LG旗下公司Silicon Works宣布扩大半导体业务,碳化硅正在成为汽车领域冉冉升起的新星
近日,据韩媒报道,多名业内人士透露,LG集团旗下子公司硅芯片有限公司(Silicon Works)宣布扩大其半导体业务,重点押注碳化硅PMIC以及MCU。
据了解,硅芯片公司此前更常以其驱动IC产品被业界所熟知。此次大动作转向碳化硅芯片领域,不仅透露了其对从LG集团分拆后的发展规划,更是从侧面印证了碳化硅正在成为汽车领域冉冉升起的新星。爱仕特为你解读碳化硅市场变革。
了不起的碳化硅
碳化硅(SiC)又名碳硅石、金刚砂,是一种无机物,化学式为SiC,是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料通过电阻炉高温冶炼而成。作为第三代半导体的代表,碳化硅材料具有宽的禁带宽度,高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,因此在IGBT、MOSFET等功率半导体中应用尤为广泛。
安信证券李哲团队此前研报曾指出,虽然当前功率器件仍以碳基为主,但碳化硅基器件低能量损耗、耐高压、耐高温等优良特性更适合功率器件使用,渐有取代碳基器件之势。
具体来说,碳化硅基MOSFET相较于硅基MOSFET拥有高度稳定的晶体结构,工作温度可达 600 ℃;击穿场强是硅的十倍多,因此阻断电压更高;导通损耗比硅器件小很多,而且随温度变化很小;热导系数几乎是硅材料的2.5倍,饱和电子漂移率是硅的2倍,所以能在更高的频率下工作。
正是基于这些特性,碳化硅终端市场主要为新能源车以及光伏服务,尤其在新能源车的新能源车OBC、DC/DC、逆变器、充电桩,及光伏逆变器都需要大量使用功率器件。
目前,碳化硅是发展最成熟的宽禁带半导体材料,世界各国对其研究非常重视,纷纷投入大量的人力物力积极发展,美国、欧洲、日本、中国等纷纷从国家层面上制定了相应的研究规划:
美国:2014年1月,美国总统奥巴马亲自主导成立了以SiC为代表的第三代宽禁带半导体产业联盟。这一举措的背后,是美国对以SiC半导体为代表的第三代宽禁带半导体产业的强力支持。
欧洲:德国英飞凌公司与欧洲17家企业共同成立Smart PM(Smart Power Management)组织,拓展碳化硅在电源和电器设备中的应用。欧洲纳米科技咨询委员会(ENIAC)的“高效率电动汽车计划”则专注于碳化硅功率器件在新型电动汽车中的应用技术研发,由英飞凌公司主导。
日本:日本政府在2013年就将SiC纳入“首相战略”,认为未来50%的节能要通过它来实现,创造清洁能源的新时代。日本经济产业省积极开展碳化硅的研发及生产,促进碳化硅在通讯电源、混合动力汽车、可再生能源变频器、工业马达驱动等领域的应用。
中国:2016年,我国国务院发布《“十三五”国家科技创新规划》,其中明确提到加速第三代半导体材料的突破等内容。
汽车厂商们的谋而后动
自从2016年4月,特斯拉Tesla Model 3中率先采用了以SiC MOSFET为功率模块的逆变器之后,截至当前,全球已有超过20家汽车厂商在车载充电系统中使用碳化硅功率器件。
碳化硅市场的火爆引发了大量半导体厂商的涌进,其中份额最大的当属美国的Cree,根据Yole最新的报告,它占了整个SiC功率器件市场的62%。在这些半导体厂商为之疯狂之时,汽车厂商们也按耐不住冲动了。近年来,他们动作频频。
丰田
作为全球知名车厂,丰田显然十分关注这方面。2020年4月,电装和丰田合资成立“MIRISE Technologies”,进行下一代先进车载半导体的研究和开发。MIRISE将结合丰田在整车和电装在零部件的经验,致力于三个技术领域:功率电子、传感器、SoC,进一步凸显出他们对车载半导体的重视。
据悉,丰田中央研发实验室和电装公司从1980年开始合作开发SiC半导体材料,2014年5月他们正式发布了基于SiC半导体器件的零部件——应用于新能源汽车的功率控制单元(PCU)。
大众
大众汽车在功率半导体方面也有布局,一是Cree,它成为了大众汽车FAST(Future Automotive Supply Tracks,未来汽车供应链)项目SiC碳化硅的独家合作伙伴。二是英飞凌,它成为大众FAST项目战略合作伙伴,合作点集中在大众MEB电力驱动控制解决方案中的功率模块。
Cree本就是SiC材料和晶圆的国际大供应商,大众此次的锁定无疑为它打开了更为广阔的市场。英飞凌在全球MOSFET和IGBT等汽车半导体市场中占有率位居前三。
本田
本田汽车公司、日产汽车公司均和罗姆公司就HEV/EV应用SiC半导体技术进行了多年的合作研究。本田和罗姆公司共同开发出了使用SiC半导体器件的高功率电源模块,将转换器和逆变器的二极管和晶体管全部由硅器件改为SiC器件。
福特
2015年底,福特宣布计划为电动汽车项目投资45亿美元,近年来福特公司就SiC/GaN器件在混合动力汽车上的应用进行了投资研究。
SiC的市场正在爆发,这一点毋庸置疑。Yole Développement在Power SiC 2018: Materials, Devices and Applications报告中预计,主逆变器采用碳化硅将导致“2017 - 2023年SiC市场复合年增长率达到108%”。Yole发现,几乎所有汽车制造商未来几年都将在主逆变器中使用SiC。特别是,所有中国汽车OEM都在积极考虑采用SiC。
面对如此庞大的需求,国内厂商当然也不会错过,不过与巨头相比稍显落后。据数据显示,在我国过去一年中,全国半导体总投资超过700亿,而涉及到SiC相关的项目就有65亿,其中不乏三安光电、中科钢研、天通股份等企业。据相关人士透漏,目前我国在碳化硅器件方面的增速异常迅猛,特别是在节能环保的大背景下,国内越来越多的企业开始大规模使用碳化硅器件。
在庞大的市场需求推动下,国内都涌现了一批优秀的甚至在全球市场都有一席之地的企业,整个产业链已经接近实现全国产替代。据悉,在SiC功率器件研发制造方面,国内半导体企业有杨杰电子、基本半导体、苏州能讯高能半导体、株洲中车时代、中电科55所、三安光电等。
作为汽车企业,比亚迪也正在积极布局碳化硅。据悉,比亚迪已投入巨资布局第三代半导体材料SiC,并将整合材料(高纯碳化硅粉)、单晶、外延、芯片、封装等SiC基半导体全产业链,致力于降低SiC器件的制造成本,加快其在电动车领域的应用。
在近日的报道中,比亚迪半导体产品总监杨钦耀表示,比亚迪车规级的IGBT已经走到5代,碳化硅MOSFET已经走到3代,第4代正在开发当中。目前在规划自建产线,预计到明年有自己的产线。
虎视眈眈的Tire 1们
同样,也有Tire 1厂商开始看中碳化硅领域,并试图进行投资布局。Tier1(Tier One)意为给设备厂商供货的一级供应商。博世不得不提,2019年10月,博世高调宣布其开始碳化硅相关业务。功率碳化硅半导体生产基地位于德国罗伊特林根,主要来生产碳化硅的晶圆以及MOSFET。
博世董事会成员Harald Kroeger指出,这将是博世133年历史上最大的一笔投资,再次强调出碳化硅(SiC)这一半导体材料在汽车行业的重要性。而上一次引发碳化硅讨论热潮的是大众与科锐、英飞凌的战略合作。
同时,博世也公开了其碳化硅产品的技术路线图,裸芯片,预计2021年的年底会上市。分立器件MOSFET这块,大概会在2022年初上市,基于对于客户的需求的匹配。总部同位于德国的采埃孚与美国碳化硅半导体企业科锐宣布建立战略合作关系,计划2022年前将SiC电驱动系统推向市场。
2019年4月,采埃孚首次采用SiC技术的电驱动系统已经用于法国文图瑞Venturi的电动赛车。SiC电驱动系统具备更高的能量转换效率。采埃孚的目标不止在于电动赛车,它计划3-4年内将SiC电驱动系统批量应用于乘用车中。
还有德尔福,在9月份宣布计划在下个十年初期推出基于SiC芯片的逆变器。它认为,800V 碳化硅逆变器“下一代高效电动和混合动力汽车的核心部件之一”。它已与一家跨国OEM达成八年共27亿美元的项目。该项目预计将于2022年开始落实,最初推出的将是以800V电压运行的高性能电动汽车。
看向国内,“不造车”的华为表示将做产品直接供应整车厂的汽车零部件供应商,也算是Tier1。2019年,华为旗下的哈勃科技投资有限公司投资参股了山东天岳先进材料科技有限公司,持股10%。2020年12月,企查查显示,哈勃科技投资有限公司投资碳化硅外延晶片供应商瀚天天成,认缴出资额超977万元。
随着新技术跨领域的融合,汽车行业迎来了重大的变革,这些Tier1厂商们也纷纷开启了向科技领导者的转型之路。
新能源车爆火,碳化硅推向技术浪潮巅峰
很显然,现在碳化硅已经成为了国内外车厂的布局重点,不论是采用供应商的碳化硅产品还是自己投资研发碳化硅,总而言之,在新能源车爆火的今天,已经彻底将碳化硅推向了技术浪潮的巅峰。
从硅 (Si) 到碳化硅 (SiC) 的转变,已经不再是需要我们考虑是会否发生与何时发生的问题,而是我们已经身处其中。全面地参与到诸多产业的巨大变革之中。这些产业的未来绝对不会是一成不变的,也许会产生前所未有的变化。而那些能够快速适应这些变化的厂商,则定将收获丰硕的成果。
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【方案】30~80kW组串式光伏逆变器优选器件方案
描述- 该方案针对30~80kW的组串式光伏逆变器,采用多路BOOST升压电路,减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况,最大程度增加发电量。逆变侧采用T型三电平拓扑,开关频率支持16kHz(最佳频率点),效率最高可达98.54%。辅助电源采用1700V耐压SiC MOSFET,单端反激电源可直接应用在1000V母线系统。同时,在BOOST升压电路和逆变电路中均采用IGBT模块设计,集成度更高。
型号- MKS4J022202D00MSSD,10-FZ12NMA080NS03-M260F,0505025.MX52LEP,TFLEX HD300,BGM111,C2M1000170D,EFR32MG13P732F512GM48-C,RBN75H125S1GP4-A0,10-FY12NMA160SH01-M820F18,KT05,PS9402,SGM6022,MLX91208,28R1101-000,28R0610-000,30-FT12NMA160SH-M669F28,PS9031,LSIC2SD120E30CC,30-FT12NMA200SH-M660F08,LXXXX 15.00/05/90 4.5SN GR,28R1476-100,92ML,LX 15.00/05/90 4.5SN GR BX,MKS4J033305D00KSSD,TPCM780,RC12-6-01LS,SMBJ18CA,28R1953-000,PS9531L3,SI86XX,28B0141-000,WDU50N,SGM6032,WGM110,R5F56514FDLJ,C4D30120D,WDU70N,RBN40H125S1GPQ-A0,C2M0080120D,V23990-P629-L43,SGM2019,LSIC1MO120E0080,SID11X2K,SI8261BCD-C-IS
1700V SiC MOSFET在大功率能源及工业领域的应用
1700V SiC MOSFET的低开关损耗可提高开关频率,且每个单元的总体尺寸大幅减小。同时,1700V的高阻断电压还可减少达到相同直流电压所需的单元数。在以上种种简化和优化后,终端应用的系统可靠性大大提升,而更少的有源开关和栅极驱动器也降低了整体成本。SMC桑德斯微电子根据客户的需求设计和生产半导体及相关产品。
应用方案 发布时间 : 2024-06-18
【元件】新动向 | 爱仕特内绝缘型SiC MOSFET,内置陶瓷片优化绝缘和导热性能,为高效能应用提供新选项
爱仕特始终秉承创新理念,近期推出了1200V和1700V两款内绝缘型TO-247-4封装的SiC MOSFET。这些创新产品在保持标准封装尺寸,通过内置陶瓷片优化了绝缘和导热性能,背面散热器做了悬浮电位设计,减少了外部绝缘材料依赖,降低了材料老化导致的长期运行故障风险,增强了产品可靠性和耐用性。
产品 发布时间 : 2024-09-29
鲁晶携多款功率器件产品出席第十四届亚洲电源技术发展论坛,为新能源、光伏、充电桩等领域应用提供服务
鲁晶半导体携旗下Si SBD/FRD/SCR、Si MOS/IGBT、SiC Diodes、SiC MOSFET等功率器件产品出席第十四届亚洲电源技术发展论坛,产品广泛应用于各类智能家电、电动工具、新能源、充电桩、光伏、电源、工控等领域。
原厂动态 发布时间 : 2024-01-09
爱仕特1200V 12mΩ SiC MOSFET已量产并批量出货,兼具超低导通和超快开关特性
爱仕特自主研发的15V驱动的1200V 12mΩ SiC MOSFET和1700V 25mΩ SiC MOSFET芯片已量产并开始批量出货给国内客户,填补了国内该系列产品研发及应用的空白,引领国内SiC功率器件技术跻身国际领先水平。
原厂动态 发布时间 : 2022-12-05
森未科技将携新能源领域最新研发产品亮相2024 SNEC国际储能展,邀您共同开启绿色能源新篇章
森未科技将携新能源领域最新研发产品惊艳亮相2024 SNEC ES+第九届国际储能展,共同开启绿色能源新篇章!森未科技自主研发的IGBT/SiC系列产品凭借高品质、高性能、高可靠性的技术优势,已在光伏储能、新能源车等领域中得到广泛应用。
原厂动态 发布时间 : 2024-09-23
【选型】力特1700V SiC MOSFET助力光伏逆变器1500V系统辅助电源高效稳定运行
现在光伏逆变器电压等级提升到1500V,如果选用单端反激拓扑,单管MOS耐压值需要超过3000V,因此建议采用双管反激方案,推荐Littelfuse的SiC MOSFET LSIC1MO170E1000,1700V高耐压,同时采用常用的TO247封装,可直接替换Si MOS使用。
器件选型 发布时间 : 2020-12-29
芯众享面向光伏及储能领域推出碳化硅肖特基二极管和碳化硅MOSFET产品,电流范围10~40A可选
芯众享面向光伏及储能领域推出了碳化硅肖特基二极管、碳化硅MOSFET产品。其中碳化硅肖特基二极管已经在工商业光伏逆变器、组串式光伏逆变器、微型光伏逆变器领域广泛应用。
原厂动态 发布时间 : 2023-08-07
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定制液冷板尺寸5mm*5mm~3m*1.8m,厚度2mm-100mm,单相液冷板散热能力最高300W/cm²。
最小起订量: 1片 提交需求>
可根据用户的MOSFET管进行参数检测出具报告,静态参数最大电压:7500V、检测最大电流6000A;动态参数最大电压:3300V、检测最大电流:4500A。该测试标准满足GB、IEC及行业标准等,具备可靠性评估及老化实验能力。
实验室地址: 西安 提交需求>
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