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国产功率器件现处于什么技术水平?

2021-04-23 15:20:01 赵明灿 阅读:
在2021年慕尼黑上海电子展上,本土功率器件厂商瑞能半导体科技股份有限公司半导体市场部总监谢丰就该公司包括SiC在内的最新的功率器件技术向媒体朋友做了详细解读。

众所周知,以SiC和GaN为代表的第三代半导体是功率器件领域最热门的话题。在2021年慕尼黑上海电子展上,本土功率器件厂商瑞能半导体科技股份有限公司半导体市场部总监谢丰就该公司包括SiC在内的最新的功率器件技术向媒体朋友做了详细解读。Xkyednc

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谢丰表示,这次展会基于传统的硅基器件,瑞能带来了一些比较新的产品。例如快恢复二极管,瑞能推出了第四和第五代的产品,第五代产品是超软恢复的二极管产品。基于应用的需求、应用的高频化或者客户对效率的极致追求,瑞能做了特殊优化。对于化合物半导体部分,也是瑞能比较重视的领域,瑞能碳化硅产品在今年推出了第六代产品,同时,像IGBT产品,还有保护器件,在瑞能的展台上都有展示。Xkyednc

谢丰介绍说,在化合物半导体方面,瑞能主要做碳化硅MOS器件,而不涉及氮化镓领域。他解释说,瑞能的优势领域包括消费电子和工业(包括新能源)两大领域,瑞能认为SiC产品的应用范围将来前景广阔。同时,电动汽车采用碳化硅产品也是一个主流趋势,其中涉及到高电压、大电流,以及功率等级也比较高。Xkyednc

目前,除了碳化硅二极管,瑞能今年还新推出了1200V的碳化硅MOSFET。但这并不是说碳化硅电压提升有难度。谢丰谈道:“碳化硅电压等级是其整个材料特性决定的,比如做1700V或3300V的碳化硅,对碳化硅材料本身来说不是问题,它耐压能力就非常强。硅也做得挺好,也有1700V的IGBT的器件。碳化硅主要是在高温、高频下的稳定性做得更好。它的高温特性和常温特性能够比较接近,硅的器件在高温下特性会衰减。”Xkyednc

目前,碳化硅器件的成本比硅大概贵5到6倍,但还在持续下降过程中(注:这里是说碳化硅器件成本,整机成本相对会便宜很多)。谢丰解释说:“因为碳化硅是衬底,衬底占了50%的碳化硅器件成本,还有外延,再加上封装的成本,目前我们看到衬底的成本在急剧下降,不光是国外比较好的衬底厂商,现在国内也有很多厂商加入到衬底,比如像山东和北京的一些公司,他们做的东西也是不错的。市场因为竞争的关系,衬底成本在下降,整个碳化硅降价幅度也是比较快的。因为碳化硅本身的特性,所以的确还是比硅贵非常多。”Xkyednc

呢么,瑞能的碳化硅有什么优势呢?谢丰回答说:“就碳化硅器件来说,我们在国内算是头部供应商了。我们的产品性能可以说是媲美国际品牌的,碳化硅的二极管产品现在国际上最先进的是第六代的碳化硅二极管产品,国内厂商也就是我们现在有这个平台和技术可以推出第六代的碳化硅产品。”他并补充说,瑞能的碳化硅采用国际主流技术,相对于国际品牌来说是同样的技术平台,在性能、可靠性各方面也得到很多国内一线客户的认可。Xkyednc

对于最新的应用,瑞能最新的产品不断在研发或生产上做调整来适应各种变化需求。比如,在5G的通信电源方面,其碳化硅产品已获得很多5G的主要供应商采用。在消费电子方面,举例来说,去年7月份国家颁布了新的空调能效标准,空调厂商也做了很多改进来适应能效要求。这反过来也促进了器件供应商做器件的改进来适应它的变化。比如,以前空调工作频率是20kHz,现在都是60、70kHz。瑞能的第五代软恢复二极管,让整体EMI性能更好,包括其碳化硅产品也在国内主要空调厂商批量使用,量还非常大。这都是从其产品的规划或者设计方面做了很多适应应用变化的布局。Xkyednc

在通用性上,功率半导体作为一种标准产品,可以互相替换。但是,“这不是简单地我拿A的就可以把B的替换掉,中间还是涉及到很多产品的性能、可靠性、质量方面的验证。如果我今天A和B的电压、电流等级这些都是一样的,去替换理论上是可以的,但是所需要的认证工作是不可避免的。比如说很多厂商会做整机的老化测试,这个测试过程还是不能避免的。”谢丰强调说。Xkyednc

在问及在新能源汽车领域和充电桩市场瑞能的布局时,谢丰介绍说:“对于充电桩或者新能源汽车这块,的确我们是有布局的。比如说硅,高压的1200V的快恢复二极管在充电桩被很多客户使用,这块用量是很大的。同时碳化硅器件,不管是650V的还是1200V的碳化硅器件,在充电桩里面也是有很多应用。随着对效率的要求越来越高,可能硅就要换碳化硅的器件,包括IGBT也要被替换掉。”Xkyednc

对于碳化硅技术发展的最大挑战,谢丰认为是可靠性。“硅已经发展了五六十年了,大家对硅都研究得很清楚了,包括怎么把器件设计得更加可靠,有非常多的理论予以支持。但是碳化硅大家对它的认知毕竟时间比较短,还需要更多的研究和探索。从衬底这块怎么把缺陷降低,器件上怎么做更好的设计,提升产品的质量和可靠性。工艺器件就是一个电源转换的器件,可靠性是非常重要的,任何客户都不希望使用过程当中失效,而且你放在车上、光伏上或者充电桩上,室外的粉尘、高温、震动是没有办法避免的。怎么把这个做得很可靠,降低它的失效率,这是很大的挑战,需要花更多精力研究。”Xkyednc

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赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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