隨著新能源汽車、工業(yè)、光伏、儲能等行業(yè)的迅猛發(fā)展，功率器件領域也在不斷迭代升級。其中，碳化硅技術近幾年備受關注，國際廠商的出貨量迅速上升，國內廠商紛紛重金投入。與此同時，碳化硅在多個領域中替代IGBT的呼聲也愈發(fā)變大。

IGBT的余熱尚未散去，碳化硅的新風已經刮來。在這樣的大背景下，與非網特別邀請了安森美和英飛凌參與本次功率器件專題月采訪，期望了解頭部企業(yè)在該領域的最新發(fā)展動態(tài)和技術優(yōu)勢，以及如何在兩者之間進行權衡。

業(yè)內人士細談碳化硅替代硅基IGBT可行性

眾所周知，硅基功率半導體的代表——IGBT技術，在進一步提升性能方面遇到了一些困難。開關損耗與導通飽和壓降降低相互制約，降低損耗和提升效率的空間越來越小，于是業(yè)界開始希望SiC能夠成為顛覆性的技術。

對此，英飛凌科技工業(yè)功率控制事業(yè)部市場總監(jiān)陳子穎認為，這樣的看法有一定局限性。在他看來，硅基IGBT的技術仍在進步，尤其是英飛凌自己。伴隨著封裝技術的進步，IGBT器件的性能和功率密度越來越高。同時，針對不同應用而開發(fā)的產品，可以做一些特別的優(yōu)化處理，從而提高硅器件在系統(tǒng)中的表現(xiàn)，進而提高系統(tǒng)性能和性價比。英飛凌的TRENCHSTOP? IGBT 7便是典型的例子。

因此，第三代半導體的發(fā)展進程，還是需要與硅器件相伴而行，在技術發(fā)展的同時，還有針對不同應用的大規(guī)模商業(yè)化價值因素的考量，指望第三代器件很快在所有應用場景中替代硅器件是不現(xiàn)實的。在未來數年中，不同的半導體技術將并存于市場中，在不同的應用場景中分別具有特殊的優(yōu)勢。

陳子穎還認為，SiC MOSFET發(fā)展目前尚處于起步階段，未來新應用的出現(xiàn)和市場潛力的發(fā)掘，將推動以碳化硅為代表的第三代半導體技術的發(fā)展。至于在這個過程中如何提高器件的利用率和市場滲透率，封裝技術和應用技術等方面的提升或將起到不小的影響。

從英飛凌高功率密度的封裝、低寄生電感的模塊封裝，到基于增強型SiC MOSFET芯片技術單管，采用.XT技術的單管等等，都體現(xiàn)了其在功率半導體，尤其是工業(yè)和汽車應用方向上幾十年來的經驗和積累。

安森美中國區(qū)汽車現(xiàn)場應用工程師夏超則表示，受益于中高端電動汽車銷量的持續(xù)增長，對應的第三代半導體器件處于加速階段。目前，碳化硅器件的成本仍然是略高于硅基功率器件，但得益于各家碳化硅廠商產能擴張目標的陸續(xù)實現(xiàn)，碳化硅的價格正在快速降低。由于電動汽車在大部分運行周期內是處于低功率運行狀態(tài)，因此碳化硅器件在電動汽車領域發(fā)揮其低損耗特性，正在取代傳統(tǒng)的硅器件，未來也將逐步擴散到如車用充電樁、光伏儲能等領域。

夏超強調，安森美目前重點著力于電動汽車、電動汽車用充電樁/器、可再生能源、5G四個市場，旨在為客戶提供全方位解決方案。目前來看，在不同的細分市場，碳化硅跟硅基器件是一個很好的互補，也是價格與性能的一個平衡。

隨著第三代半導體技術的成熟，以及成本的降低，最終會慢慢取代部分硅基產品成為主流方案。碳化硅芯片可以工作在更高的溫度(175℃至200℃)，結溫超過175℃的碳化硅方案將能在更高的功率密度下工作，從而比硅基替代方案的性價比更高，有助于系統(tǒng)設計人員能夠更加靈活地選擇滿足應用需求的高性價比方案。

面對國際廠商在碳化硅領域的快速出貨，雖然陳子穎和夏超認為所處的發(fā)展階段不同，但英飛凌和安森美對于碳化硅布局的持續(xù)性都很重視，區(qū)別在于英飛凌依然很重視硅基IGBT的技術發(fā)展，并選擇雙管齊下；而安森美的側重點更偏向碳化硅，并堅信在部分領域，碳化硅對于IGBT的替代會逐步進行。因此，目前就談碳化硅完全替代硅基IGBT或許為時尚早。

大廠的產能布局

基于已簽署的眾多戰(zhàn)略協(xié)議，安森美的碳化硅工廠當前正在有序擴產。如近期與寶馬集團等國際一線車廠陸續(xù)達成戰(zhàn)略合作。夏超認為，安森美產能的擴張既有增量需求，如電動汽車等領域的蓬勃發(fā)展，也包含對已有的IGBT器件的存量替代，如光伏發(fā)電及儲能等領域。隨著產能的進一步提升，市場價格的進一步降低，碳化硅器件將會助力構建一個更為清潔綠色的家園。

同樣，英飛凌在擴產能方面也毫不落后，預計到2027年，英飛凌的碳化硅產能將增長10倍，屆時其碳化硅業(yè)務的銷售額將增長至約30億歐元。英飛凌的目標是，通過大幅擴展產能，在未來十年內將公司在碳化硅領域的市場份額提高到30%。

為了確保供應安全，英飛凌依靠廣泛的供應商網絡和與不同合作伙伴在雙邊層面上開展的眾多合作。英飛凌還宣布，將投資20多億歐元在居林新建一個廠區(qū)，用于擴大碳化硅和氮化鎵產能外，同時，英飛凌對其菲拉赫工廠現(xiàn)有硅設備進行改造，將現(xiàn)有的6英寸和8英寸硅生產線轉換為碳化硅和氮化鎵生產線，以增加菲拉赫工廠的碳化硅和氮化鎵產能。

碳化硅的技術優(yōu)勢及發(fā)展歷程

在對碳化硅長達30多年的研究中，英飛凌的技術打磨和沉淀，最終體現(xiàn)在具體的產品和技術上，典型的就是英飛凌CoolSiC? MOSFET，它可以簡化拓撲結構，減少器件數量，降低損耗，提高功率密度。

CoolSiC? MOSFET 芯片面積比IGBT小很多，大約是IGBT與續(xù)流二級管之和的五分之一；在耐高壓方面則可以通過提高系統(tǒng)的開關頻率來提高系統(tǒng)性能，提高系統(tǒng)功率密度；在可靠性和質量保證方面，能很好地規(guī)避平面柵的柵極氧化層可靠性問題，同時功率密度也更高。

正是由于SiC MOSFET這些出色的性能，其在光伏逆變器、UPS、ESS、電動汽車充電、燃料電池、電機驅動和電動汽車等領域都有相應的應用。

相對而言，安森美的技術和產品更加集中在汽車半導體領域，如電動汽車主驅領域的M3系列碳化硅功率模塊，及后續(xù)更大性能提升的M3e系列。在碳化硅設計生產方面，安森美擁有近20年的經驗積累，目前已發(fā)布了三代碳化硅 MOSFET，每一代都針對一種特定的應用：

M1基于Square cell結構，適用于工業(yè)和汽車應用，針對在20 kHz范圍內運行的最低導通損耗和穩(wěn)定可靠性進行了優(yōu)化；M2系列應用了Hex cell結構，涵蓋同類型但電壓較低的應用，具有針對這些電壓優(yōu)化的新型晶胞結構；M3系列采用了Strip cell結構，主要針對快速開關應用；下一代安森美將采用Trench cell結構，其性能還將得到進一步提升。用安森美的話說，其所有的碳化硅器件都已達到最高的可靠性水平，并已完全實現(xiàn)工業(yè)化。

在功率器件領域，安森美一方面對于硅基器件及碳化硅器件都擁有從基底，晶圓，單管，模塊到系統(tǒng)級的完整解決方案。另一方面，安森美近年來依然在不斷投入優(yōu)化碳化硅器件的溝槽設計、封裝技術和制程工藝，已經使終端產品在轉換效率、功率密度和成本控制方面有了大幅的提高。同時硅基器件也在進行持續(xù)的改進以滿足新的應用需求。

在交叉互補中前行

安森美中國區(qū)汽車碳化硅現(xiàn)場應用工程師牛嘉浩總結道，新技術的發(fā)展并不意味著原有技術的消亡，這是一個迭代的過程。雖然碳化硅崛起迅速，在一些應用中替代硅基器件是主流趨勢，但是硅基功率器件目前仍然占據大部分的市場，并且有著自身的優(yōu)勢，短時間內并不會退出舞臺。

總之，從安森美及英飛凌對于IGBT和碳化硅的態(tài)度來看，硅基IGBT本身的存量市場還很大，而碳化硅器件也尚處于偏早期的發(fā)展階段，不論是起步還是加速出貨，兩者的市場總量還有一定差距，且兩者并非零和博弈，甚至有不少新的應用領域，需要兩者共同發(fā)揮，在交叉互補中前行。IGBT余熱尚未散去，碳化硅新風徐徐刮起。