安森美專家深度解析：SiC業(yè)務(wù)高速增長(zhǎng)的制勝策略

SiC市場(chǎng)需求旺盛增長(zhǎng)，對(duì)于供應(yīng)商而言，抓緊產(chǎn)能擴(kuò)充是重中之重。雖然市場(chǎng)足夠大，但競(jìng)爭(zhēng)依然存在。對(duì)于SiC技術(shù)、設(shè)計(jì)支持和解決方案等方面，供應(yīng)商也要體現(xiàn)出自己的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

從2017年特斯拉Model 3開(kāi)始配備SiC，標(biāo)志著新能源汽車行業(yè)的功率半導(dǎo)體開(kāi)始了從Si向SiC的轉(zhuǎn)變。而近年來(lái)光儲(chǔ)充一體化的方案也進(jìn)一步擴(kuò)大了SiC類功率器件的市場(chǎng)需求。

根據(jù)Yole Intelligence最新發(fā)布 2023年版功率SiC報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)到2028年，全球功率SiC器件市場(chǎng)將增長(zhǎng)至近90億美元，比2022年增長(zhǎng)31%。

主要行業(yè)應(yīng)用方向有電力SiC市場(chǎng)以及各種工業(yè)應(yīng)用，包括交通、能源和電信等。其中汽車應(yīng)用在SiC市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，占比高達(dá)70%。

受到下游SiC市場(chǎng)需求的鼓舞，上游芯片廠商在SiC領(lǐng)域不約而同地開(kāi)始各種大手筆的投資計(jì)劃，資金并購(gòu)案和產(chǎn)能擴(kuò)充計(jì)劃紛紛上線。而安森美(onsemi)在其中表現(xiàn)亮眼，SiC業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)率方面超越了同行。從其今年最新二季度的財(cái)報(bào)成績(jī)看，SiC收入同比增長(zhǎng)近4倍，僅在第二季度安森美就簽署了超過(guò)30億美元的SiC長(zhǎng)期服務(wù)協(xié)議。

SiC業(yè)務(wù)得以如此高速增長(zhǎng)背后的原因何在？而對(duì)于汽車和儲(chǔ)能等應(yīng)用領(lǐng)域，安森美有何優(yōu)勢(shì)解決方案？如何能夠更好地支持中國(guó)本土客戶的研發(fā)創(chuàng)新？對(duì)這一系列的問(wèn)題，安森美汽車主驅(qū)逆變器半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)負(fù)責(zé)人Bryan Lu先生和安森美應(yīng)用市場(chǎng)工程師Kane Jia先生進(jìn)行了精彩的分享。

戶用光儲(chǔ)充一體的能量微網(wǎng)方案，目前在國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)滲透情況和發(fā)展趨勢(shì)如何？

Kane Jia：全球新能源汽車預(yù)計(jì)在2023年銷售超過(guò)14M輛，為了滿足不斷增長(zhǎng)的電車充電需求，以及國(guó)家雙碳目標(biāo)，我們需要利用清潔能源來(lái)盡量代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，并且采用儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)減緩用電高峰對(duì)電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)以及不斷上升的電費(fèi)對(duì)用戶的負(fù)擔(dān)。光儲(chǔ)充一體發(fā)電站是近年來(lái)興起的一種能夠?qū)⒐夥孀兤?、?chǔ)能系統(tǒng)以及電車充電樁整合在一體的，具有自給自足充電能力的公共設(shè)施。它主要利用光伏面板發(fā)電以及電網(wǎng)供電為充電樁供電，同時(shí)并聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)存能量用于高峰用電時(shí)期，一定程度上解決了電網(wǎng)負(fù)擔(dān)以及電價(jià)上升的問(wèn)題。

整套系統(tǒng)中包含了多個(gè)功率變換單元，其中涉及到相當(dāng)數(shù)量的功率器件產(chǎn)品。系統(tǒng)效率的損耗在多個(gè)功率變換過(guò)程中是難以避免的，利用SiC器件優(yōu)秀的耐壓以及熱導(dǎo)等特性，可以顯著的提高系統(tǒng)效率以及功率密度，有助于提高充電樁輸出功率和功率密度。比如，在最新的800V直流充電系統(tǒng)中采用1200V規(guī)格的SiC器件可以允許更高的母線電壓，減少工作電流，從而減少系統(tǒng)損耗，或者允許更高的充電功率。在光伏逆變器的DC-DC變換器中采用SiC器件可以提高系統(tǒng)工作頻率，減少電感尺寸，最終減少光伏逆變器的尺寸和產(chǎn)品擁有成本。在一些超充站中的高功率直流充電樁中（比如超過(guò)300千瓦）也可以采用SiC功率模塊來(lái)替代SiC單管以提高整體散熱能力以及由寄生參數(shù)和高速開(kāi)關(guān)所帶來(lái)的負(fù)面影響。

車用SiC模塊的市場(chǎng)需求非常旺盛，onsemi如何保證客戶的供貨穩(wěn)定？

Bryan Lu：從產(chǎn)能方面，安森美（onsemi）正積極加速進(jìn)行SiC擴(kuò)產(chǎn)，以滿足市場(chǎng)需求，同時(shí)，加速部分6英寸轉(zhuǎn)向8英寸的轉(zhuǎn)型進(jìn)程。安森美也通過(guò)與客戶簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，為客戶鎖定現(xiàn)有及未來(lái)的產(chǎn)能，并密切溝通以及時(shí)獲取客戶的動(dòng)態(tài)需求，從而保障SiC產(chǎn)品的按時(shí)交付。

中國(guó)主機(jī)廠客戶相比歐美的傳統(tǒng)客戶，有何特點(diǎn)？安森美如何支持國(guó)內(nèi)的主機(jī)廠客戶的產(chǎn)品快速研發(fā)上市的需求？

Bryan Lu：中國(guó)的主機(jī)廠客戶也就是我們常說(shuō)的OEM，他們算是汽車半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)鏈里的最終的客戶。在這里我們要把新能源汽車的OEM和燃油車的OEM區(qū)分開(kāi)來(lái)。在燃油車領(lǐng)域，目前中國(guó)的OEM和歐美的OEM在整個(gè)研發(fā)體系上已經(jīng)比較接近了。但是在新能源汽車領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)和歐美的OEM差別還是比較大的。由于新能源汽車和傳統(tǒng)燃油車有著本質(zhì)上的差別，所以整個(gè)研發(fā)體系，并不完全可以互相借鑒。而且中國(guó)已經(jīng)是全球最大的新能源汽車產(chǎn)銷國(guó)家，競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。為了保持競(jìng)爭(zhēng)力，要求中國(guó)的OEM產(chǎn)品的定位要非常的準(zhǔn)確，要緊貼著市場(chǎng)的需求。一旦定位偏差比較大，大概率會(huì)泯然于江湖中。而一旦出現(xiàn)定位的偏差，需要即時(shí)的糾正。所以響應(yīng)速度要求非常高。然后產(chǎn)品的產(chǎn)銷預(yù)測(cè)也變得比較有挑戰(zhàn)。這個(gè)就對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的要求也比較高，研發(fā)階段要能快速配合樣品的交付，測(cè)試的順利進(jìn)行。這里面涉及到商務(wù)和技術(shù)支持的配合。后期量產(chǎn)之后，對(duì)于產(chǎn)能的支持要求也很高。

針對(duì)以上的特點(diǎn)，安森美有完善的商務(wù)同時(shí)還有很強(qiáng)的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)來(lái)支持中國(guó)傳統(tǒng)和新能源OEM的以上需求。同時(shí)安森美在國(guó)內(nèi)的兩大模塊生產(chǎn)基地也可以很好的配合OEM的產(chǎn)能爬坡需求。

為了實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)續(xù)航，車用SiC更在向著更高電壓等級(jí)發(fā)展，請(qǐng)問(wèn)onsemi目前提供車用SiC模塊最高支持多大電壓？900V、1200V的SiC模塊產(chǎn)品的上車情況如何？

Bryan Lu：汽車應(yīng)用中的電池電壓等級(jí)決定了功率器件的電壓等級(jí)。例如，電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)中的400V電池電壓需要750V的SiC， 800V的電動(dòng)汽車電池市場(chǎng)需要1200V的SiC MOSFET。安森美的1200 V M3S EliteSiC 最高支持800 V電池架構(gòu)，其900V和1200VSiC功率模塊都在新能源汽車市場(chǎng)上獲得了廣泛的應(yīng)用，其中用于電驅(qū)的900V EliteSiC市場(chǎng)反饋非常不錯(cuò)。我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候充分考慮了已獲得市場(chǎng)廣泛應(yīng)用的單面直接散熱(SSDC)封裝的特點(diǎn)，也就是它的雜散電感相對(duì)比較大，然后SiC的開(kāi)關(guān)速度比較快，這樣會(huì)容易形成比較高的關(guān)斷尖峰電壓，如果為了避免這個(gè)比較高的尖峰電壓而采取限制SiC的開(kāi)關(guān)速度，會(huì)使得SiC快速開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)得不到發(fā)揮，我們針對(duì)這個(gè)應(yīng)用把擊穿電壓BV設(shè)計(jì)到了900V，這樣可以使得SiC可以工作在高速下，同時(shí)也無(wú)懼比較高的尖峰電壓，這樣也不需要客戶在使用上需要妥協(xié)效率和速度。

RDS(on)、溫升、小體積是業(yè)界對(duì)于SiC器件的關(guān)鍵要求，請(qǐng)問(wèn)如何應(yīng)對(duì)和平衡這些挑戰(zhàn)？

Bryan Lu：RDS(on),溫升和小體積的需求是持續(xù)性的，也就是每個(gè)用戶都在追求這三個(gè)指標(biāo)的持續(xù)降低。不過(guò)他們?nèi)咧g的關(guān)系不是簡(jiǎn)單的加或者減。RDS(on)的降低，必然帶來(lái)導(dǎo)通損耗的減小，這也意味著在同樣的條件下，溫升有可能降低，也就是說(shuō)也許體積可以減小。但是我們要注意的是，在實(shí)際的應(yīng)用中，損耗是由導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗構(gòu)成的，在不同的應(yīng)用里它們兩個(gè)的占比是不一樣的。所以我們會(huì)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用去優(yōu)化RDS(on)和開(kāi)關(guān)的loss，這樣才能更好的控制溫升?？偟膩?lái)說(shuō)我們會(huì)在固定的溫升和體積邊界條件之內(nèi)去優(yōu)化RDS(on)來(lái)使得整個(gè)功率模塊更加的匹配客戶的需求?；蛘呤窃跔奚骋豁?xiàng)參數(shù)的前提下去匹配客戶的需求。所以和客戶緊密的合作才能應(yīng)對(duì)和平衡這些挑戰(zhàn)。

SiC作為一種較新的功率器件，對(duì)于開(kāi)發(fā)者而言相對(duì)比較陌生。為方便加速客戶的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和上市時(shí)間，onsemi提供了哪些SiC相關(guān)的設(shè)計(jì)支持？

Bryan Lu：安森美可以為客戶提供一整套方案，包括SiC器件及專用驅(qū)動(dòng)、配套的評(píng)估板/套件、SPICE 模型和仿真工具、參考設(shè)計(jì)、選型指南、應(yīng)用手冊(cè)及其他設(shè)計(jì)支持。

電力電子設(shè)計(jì)人員通常需要使用仿真工具來(lái)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的功能。安森美為SiC器件開(kāi)發(fā)了基于物理的、可擴(kuò)展的SPICE模型。此外，Elite Power仿真工具能夠?yàn)楣こ處熅_呈現(xiàn)所設(shè)計(jì)的電路在使用EliteSiC產(chǎn)品系列時(shí)的工況，包括邊界工況，配合使用軟硬開(kāi)關(guān)皆適用的PLECS 模型自助生成工具，這種虛擬環(huán)境使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠在進(jìn)入硬件環(huán)節(jié)之前快速迭代并優(yōu)化方案，從而顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

垂直端到端的供應(yīng)鏈?zhǔn)莖nsemi SiC的一大特色，請(qǐng)問(wèn)這種端到端的垂直供應(yīng)鏈能夠提供哪些優(yōu)勢(shì)？

Bryan Lu：安森美垂直的端到端SiC供應(yīng)鏈的優(yōu)勢(shì)在于，無(wú)論質(zhì)量和產(chǎn)能都可以得到保障，并具有成本優(yōu)勢(shì)，安森美在每一個(gè)環(huán)節(jié)的know-how都可以借鑒到上游其他環(huán)節(jié)，能夠很好地控制從最開(kāi)始到最后產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程。每一個(gè)環(huán)節(jié)的失效都可以向上溯源，看到底是哪個(gè)環(huán)節(jié)出了問(wèn)題。這樣，就會(huì)使技術(shù)和產(chǎn)品迭代更快，同時(shí)也能夠確保產(chǎn)品質(zhì)量。而且，將所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)都掌握在自己手里，可以控制生產(chǎn)節(jié)奏，按照市場(chǎng)需求去擴(kuò)展我們的產(chǎn)品。

SiC的生產(chǎn)平均良率僅為50%，生長(zhǎng)速度也比較慢。onsemi在SiC的晶圓制造方面有何技術(shù)儲(chǔ)備，未來(lái)的年產(chǎn)目標(biāo)是多少？

Bryan Lu：安森美采取了多項(xiàng)措施來(lái)確保SiC產(chǎn)品具有高質(zhì)量和高可靠性，包括通過(guò)外延生長(zhǎng)前后的缺陷掃描、嚴(yán)格的工藝控制、對(duì)所有的芯片執(zhí)行100%雪崩測(cè)試、實(shí)施產(chǎn)品級(jí)老化測(cè)試來(lái)消除外部柵極氧化物故障，來(lái)確保制造質(zhì)量和可靠性，通過(guò)在100%額定電壓下和175℃下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)可靠性測(cè)試，在出廠前對(duì)器件進(jìn)行柵極氧化物可靠性測(cè)試、宇宙輻射測(cè)試、檢查閾值或參數(shù)沒(méi)有漂移，來(lái)確保產(chǎn)品可靠性。同時(shí)，安森美也在積極的推進(jìn)從6英寸提升到8英寸。

現(xiàn)在提供單一器件產(chǎn)品難以滿足客戶需求，onsemi也有很寬的產(chǎn)品線，onsemi有電源方案部（PSG），也有先進(jìn)方案部（ASG）。請(qǐng)問(wèn)有哪些SiC相關(guān)的特色方案可以分享？

Bryan Lu：在SiC分立器件方面，安森美提供超過(guò)120款SiC二極管和上百款SiC MOSFET，工作電壓從650 V到1700 V不等，并提供多種封裝選項(xiàng)。最新的1700 V EliteSiC MOSFET最大Vgs范圍-15 V/25 V，RDS(on)典型值僅 28 m，柵極電荷Qg遠(yuǎn)低于同類競(jìng)爭(zhēng)器件，在高溫高壓下導(dǎo)通損耗更低，電壓設(shè)計(jì)裕量更高，適用于關(guān)斷電壓達(dá)到-10 V的快速開(kāi)關(guān)應(yīng)用如電動(dòng)汽車直流充電樁、光伏逆變等。

在SiC模塊方面，安森美提供 30 多款集成 SiC MOSFET 和 SiC 二極管的EliteSiC 功率集成模塊 (PIM)，電壓額定值高達(dá)1200 V。另外，安森美還有 20 多款利用了 SiC 和硅技術(shù)特性的混合 Si IGBT 和 SiC 器件模塊，全面的產(chǎn)品陣容供客戶選用適合其特定應(yīng)用需求的方案。最新一代1200 V EliteSiC M3S器件系列，包括有助于提高開(kāi)關(guān)速度的EliteSiC MOSFET和模塊，面向800 V電動(dòng)汽車車載充電器和電動(dòng)汽車直流快充、太陽(yáng)能方案以及儲(chǔ)能等能源基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用，助力電力電子工程師實(shí)現(xiàn)更出色的能效和更低系統(tǒng)成本，采用半橋功率集成模塊，具有領(lǐng)先業(yè)界的超低RRDS(on)和開(kāi)關(guān)損耗品質(zhì)因數(shù)，優(yōu)化的直接鍵合銅設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)開(kāi)關(guān)之間的平衡電流共享和熱分布。

針對(duì)與共模瞬態(tài)抗擾度 (CMTI) 相關(guān)的特殊驅(qū)動(dòng)要求，安森美提供多種用于驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)器，例如NCP51705和NCP51561。NCP51705提供高的設(shè)計(jì)靈活度和集成度，幾乎與任何SiC MOSFET兼容，VDD正電源電壓最高28V，高峰值輸出電流：6A拉電流和10 A灌電流，內(nèi)置5 V基準(zhǔn)可用于偏置5V、20mA以下的低功耗負(fù)載（數(shù)字隔離器、光耦合器、微控制器等），單獨(dú)的信號(hào)和電源接地連接 ，單獨(dú)的源和灌輸出引腳 ，內(nèi)置熱關(guān)斷保護(hù) ，單獨(dú)的非反相和反相TTL、PWM輸入，還集成獨(dú)特的功能如欠壓保護(hù)(DESAT)、電荷泵 (用于設(shè)置負(fù)電壓軌)、可編程的欠壓鎖定(UVLO)、數(shù)字同步和故障報(bào)告等。

國(guó)內(nèi)SiC廠商涌現(xiàn)，國(guó)際上各大巨頭紛紛投資擴(kuò)產(chǎn)，onsemi如何看待未來(lái)SiC的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局？

Bryan Lu：目前整個(gè)SiC市場(chǎng)風(fēng)起云涌，國(guó)際上的各大巨頭也紛紛加大投資擴(kuò)產(chǎn)，我們?cè)诳吹礁鞔髲S商擴(kuò)產(chǎn)的同時(shí)，也要看到整個(gè)需求市場(chǎng)的變化，要知道現(xiàn)在的新能源車銷售占比還小于35%。而且現(xiàn)在的新能源汽車用SiC的就更少，從存量市場(chǎng)和未來(lái)的市場(chǎng)來(lái)看。還是可以支持這些國(guó)際廠商的產(chǎn)能的。隨著中國(guó)廠商的加入，整個(gè)SiC器件的價(jià)格會(huì)逐漸降低，然后這個(gè)也會(huì)增加一些新的應(yīng)用，所以充分競(jìng)爭(zhēng)是有利于市場(chǎng)發(fā)展的。