英飛凌在 20 多年前推出了其首款由碳化硅 (SiC) 制成的芯片，并且長期以來將這種材料吹捧為電力電子的未來。現(xiàn)在，更多的公司正在加速這個戰(zhàn)局。
最值得注意的是，通用汽車和特斯拉等汽車制造商正在投資由 SiC 制成的芯片，以制造電動汽車 (EV)，這種汽車充電后可以行駛更遠，并且在電池耗盡時可以更快地充電。
英飛凌 SiC 業(yè)務副總裁 Peter Friedrichs 表示，碳化硅是在 650 V 或更高電壓下必須在高溫和惡劣環(huán)境下運行的電源開關(guān)的代際轉(zhuǎn)變。他指出，碳化硅器件具有獨特的物理特性，使客戶能夠?qū)⒏喙β蕢嚎s到更緊湊的外殼中，這些外殼重量更輕，產(chǎn)生的熱量更少，從而提高了功率密度。
Friedrichs 表示，英飛凌目前向 3,000 多家客戶銷售 SiC MOSFET 和其他功率器件，其中包括臺達電子、現(xiàn)代、施耐德電氣和西門子。他們正在將它們構(gòu)建為電動汽車、電機驅(qū)動器、太陽能逆變器和工業(yè)級開關(guān)模式電源 (SMPS) 的核心，這些電源需要高達數(shù)萬瓦的功率——其中許多公司并沒有回頭看。
“有些客戶根本不想談論硅，”Friedrichs 上個月在 APEC 2022 上表示。
這家功率半導體巨頭上個月推出了一系列新的 SiC MOSFET，適用于從電動汽車到太陽能逆變器的所有產(chǎn)品，在競爭激烈的 650V 器件市場上采用標準 MOSFET 和 IGBT。

它還加大了對基于 SiC（一種融合硅和超硬碳的材料）生產(chǎn)芯片的投資，以支撐供應并降低制造 SiC 器件的高成本。
SiC 是一種寬帶隙半導體，這一特性有助于它在擊穿之前承受更高的電壓（高達數(shù)千伏），并能承受比硅 MOSFET 更高的溫度（175°C 或更高）。
除了高壓耐受性之外，SiC 器件還能以更高的頻率和更高效地運行，而不會出現(xiàn)在道路上主導電動汽車的標準 IGBT 和 MOSFET 的不必要損耗。
SiC 在較高電壓水平下也具有較小的導通電阻，這會導致較低的傳導損耗、較高的電流密度，并且在將電力從一個電平調(diào)節(jié)或轉(zhuǎn)換到另一個電平時會散發(fā)更多的熱量。此外，SiC 提供比 MOSFET 和 IGBT 更快的開關(guān)速度，這使您可以使用更小的外部組件（如變壓器和無源器件）包圍直接功率級。

于 SiC 的功率器件也減少了熱量損失，從而為更緊湊、更輕便的散熱器打開了大門。總而言之，這些屬性轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)級別的成本節(jié)約，行業(yè)專家說。
SiC MOSFET 是高壓電源中 IGBT 的最佳競爭者，因為它降低了開關(guān)的開通和關(guān)斷損耗，有助于減輕電源的重量和體積。IGBT 將 MOSFET 的高輸入阻抗和快速開關(guān)速度與雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 的高導電性結(jié)合在一起，可為電動汽車提供數(shù)萬瓦的功率。
然而，工程師不太習慣使用 SiC 器件進行設(shè)計的權(quán)衡取舍，這對于功率半導體領(lǐng)域來說相對較新。IGBT 也仍然很受歡迎，因為它們不像 SiC MOSFET 那樣昂貴。
雖然 IGBT 讓電動汽車上路，但Friedrichs 表示，碳化硅器件正在推動電動汽車走向未來。
他說，SiC 器件正在爭奪電動汽車動力總成核心的 80% 左右的電力電子設(shè)備，包括將存儲在汽車電池組中的直流電 (dc) 轉(zhuǎn)換為交流電 (ac) 并饋電的主牽引逆變器。它到轉(zhuǎn)動車輪的電動機。這些芯片還在電動汽車的其他部分爭取設(shè)計勝利，例如車載充電器和直流-直流轉(zhuǎn)換器。
英飛凌此前曾表示，SiC 可以幫助將電動汽車的續(xù)航里程提高 5% 至 10%，或者讓汽車制造商能夠使用更小、更輕、成本更低的電池。英飛凌并不是唯一一家向電動汽車市場供應碳化硅的公司。去年，通用汽車同意從Wolfspeed購買 SiC 器件，用于通用汽車 Ultium Drive 系統(tǒng)中的集成電力電子設(shè)備。
據(jù)Exawatt估計，到 2030 年，僅電動汽車中的 SiC 器件市場將超過 25 億美元。
Friedrichs 表示，英飛凌正試圖通過更新的 SiC 器件在電源設(shè)計挑戰(zhàn)中領(lǐng)先一步。例如，該公司即將在 2022 年推出其獨特的第二代 SiC 溝槽 MOSFET 技術(shù)，這將帶來更高水平的功率密度和功率效率。
但他表示，隨著各行各業(yè)競相減少碳足跡，它也希望保持領(lǐng)先于全球?qū)μ蓟璧男枨?。英飛凌計劃投資超過 20 億美元來提高其 SiC 和 GaN 的產(chǎn)量。
此外，英飛凌已經(jīng)計劃在其位于奧地利菲拉赫的晶圓廠轉(zhuǎn)換部分 200 毫米和 300 毫米產(chǎn)能，該工廠去年才開始量產(chǎn) SiC 和 GaN 器件。

未來的挑戰(zhàn)是確保系統(tǒng)級的成本節(jié)省超過制造 SiC 器件的更高成本。據(jù)分析師稱，英飛凌和其他公司正在采取措施縮小與硅的成本差距，但距離完全縮小差距還有幾年的時間。
公司早就知道如何通過在灼熱的熔爐中混合硅和碳來制造 SiC。但它比硅更硬、更脆，因此更難以在晶圓表面進行鋸切、研磨和拋光而不留下可能拖累功率器件性能或功率效率的劃痕。結(jié)果是大量制造SiC 的成本往往更高。
高管們表示，英飛凌自有妙計。該公司正在使用一種名為 Cold Split 的技術(shù)提高產(chǎn)量，以更仔細地從原始碳化硅柱中切割出晶圓，這一過程類似于從巖石中切割石板。冷分裂承諾可以從 SiC 晶圓上切出的芯片數(shù)量翻倍，有助于提高產(chǎn)量并節(jié)省成本。
英飛凌表示，它正準備在 2023 年采用 Cold Split 技術(shù)進行量產(chǎn)。
英飛凌的碳化硅發(fā)展之路：
?1992年起，英飛凌開始著手碳化硅的研究

?1998年，英飛凌開始在大批量硅功率生產(chǎn)線上進行2英寸硅片技術(shù)整合
?2001年，英飛凌成為全球首家推出碳化硅二極管的廠商，自此開啟碳化硅的商用
?2015年，實現(xiàn)了碳化硅從4英寸轉(zhuǎn)6英寸晶圓的生產(chǎn)
?2017年，發(fā)布1200V 碳化硅 MOSFET
?2018年，通過收購 Siltectra 公司，獲得了碳化硅晶圓的冷切割技術(shù)
?2019年，發(fā)布了1200V的車規(guī)級碳化硅 MOSFET
?2020年，
在光伏領(lǐng)域，根據(jù)客戶需求，為中國市場定制化了 EasyPACK3B 碳化硅混合模塊。
面向全球汽車行業(yè)公開發(fā)售碳化硅HybridPACK Drive 模塊
發(fā)布了1200V IPM碳化硅模塊
?2022年，英飛凌擴大第三代半導體的產(chǎn)能，將投資超過20億歐元（合計約144億人民幣）擴大SiC 和 GaN的產(chǎn)能