有关Sic的应用
101 2023-04-17
提到碳化硅(SiC),人们的第一反应是其性能优势,如电气(更低阻抗/更高频率)、机械(更小尺寸)和热性质(更高运行温度),非常适合制造很多大功率电子器件;如果说到应用,大多数人都会说它成本太高,推广起来需假以时日,云云。事实上,在一些有性能、效率、体积、散热,甚至系统成本要求的应用中,SiC器件已开始在取代硅。http://www.ic-bom.com/
的确,就器件本身来讲,同等规格的碳化硅器件比硅器件单个管芯价格高三到五倍,但在一个晶圆上,碳化硅尺寸可以做得很小,平均每个器件的成本就会降低。另外,随着良率的提升和采用更大尺寸的晶圆,一个晶圆上可以切割出来的碳化硅器件会更多。况且,面对不断增长的市场需求,包括晶圆厂在内的众多碳化硅厂商已经意识到必须扩大投资,提升产能,以抢得市场先机。
怎么解决 SiC 本身的成本问题呢?Giovanni Luca Sarica 回答:“随着制造规模变大,SiC 技术改进,SiC 与硅之间的成本差距正在收窄,已低于一年前独立分析机构的测算数据。重要的是,与硅基器件相比,SiC 的成本优势不在于器件本身,而是体现在系统总体成本方面,可为合适的应用节省很多钱。
汽车市场无疑是碳化硅最重要的驱动力,仅比较碳化硅器件和硅器件的成本是不行的。ROHM 半导体(北京)有限公司技术中心所长水原德健表示:“将 SiC 逆变器用于电动汽车所带来的经济效益显而易见。利用 SiC 可以提高 3%-5%的逆变器效率,降低电池容量、尺寸及成本,同时带来电动汽车总成本的下降;而由于碳化硅的热性能,制造商还可以降低冷却动力总成部件的成本,对电动汽车的重量和成本产生积极的影响。”http://www.ic-bom.com/
紧随其后的是电动汽车快速充电桩,采用 SiC 的成本和性能优势正在体现。电动汽车市场的增长为建立充电桩配套基础设施带来了机遇。市场分析公司 Market Insights 报告估计,电动汽车充电桩市场在 2019 年至 2024 年间的复合年增长率将超过 38%。
未来,快速充电桩将连接到智能电网,因此电流可能是双向的,与硅相比,用碳化硅器件可以更简单地实现这一点。快速充电器还可能会提供额外的功能,如娱乐和电子商务或电子零售(e-tailing)服务,同时为多达四辆电动汽车快速充电。
今天,碳化硅器件已在对效率、功率密度、系统成本敏感的应用中率先应用。SiC MOSFET 的优势在于,不必像 IGBT 那样串联起来才能提高单元功率;采用 SiC MOSFET 的 DC/DC 电路可以大大简化电路拓扑设计,减少元器件数量,缩小无源元件间距,控制和驱动电路也更加简单;此外,还可以减小磁性元件的尺寸和成本。虽然目前碳化硅器件价格还比较高,但它节省整个系统成本的优势正在慢慢体现出来。http://www.ic-bom.com/
总之,由于功率损耗的降低,能量的有效性,加上应用方面的优势,碳化硅器件正在使系统设计更紧凑,成本效益更高,其渗透率也随之大幅上升。