英飛凌碳化硅產(chǎn)品系列“妙”在哪里？

在近日的英飛凌650 V CoolSiC? MOSFET系列發(fā)布會(huì)上，英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)開關(guān)電源應(yīng)用高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理陳清源詳細(xì)介紹了CoolSiC系列新品以及對(duì)SiC市場(chǎng)的展望。根據(jù)IHS的預(yù)估，今年SiC將會(huì)占據(jù)近5000萬(wàn)美元的市場(chǎng)份額，到2028年，其市場(chǎng)份額將達(dá)到1億6000萬(wàn)美元，整個(gè)復(fù)合成長(zhǎng)率也達(dá)到了16%。兩位數(shù)的復(fù)合成長(zhǎng)率對(duì)于SiC來(lái)說(shuō)相當(dāng)可觀，也吸引了更多公司參與其研發(fā)之列，英飛凌便是其中之一。在近日的英飛凌650 V CoolSiC? MOSFET系列發(fā)布會(huì)上，英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)開關(guān)電源應(yīng)用高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理陳清源詳細(xì)介紹了CoolSiC系列新品以及對(duì)SiC市場(chǎng)的展望。

英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)開關(guān)電源應(yīng)用高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理陳清源

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為什么選擇SiC材料？

相較于硅而言，碳化硅的帶隙大概是其三倍，單位面積的阻隔電壓能力是硅的七倍，熱導(dǎo)率也大概是其3倍多，這使得碳化硅的功率處理能力更強(qiáng)。對(duì)于使用者和設(shè)計(jì)者而言，碳化硅是一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的選擇，運(yùn)行更高的電壓、達(dá)到更高的效率、更輕薄的體積以及更好的散熱性能等諸多特性能幫助工程師們事半功倍。

對(duì)于Si、SiC和GaN三個(gè)半導(dǎo)體材料市場(chǎng)，英飛凌都有持續(xù)投入并掌握了所有功率半導(dǎo)體技術(shù)。陳清源提到：“2017年底英飛凌推出了氮化鎵器件，很多客戶已經(jīng)開始使用，不過(guò)使用的數(shù)量可能一個(gè)月只有幾千到幾萬(wàn)，但硅的使用規(guī)模能達(dá)到百萬(wàn)級(jí)別及以上。至于新的650V碳化硅產(chǎn)品，目前大中華區(qū)已有客戶量產(chǎn)，主要還是應(yīng)用于高端產(chǎn)品中?！?

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英飛凌的碳化硅品牌—CoolSiC

英飛凌在碳化硅領(lǐng)域上已有超過(guò)10年的經(jīng)驗(yàn)。碳化硅的驅(qū)動(dòng)方式與傳統(tǒng)硅不同，為優(yōu)化設(shè)計(jì)，英飛凌研發(fā)了專門的驅(qū)動(dòng)IC，搭配其碳化硅MOSFET系列可獲得更好的使用效果及更高的穩(wěn)定度。

650 V CoolSiC? MOSFET器件的額定值在27 mΩ-107 mΩ之間，既可采用典型的TO-247 3引腳封裝，也支持開關(guān)損耗更低的TO-247 4引腳封裝。與過(guò)去發(fā)布的所有CoolSiC? MOSFET產(chǎn)品相比，650V系列采用了英飛凌獨(dú)特的溝槽半導(dǎo)體技術(shù)，通過(guò)最大限度地發(fā)揮碳化硅物理特性，確保了器件具有高可靠性、較少的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。此外，它們還具備最高的跨導(dǎo)水平（增益）、4V的閾值電壓（Vth）和短路穩(wěn)健性。

得益于與溫度相關(guān)的超低導(dǎo)通電阻（RDS(on)），650 V CoolSiC? MOSFET具備優(yōu)異的熱性能。此外，采用堅(jiān)固耐用的體二極管使得該產(chǎn)品系列具有非常低的反向恢復(fù)電荷，這比最佳的超結(jié)CoolMOS? MOSFET低80%左右，其換向堅(jiān)固性更是實(shí)現(xiàn)了98%的整體系統(tǒng)效率。

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溝槽式 VS 平面式

柵極氧化層在設(shè)計(jì)上是一個(gè)難點(diǎn)，它會(huì)影響到產(chǎn)品的可靠度。在碳化硅工藝上，英飛凌采用的是溝槽式設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)可以幫助產(chǎn)品在達(dá)到性能的要求的同時(shí)不會(huì)偏離其可靠度。以碳化硅 MOSFET為例，在同樣的可靠度基礎(chǔ)上，溝槽式設(shè)計(jì)的產(chǎn)品會(huì)遠(yuǎn)比平面式的擁有更優(yōu)良的性能。

總而言之，溝槽技術(shù)可以在毫不折衷的情況下，在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)最低的損耗，并在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)最佳可靠性。陳清源認(rèn)為，溝槽式將是未來(lái)的趨勢(shì)。

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PFC圖騰柱設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)效率突破

英飛凌的圖騰柱技術(shù)在低壓電源轉(zhuǎn)換中很常見，即橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在高壓電源轉(zhuǎn)換中，這種結(jié)構(gòu)往往會(huì)受限于常用器件的“反向恢復(fù)特性”。但碳化硅材料由于其本身就具有較快的“反向恢復(fù)速度”，在用于這種圖騰柱結(jié)構(gòu)時(shí)，若是處于“軟開關(guān)”的情況，或是由于一些條件導(dǎo)致體二極管會(huì)導(dǎo)通電流，又會(huì)突然反向的情況下，會(huì)比常見的硅材料反向恢復(fù)速度會(huì)快很多。這種結(jié)構(gòu)最主要的優(yōu)勢(shì)就是提高了功率密度以及效率。

目前，在220V樣的輸入條件下，采用圖騰柱結(jié)構(gòu)的3kW PFC可以很輕松的達(dá)到98%甚至98.5%以上的效率。

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Si、SiC、GaN三者并存，

英飛凌積極布局功率器件市場(chǎng)

在整個(gè)功率器件市場(chǎng)，英飛凌是全球市占率最高的供應(yīng)商。英飛凌目前的硅產(chǎn)品包括低壓MOS、高壓MOS，還有IGBT等等，這部分所帶來(lái)的穩(wěn)定收入使得英飛凌可以持續(xù)投資新的產(chǎn)品、技術(shù)及應(yīng)用。目前，硅技術(shù)是英飛凌的主流技術(shù)之一，也是其發(fā)展最為成熟的技術(shù)。陳清源表示：“針對(duì)Si、SiC、GaN三個(gè)領(lǐng)域，英飛凌都有不同的產(chǎn)品應(yīng)用其中，這三者是會(huì)共存的，沒(méi)有取代之說(shuō)?！?

英飛凌擁有自己的生產(chǎn)線，能夠生產(chǎn)中保證不錯(cuò)的良率，并且20年的CoolSiCTM  MOSFET生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)足以讓英飛凌走在碳化硅領(lǐng)域前列。對(duì)于新加入的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，陳清源表示：“持續(xù)高資金的投資對(duì)他們來(lái)說(shuō)是一大挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@是一個(gè)長(zhǎng)期的比賽，而英飛凌有這方面的優(yōu)勢(shì)，一些產(chǎn)品的高成長(zhǎng)率也會(huì)支持我們繼續(xù)投資。有競(jìng)爭(zhēng)才有進(jìn)步，英飛凌在這方面一直保持著開放的態(tài)度?！?

目前，以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體大功率電力電子器件已成為行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，國(guó)內(nèi)外多個(gè)地區(qū)也相繼推出相關(guān)政策予以支持。在此大環(huán)境的加成下，英飛凌將持續(xù)擴(kuò)展其碳化硅產(chǎn)品組合，據(jù)陳清源介紹，2021年英飛凌會(huì)有相關(guān)新品推出，屆時(shí)產(chǎn)品將擴(kuò)展至50個(gè)以上，且不同包裝能應(yīng)對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，客戶也將會(huì)有更多的選擇。