EV電動車推動碳化矽功率器件爆發,USCi為何看好中國市場?

近年來，以碳化矽(碳化矽)和氮化鎵(GaN)等寬禁帶化合物為代表的第三代半導體材料引發全球矚目。由於其具有禁帶寬、擊穿電場強度高、飽和電子遷移率高、熱導率大、介電常數小、抗輻射能力強等優點，可廣泛應用於新能源汽車、軌道交通、智能電網、半導體照明、新一代移動通信、消費類電子等領域，被視為支撐能源、交通、信息、國防等產業發展的核心技術，全球市場容量未來將達到百億美元，已成為美國、歐洲、日本半導體行業的重點研究方向之一。gd3esmc

中國大力發展第三代半導體材料，USCi殺入國內市場

2015年5月8日，在國務院印發《中國製造2025》中4次提到以碳化矽、氮化鎵為代表的第三代半導體功率器件，可見第三代半導體行業在國民經濟發展中的重要地位。碳化矽也得到了世界各地政府的大力支持，其中包括美國、歐洲、中國和日本。這些國家認識到全球變暖的明顯威脅，並正在尋求多種解決辦法。碳化矽器件的更高效功率轉換，是業內共同解決這個問題的眾多方法之一。gd3esmc

相比傳統矽器件，碳化矽的器件的關鍵區別是碳化矽的帶隙較傳統矽大三倍多，雖然大多數客戶對帶隙這個材料參數不感興趣，但正是這種特性使得碳化矽具有高於矽的材料性能。寬帶隙使客戶設計出來的碳化矽器件的漂移層厚度約為相近矽器件的10%，對給定的晶片尺寸來說，可以顯著降低傳導損耗。此外，這也使器件電容降低很多，因此開關頻率明顯提高，幫助客戶設計出更高效和更緊湊的系統。gd3esmc

據了解，當前雖然整個碳化矽功率器件行業尚在起步階段，但預計整個國內市場規模將達到4000億元。商用的碳化矽基MOSFET國際幾大廠如Cree、Infineon、RoHM等廠家都有量產器件，國際廠商目前已經在宣傳全碳化矽功率模塊，用於PFC/UPS/PV/EV等應用場景，國內廠家僅基本半導體等少數幾家能量產碳化矽器件。gd3esmc

目前，專注於碳化矽 (碳化矽)材料的美國公司United Silicon Carbide（以下簡稱USCi）正在大力開拓中國市場，USCi的主要願景是實現綠色和可持續的經濟發展，主要關注的產業是風能/太陽能、電動汽車/下一代火車、智能電網、電機控制等等。gd3esmc

USCi總裁兼執行長Chris Dries博士gd3esmc

為何要投資碳化矽行業？

日前，USCi總裁兼執行長Chris Dries博士接受了《國際電子商情》的獨家專訪，在向國內公司介紹USCi背景的同時，也談到了自己對碳化矽功率器件產業的趨勢看法。gd3esmc

據了解，USCi的創業團隊大多數來自Sensors Unlimited公司，這家公司主要生產短波紅外波段的圖像傳感器和攝像頭。這些傳感器使用傳統上用於光纖通信系統的磷化銦 (InP) /砷化銦鎵(InGaAs)化合物半導體材料系統。圍繞短波段開發了一些獨特的應用，實現了功能更加強大的機器視覺、光譜學和夜視圖像。gd3esmc

2007年，包括Chris Dries在內的創始團隊行業出售了Sensors Unlimited公司，由於此前一直專注於磷化銦 (InP) /砷化銦鎵(InGaAs)化合物半導體材料，因此他們希望尋求一家發展新材料的公司來進行投資和生產。gd3esmc

「我相信未來幾年的碳化矽器件出貨量最終將超過10億美元。隨著市場規模擴大以及製造商向150mm晶圓生產轉型，總體成本將會下降，因而推動了市場的擴展。」Chris Dries表示。憑藉經驗，Chris Dries認為碳化矽材料在功率轉換方面具有非常好的前景，但是需要近20年時間才能轉化為商業優勢。因此，在2009年，創始團隊通過購買USCi的資產進入了碳化矽材料領域。gd3esmc

電動車推動碳化矽材料應用，USCi產品線介紹

一直以來，碳化矽材料由於成本較高，因此未能在市場上迅速普及。隨著製造商的生態系統不斷發展，並且出現了競爭，降低了解決方案的成本，碳化矽器件在市場上的採納正在加速，尤其是電動汽車充電等應用可從碳化矽器件性能獲得很多好處，成為了強大的推動力。「我們和競爭對手的業務規模都正在急劇增長。」 Chris Dries表示。gd3esmc

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USCi的主要產品線中文介紹gd3esmc

目前，USCi主要有兩個銷售產品線，分別是碳化矽肖特基二極體(Schottky Diode)和碳化矽FET。其中肖特基二極體主要用於功率因數校正和光伏發電，不過隨著電動汽車充電系統和車載DC-DC轉換器日益普及，這一塊的業務也在蓬勃發展。USCi的碳化矽FET器件十分獨特，因為它們非常易於集成到客戶設計中，使客戶能迅速擁有當今世界上最先進的碳化矽電晶體解決方案。gd3esmc

據介紹，目前USCi在電動汽車領域已佔據舉足輕重的地位，此次來深圳Chris Dries的一個目的就是為了拜訪深圳的一個重要客戶。在汽車領域，USCi的主要應用是車載充電和DC-DC轉換。gd3esmc

電動汽車的電池必須充電，通常來自240V插座，但大多數人並未考慮到汽車上的其它電力轉換需求。由於傳統汽車供電採用的是12V電源，轉換器需要將電源從高壓電池總線電壓降低至12V部件的生態系統，比如風擋雨刷、收音機和電動車窗等。在冬季時，我們必須將電動汽車中的大功率路由到加熱器，這也是另一個很重要的大功率應用。Chris Dries認為，為了適應這種變化，從2020年開始，電機逆變器驅動器將會從IGBT轉向碳化矽功率器件。gd3esmc

USCi的競爭優勢，業界最好的體二極體性能

相比Littlefuse、英飛凌等競爭對手，USCi的器件的特點之一是兼容標準的矽柵極驅動，大大簡化了設計項目的工作，並且更容易贏取客戶的設計合同。gd3esmc

「我們擁有業界最好的體二極體性能，幾乎相當於碳化矽肖特基二極體，在工作溫度下，我們的反向恢復電荷的絕對值比最接近的競爭產品要好3倍。我們達到了所有這些成果，同時保持了較高的5V閾值電壓，並且在1200V下的碳化矽晶片面積僅為最接近的競爭對手產品的一半，在650V下的碳化矽晶片面積僅為對手的25%。」Chris Dries表示，對於USCi來說，650V電壓級別是一個巨大的優勢，由於掌握該技術，使得電壓級別上與Si超結型 (superjunction)競爭對手產品的價格接近。也是因為掌握該技術，USCi的器件在短路耐受時間和雪崩能力方面具有出色的穩健性。gd3esmc

攜手本土渠道商及基底製造商，USCi希望幫助矽基底成本降低

對於中國市場，USCi寄予了很深的期望。「中國不僅地域遼闊，還有很多商機，加上巨大的市場規模，使得在中國銷售與世界其它地區有所不同。」 Chris Dries表示，目前USCi在中國擁有多個全球和本地的分銷渠道，未來打算至少在深圳和上海開設辦事處，並且聘請一些本地的銷售人員和現場應用工程師。「我們正在建立一個中文網站，希望能夠在2018年第一季完成。此外，我們在美國有很多懂中文的工程師，並且已經在美國製作了一些中文的內容和演示。」 Chris Dries表示，USCi正在探索利用社交媒體來發布這些內容，並將USCi品牌發展成為大功率轉換領域的思想領導者，特別是與碳化矽有關的領域。gd3esmc

「在中國，我們還沒有看到來自器件製造商的直接競爭，但對手肯定將會出現。而這就是USCi不斷進行器件技術創新的原因，我們力爭在技術範疇遠遠超越競爭對手，要比它們超出多個世代。」Chris Dries表示，近幾年中國企業在碳化矽材料領域，特別是在基底和外延片市場進行了的大力投資。Chris Dries表示，USCi歡迎來自中國的矽基底供應增長。另外，USCi也已經與一些中國的基底製造商會面，共同幫助降低基底成本。同時USCi正聯同多個分包商/經銷商合作夥伴聯手，大量投資在中國製造的模塊。「基底成本的速度降低越快，我們的市場就越大，能夠從傳統矽器件手中奪得的市場也就越多。」Chris Dries認為。gd3esmc

據介紹，USCi目前的生產製造主要在美國工廠，一條是100mm生產線；而另一條是符合汽車品質要求的150mm生產線。後端製造則位於菲律賓和中國。其中100mm生產線主要面向用於光電和射頻市場的GaAs和InP器件；而150 mm生產線主要面向在傳統汽車應用中具有重要地位的Si CMOS產品系列，但碳化矽器件的生產也正在不斷增長。據介紹，以目前的產能來看，大概可以達到每月5000個6吋晶圓。「雖然基底供應短期內緊張，但未來18個月將有額外產能上線，相信我們快將回到正常供應狀態。」Chris Dries最後表示，雖然目前團隊成員中在GaN方面有著豐富的經驗，但USCi的發展重點集中在擁有穩健性和市場成熟度的碳化矽器件，暫時無意發展GaN器件。gd3esmc

本文為國際電子商情（微信公眾號：esmcol）原創文章，版權所有！gd3esmc

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