安森美半导体的SiC器件：高可靠性、高性价比、全部车规

当下，以碳化硅（SIC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体功率器件正在兴起。与传统的硅器件相比，宽禁带半导体功率器具备很多优点，如功率密度高、效率高、尺寸小、耐高温等优势。两者之中，SiC器件更加成熟，已经在很多领域得到了应用。近日，功率半导体主要厂商之一安森美半导体公司电源方案部产品市场经理王利民先生向我们介绍了安森美半导体的SiC器件的优点和应用。

高性价比与高可靠性

王利民介绍说，碳化硅器件具备良好的高压、高频、高效率特性。普通硅器件若要做出碳化硅MOSFET的Rds-on和开关损耗，需要100倍硅MOSFET的面积。同样的面积，硅IGBT相对的内阻或压降要高3到5倍，开关损耗大致要高至少10倍以上。所以，在高压领域，碳化硅MOSFET以及碳化硅的二极管都是非常理想的开关器件。

与硅器件相比，安森美半导体的碳化硅方案具备很好的性价比。同样的电源，如果替换成碳化硅方案，其体积、功率密度以及整体BOM成本都会得到优化。例如，对于十几千瓦的升压或PFC或升压应用，碳化硅MOSFET不仅效率会大幅度提高，总成本也会比IGBT方案低。

王利民说，与同行相比，安森美半导体的碳化硅器件也具有卓越的成本结构。为实现高性价比，安森美半导体一是通过设计、技术进步来降低成本，二是通过领先的6英寸晶圆的制造以及最好的良率来达到好最低的成本，三是通过不断扩大生产规模来降低成本。将来，较小生产规模的厂家很难参与竞争。

同时，安森美半导体的碳化硅器件具备全球领先的可靠性。高可靠性是通过安森美半导体专有、独立的晶圆设计实现的。安森美半导体的晶圆设计独一无二的，包括一些端接设计。

再来看实际表现。在下图所示的H3TRB测试（高温度/湿度/高偏置电压）中，安森美半导体的碳化硅二极管可以通过1000小时的可靠性测试。实际测试中，测试会延长到2000小时，这大幅领先于市场的可靠性水平。王利民说，安森美半导体曾经是JEDEC可靠性委员会的成员，宽禁带可靠性标准委员会现已并入JEDEC标准委员会。

图：安森美半导体的碳化硅器件与竞品的H3TRB测试结果

重点市场：汽车、新能源、5G电源

王利民说，安森美半导体的碳化硅战略会侧重在电动汽车、电动汽车充电桩、新能源以及5G通信电源等设备上。
汽车领域包含两大方面，一是电动汽车和混动汽车的主驱逆变器(Traction Inverter)，以及车载充电器(OBC)和DC-DC。二是电动汽车充电桩。
电动汽车会是未来碳化硅的主要驱动力之一，占整个碳化硅总体市场容量的约60%。碳化硅器件可大幅度提高转换效率，进而增加电动汽车的续航能力。王利民说，目前几乎所有做主驱逆变器的厂家都以研究碳化硅做主驱为方向。在OBC和DC-DC领域，绝大部分厂家是也使用碳化硅器件作为高效、高压和高频率的功率器件。
至于充电桩，王利民说，现在消费者最感兴趣的是直流快充，它需要非常大的充电功率以及非常高的充电效率，这些都需要通过高电压来实现。目前有很多使用主开关的碳化硅MOSFET电动汽车充电桩方案，其应用前景非常广阔。
在汽车领域，安森美半导体提供整套方案，包括单管方案、模块方案，以及各种电动车和混动车的车载充电器方案，并可提供整套电路图纸、BOM以及实际的实物。
安森美半导体第二个碳化硅战略市场是5G电源和开关电源（SMPS）领域。开关电源一直追求高功率密度，从最早通信电源的金标、银标，到现在5G通信电源和云数据中心电源，这些都对于高能效有非常高的要求。碳化硅器件没有反向恢复，使得电源能效非常高，可达到98%的能效。
在新能源领域，王利民说，太阳能逆变器中碳化硅二极管的用量非常巨大，每年太阳能逆变器的安装量也在持续增长，预计未来10-15年将会有15%的能源（目前是1%）来自太阳能。随着现在太阳能逆变器成本的优化，我们已经能看到不少厂家会使用碳化硅的MOSFET作为主逆变的器件，来替换原来的三电平（逆变器）控制复杂电路。
全部车规
安森美半导体提供的碳化硅二极管和MOSFET芯片和模块全部符合汽车标准，有多种电压、电流和封装选择。安森美半导体提供的二极管包括1200V、650V第1.0代、650V第1.5代和1700V产品。
碳化硅二极管能够耐受非常大的冲击电流。以1200V 15A的碳化硅二极管为例，安森美半导体的的碳化硅二极管在毫秒级有10倍的过滤，在微秒级有50倍的过滤。针对电动车主驱或者马达驱动的应用里对于碳化硅二极管雪崩的要求，安森美半导体的碳化硅二极管具有雪崩量，如1200 V 15A SiC 二极管的雪崩电流接近200 A (3500 A/cm2)。
安森美半导体的MOSFET几乎涵盖了市面上所有主流的碳化硅MOSFET，包括电压1200V、内阻20/40/80/160mΩ、封装形式TO247、TO247的4条腿以及D2PARK的7条腿的产品。另外该公司还有900V的碳化硅MOSFET，包括20mΩ和60mΩ市场主流规格。
最后，王利民总结说，安森美半导体的碳化硅产品方案具备三大重要特性：世界领先的可靠性、高性价比、所有的碳化硅器件均满足汽车规范。