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11选5任八全天计划:SiC將達23億美元規模,技術精進是主攻方向

作者:王瑩時間:2019-07-18來源:電子產品世界收藏

全网返利最高的微信号 www.ihqrd.com       (碳化硅)作為第三代半導體,以耐高壓、高溫和高頻,在高性能功率半導體上顯出優勢。在應用中,在光伏和服務器市場最大,正處于發展中的市場是xEV(電動與混動汽車)。隨著產品特性越做越好,在需要更高電壓的鐵路和風電上將會得到更多的應用。

本文引用地址://www.ihqrd.com/article/201907/402818.htm

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      不過,制約發展的,關鍵是價格,主要原因有兩個,一個是襯底,一個是晶圓尺寸所限。例如晶圓尺寸越大,成本也會相應地下降,羅姆(ROHM)等公司已經有6英寸的晶圓片。在技術方面,眾廠商競爭的有兩個焦點:技術和原材料。

      1 應用領域

      現有的市場中,光伏和服務器最大。處于發展中的市場是xEV。隨著SiC產品特性越做越好,在鐵路和風電上會得到更多的應用。

      在xEV方面,現在OBC(車載充電器)和DC/DC上應用得比較多,今后主驅上也會有很多應用(如下圖)。OBC方面,大約兩三年前已開始大量應用SiC肖特基勢壘二極管(SBD),現在SiC肖特基、SiC 已經用在很成熟的市場。DC/DC方面,市場上也已用得很多了。主驅逆變器方面,現在仍以Si IGBT和Si FRD(整流二極管)為主,但是客戶都在研發SiC產品,預計2021年、2022年之后,SiC的MOS會得到越來越多的應用。當前主驅應用上最大的瓶頸不是設計,而是在價格,例如Si IGBT??槿綣某蒘iC???,價格提升5~10倍左右。另外,汽車的快速充電和無線充電方面,大家現在也在研發SiC方案,預計今后有很大的應用前景。      

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      未來,風電和鐵路將是很大的市場。因為現在SiC還是以1.7 kV和1.2 kV為主,而風能需要3.3 kV,鐵路需要3.3 kV、3.6 kV甚至5 kV以上,因此隨著SiC的電壓做得越來越高,風電和鐵路將是下一個藍海。

      對SiC市場的預測有多種版本,甚至同一家市場調查公司也有多種版本。羅姆基于IHS的調查,保守地預測2025年整個市場規模將達到約23億美元(如下圖)。

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      2 SiC的新技術進展

      SiC的功率元器件產品主要有三類:SiC肖特基(二極管)、SiC (三極管)和??椴?。

      2.1  總體趨勢

      ?SiC肖特基。欲取代400 V~3.3 kV的Si PND(快恢復二極管)和FRD(整流二極管)。

      第一個趨勢是把晶圓做得越來越大,由原來的4英寸轉為現在的6英寸,在將來有可能向8英寸或更大尺寸去進展。其次是車規品。再有是把封裝做得越來越多元化,例如做更多的貼片封裝,把它的產品線做得更多一些。

      ?SiC 。欲取代600V~3.3 kV的Si MOSFET和IGBT。

      第一個趨勢也是晶圓越做越大。其次把電流和電壓做大做高。再有也是把封裝做得豐富一些,例如現在市場上比較多的像TO-247是3引腳,接下來羅姆會推出TO-247的4引腳產品,這樣在工控產品上可以更方便地去使用。第四是車規品更多一些。

      2.2  制造工藝的改進

      SiC領域也有多個玩家,例如羅姆、英飛凌、Cree、ST等。羅姆半導體(北京)有限公司設計中心所長水原德建介紹了SiC及羅姆產品的技術進展。

      ?SiC肖特基工藝的改進。現在市面上的SiC肖特基產品有兩種構造,一種是純肖特基構造。羅姆的第一代和第二代產品采用了純肖特基的構造。純肖特基構造的最大好處在哪里?因為肖特基有兩個特性,一個是VF,即正向耐壓;另一個特性是瞬間的最大電流。所以如果用肖特基構造來做,雖然VF可以做得很低,但是瞬間電流做得不好。

      為此,羅姆的第3代產品采用了JBS構造。JBS構造的最大好處,雖然VF會相應的變差,但是羅姆用自己的能力在保證原有的低VF的情況下,把瞬間電流做得更大。由于JBS構造的優勢,現在市場上的產品基本都是JBS構造。

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      ? SiC MOSFET

      現在也有兩種結構的產品,第一種叫平面型構造MOS,即DMOS,還有一種MOS是溝槽型的構造,即UMOS(U的意思是溝槽像U型)。兩種MOS的最大區別是:平面型的耐壓可以做得很好,但是芯片尺寸要做得很大。但是溝槽式的可以做小,即可以把晶圓尺寸做小一些,價格更低一些,同樣的芯片情況下,還可以把Ron做得更低一些。

      為此,羅姆的第1、2代產品采用平面型構造,第3代采用了溝槽型構造。這種溝槽型的構造現在只有羅姆一家在做。不僅如此,羅姆的溝槽構造還有一個優勢:普通Si的溝槽型構造是一個溝槽(Trench),但是羅姆挖了兩個溝槽,因為MOS有個最大的問題是在柵極(Gate)耐壓會差一些,因為它是個氧化膜,因此羅姆又挖了一個溝槽,使它的電流可以從此跑出去,使它的耐壓特性更強一些。這種雙溝槽的構造是羅姆的一項專利,也是羅姆獨有的。

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      把上述的二極管、三極管集成在一起,就做成了???。SiC的開關損耗比IGBT更低。并且隨著頻率的增高,IGBT??櫚乃鷙腦黽雍蕓?,這意味著在頻率越高的情況下,SiC的特性會越會體現出來,可以越節能(如下圖)。

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      3 羅姆的投資及制造進程

      SiC領域也有多個玩家,除了羅姆外,還有英飛凌、Cree、ST等。

      SiC作為新一代技術和產品,需要擴建和持續投資。例如羅姆,需要多個階段性投資,預計到2025年時將,累計投資將達850億日元(如下圖右)。

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      羅姆的SiC產能預計2021年會達到2017年的6倍,2025年的時候會達到2017年的16倍(如下圖左)。除了SiC之外,驅動SiC還需要柵極驅動器,羅姆的柵極驅動的產能也會越來越提高(下圖右)。

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      羅姆在2000年左右開始投資SiC。為了實現一條龍生產策略,在2009年收購了德國晶圓廠SiCrystal公司,該公司主要做SiC柱、SiC襯底。之后在2010年時羅姆實現了SiC肖特基的量產,可謂日本第一家量產的公司,在全球是第四家。2010年底,羅姆量產了SiC MOSFET,堪稱全球第一家量產的公司。在兩年之后的2012年,羅姆量產了SiC???,是全球第一家實現量產的公司。2015年,羅姆量產了溝槽型SiC MOSFET,也是全球第一家量產的公司。

羅姆的晶圓可以做到6英寸。

      4 羅姆的SiC產品及規劃

      主要有三大類:SiC肖特基,SiC MOSFET,SiC???。

      SiC肖特基現在主要是以第2代和第3代為主,第2代和第3代主要是650 V和1.2 kV產品,從5 A到40 A。

      SiC MOS也是主要以第2、3代為主,主要是650 V、1.2 kV、1.7 kV,導通電阻最小可以做到17 mΩ,最大約1150 mΩ。

      ??櫓饕且園肭諾姆絞?,封裝主要有市場用的比較多的是C型、E型和G型,產品以1.2 kV和1.7 kV為主,電流主要是80 A到600 A安培。通用??櫸矯?,羅姆會自己來做;像車用六合一??櫚忍厥餑??,羅姆和國內的??槌б黃鷙獻?。

      除此以外,羅姆還銷售SiC芯片,主要是以650 V~1.7 kV為主,從6 A一直到50 A。

      目前,羅姆正在發展以SiC為首的電源解決方案,和其它公司相比,優勢是既有自己的晶圓,又有自己的芯片。

      絕緣柵極驅動器方面,羅姆也是想今后把這塊做得越來越大,預計2020年3越發布第四代MOSFET產品。

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上圖:羅姆的SiC MOSFET,及6英寸Trench-MOSFET晶圓(左)、6英寸SBD晶圓(右)

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上圖:搭載羅姆SiC芯片的SiC MOSFET???/p>


關鍵詞: SiC MOSFET

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