础设施，所以英飞凌非常重视其质量，采取了多重手段，比如通过优化栅极氧化层从而更加坚固，为了防止“误导通”，把VGS重新设计成大于4V，这可以降低噪音带来的误导通。而在一些特殊的拓扑中，例如CCM图腾柱的拓扑，适用于硬换向的体二极管。在抗雪崩和抗短路能力测试中，也有着不俗的表现。

陈清源补充道，由于SiC相对传统Si设计复杂，所以为了解决工程师开发顾虑，特意把VGS电压范围设置的更宽，同时可在0V电压可以关断VGS，不需要GaN那样的负电压，给电路设计带来麻烦。

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针对导热系数，英飞凌实际测试了自家的三款产品，当在100℃时，SiC的RDS(on) 相比其他两种都小了约1/3，这就意味着高温特性好，同时也意味着对散热的要求可以更低，可以降低设计成本。

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栅极氧化层的设计师MOSFET的一大难点，目前主流设计方法学是两种，一种是平面式，在导通状态下，性能与栅极氧化层可靠性之间需要很大的折中，另外一种则是沟槽式方案，更容易达到性能要求，而不偏离栅极氧化层的安全条件。陈清源表示，英飞凌的沟槽式设计经验来源于CoolMOS，已经开发了将近20年，取得了大量专利和实际量产的可靠经验。

最适合SiC的几个典型应用场景

陈清源以650V SiC实际应用，详细阐述了SiC的好处。

在数据中心应用中，标准的功率密度大概是平均每个机架3kW，为了考虑节能和整体散热，希望系统的效率越高越好。采用英飞凌SiC做图腾柱，再搭配CoolMOS LLC软开关切换，可以实现96%以上的效率，在成本，尺寸，效率，散热等方面都具有明显优势。由于SiC的反向恢复速度更快，因此在大功率电源转换时，就可以使用超级结无法使用的图腾柱结构。

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而针对小基站市场，其额定功率大概为300-1300W，采用SiC之后，整体效率同样可以提高，更重要的是对于小基站等空间狭窄的应用场合，工作温度可能达100℃，这时候SiC器件的耐高温特性就体现出来。

对于储能系统、不间断电源等市场来说，同样需要小尺寸，轻重量，少散热产品设计。

还有不间断电源系统，也是一样的例子，也是可以广泛地采用SiC的器件。

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陈清源表示，目前公司三个部门都有SiC产品，分别为电源与传感系统事业部、工控事业部以及车用事业部，彼此之间经常会互相交流，优化产品。如今650V SiC MOSFET只推出了8个新品，预计2021年将扩展到50个以上，不断满足客户更细微的差异化需求。“目前在低电压部分SiC的产品还不多，但随着产业越来越扩张，竞争对手越来越多，良率将得到不断改善，价格也会更亲民，对于这一市场我们抱有非常乐观的心态。”陈清源总结道。

Monika

Si、SiC以及GaN三种产品面向不同的市场