01.02 傳統的硅難以克服高頻能量損耗,“碳化硅”將是5G時代的關鍵材料

全球進入5G時代!5G產品傳輸高頻信息,要面對高功率、高熱等挑戰,為了提升系統效率,碳化硅(SiC)開始成為半導體產業的新寵兒。

傳統的硅難以克服高頻能量損耗,“碳化硅”將是5G時代的關鍵材料

除了5G,電動汽車也是SiC最具前景的應用。目前全球的SiC產業概況如何?

進入5G時代,5G產品大多具備高功率、高壓、高溫等特性,傳統的硅(Si)原料因無法克服在高壓、高頻中的損耗,所以已無法滿足新時代的科技需求,這使得碳化硅(SiC)開始嶄露頭角。

而利用SiC製作出的電子零部件,相對於Si的優勢主要來自三個方面:降低電能轉換過程中的能量損耗、更容易實現小型化、更耐高溫高壓。

根據Yole Développement報告指出,到2024年,SiC功率半導體市場規模將增長至20億美元,2018年至2024年期間的年複合增長約30%。其中,汽車市場無疑是最重要的驅動因素,其佔SiC功率半導體市場比重到2024年預計將達50%。

SiC的最大應用市場:車用電子

由於SiC能夠提供較高的電流密度,常被用來製作功率半導體的零部件。根據Yole指出,SiC最大的應用市場來自汽車,與傳統解決方案相比,利用SiC的解決方案可使系統效率更高、重量更輕及結構更加緊密。

目前SiC零部件在新能源車上應用主要是功率控制單元(PCU)、逆變器,及車載充電器等方面。

功率控制單元:此為車電系統的中樞神經,管理電池中的電能與電機之間的流向、傳遞速度。傳統PCU使用硅原料製成,而強電流與高壓電穿過硅制晶體管和二極管時的電能損耗是混合動力車最主要的電能損耗來源。至於使用SiC原料則可大幅降低這過程中的電能損耗,約10%。

逆變器:SiC用在車用逆變器上,能夠大幅度降低逆變器尺寸及重量,做到輕量化與節能。在相同功率等級下,全SiC模塊的封裝尺寸明顯小於Si模塊,約43%,同時也可以使開關損耗降低75%。

特斯拉Model 3就是採用ST與Infineon生產的SiC逆變器,是第一家在主逆變器中集成全SiC功率模塊的車廠。

車載充電器:SiC零部件正在加速滲透至車載充電器領域。根據Yole統計,截至2018年有超過20家車廠在自家車載充電器中採用SiC SBD或SiC MOSFET零部件,且這一市場在2023年之前有望保持44%的增長。

SiC產業概況:美國市場佔有最大,歐洲擁有完整產業鏈

全球SiC產業格局呈現美國、歐洲、日本三強鼎立態勢。其中又以美國獨大,佔全球SiC產值約70%至80%。其中主要的企業有Cree、Transphorm、II-VI、Dow Corning。

歐洲方面則是擁有完整的SiC產業鏈,包含基底、磊晶、零部件及應用產業鏈。主要企業則有:Siltronic、ST、IQE、Infineon等。

日本則是SiC設備和模塊開發方面的領導者。主要企業則有:松下、羅姆半導體、住友電氣、三菱化工、瑞薩、富士電機等。

中國雖有涉入,但發展仍在初期,規模遠不如上述三個國家的企期。中國廠目前在基底、磊晶和零部件方面均有佈局。主要企業有:中電科、天科合達、泰科天潤、山東天嶽、東莞天域、深圳基本半導體、上海瞻芯電子、三安集成等。


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