“安森美半導體對碳化硅市場的布局集中于汽車、電動汽車充電樁/器、可再生能源、電源四個重點市場,致力于提供全系解決方案。”在近日安森美半導體主辦的媒體交流會上,安森美半導體電源方案部產品市場經理王利民說到。
近年來,SiC功率器件的出現大大提升了半導體器件的性能,這使得眾多巨頭廠商將眼光瞄準該市場,并且加大市場投入力度。據Yole預測,2023年SiC功率器件市場規模預計將達14億美元,其主要的市場增長機會在汽車領域,特別是EV、混合動力車和燃料電池車等電動車應用市場。
而安森美半導體也在2017年的時候開始布局碳化硅市場。縱觀半導體全球市場,作為半導體新興領袖,安森美半導體位列前20名集成器件制造商,尤其是在功率半導體這一細分領域,安森美半導體通過一系列收購,成為了全球第二大功率(分立和模塊)半導體供應商。
在媒體會上,王利民主要介紹了安森美半導體碳化硅的策略及方案。其2019年營收大約是55億美元,計劃未來5年收入超過100億美元,成為全球前十大的整合元器件廠商(IDM)。
碳化硅為何備受廠商青睞?
其實當現有的硅半導體器件,由于受到場強、禁帶以及能隙、熱導率的限制,其應用被限定在一些低壓、低電流、低頻率和一般效率的場合。為了達到現在新能源、汽車以及通信應用對于高功率密度、高電壓、高頻率、高效率,以及高導熱率的要求,所以新一代的寬禁帶半導體材料碳化硅以及其他的寬禁帶半導體材料應運而生。
碳化硅器件的產生,讓下一代半導體器件能夠提供硅半導體器件無法達到的革命性性能。
安森美半導體的碳化硅策略側重于以下4大重點市場。
首先是汽車領域,包含兩大方面,一是主驅,即主驅逆變器(TractionInverter),以及車載充電器(OBC)和DC-DC。
首先,我們來看安森美半導體在碳化硅市場聚焦的汽車市場。
電動汽車會是未來碳化硅的主要驅動力之一,占整個碳化硅總體市場容量的約60%,碳化硅每年可以增加多達750美元的電池續航能力,碳化硅器件應用于主驅,OBC、DC-DC,可大幅度提高效率,因此能給電動汽車增加續航能力,有一些電動汽車從不可以銷售變成可以銷售,售價也大幅度地增長,因為續航里程和售價是成正比的。鑒于以上優點,目前幾乎所有做主驅逆變器的廠家都以研究碳化硅做主驅為方向。
在OBC和DC-DC領域,絕大部分廠家是使用碳化硅器件作為高效、高壓和高頻率的功率器件。例如,美國加利福尼亞州已簽署行政命令,到2030年要實現500萬輛電動車上路的目標;歐洲也有電動汽車全部替換燃油車的時間表;而在中國各大一線城市,電動汽車可以零費用上牌。這一系列政策都推動了電動汽車的大幅增長,電動汽車對于高壓、高頻率和高效率器件的需求也推動了碳化硅市場的大幅增長。
二是電動汽車充電樁。根據目前的國家策略,至2020年電動汽車充電樁的部署要達到非常大的數量。此外,新基建、新的內循環等一系列策略都在快速地帶動電動汽車充電樁的發展。
因此,電動汽車充電樁也是安森美半導體碳化硅戰略市場之一。充電樁實現的方案有很多種,現在消費者感興趣的就是直流快充。直流快充的充電樁需要非常大的充電功率以及非常高的充電效率,這些都需要通過高電壓來實現。在電動汽車充電樁的應用里,碳化硅無論是在Boost、還是輸出的二極管都又廣泛應用。目前有很多使用主開關的碳化硅MOSFET電動汽車充電樁方案,其應用前景非常廣闊。
可再生能源并非新市場,且該市場在短期內一直會是整個市場的主方向及趨勢。綠色、可再生能源一直處于快速增長中,有300多GW的安裝能量。高壓高頻率器件在太陽能逆變器里都有非常大的市場空間。
我國世界領 先的5G以及在預研6G,在這類領 先的通信電源場合,5G的電源對于高效率的需求也是巨大的。
作為傳統的新興市場,在太陽能逆變器領域,碳化硅二極管的使用量也非常巨大,每年太陽能逆變器的安裝量也持續增長,預計未來10-15年將會有15%的能源(目前是1%)來自太陽能。
太陽能是免費再生能源,碳化硅半導體可應用于太陽能逆變器的Boost,并且隨著太陽能逆變器成本的優化,已經能看到不少廠家會使用碳化硅的MOSFET作為主逆變的器件,來替換原來的三電平(逆變器)控制復雜電路。
政策驅動方面,歐盟有20-20-20目標,即到2020年,能效提高20%,二氧化碳排放量降低20%,可再生能源要達到20%。NEA也設定了清潔能源目標,到2030年要滿足中國20%的能源需求。
此外,安森美半導體碳化硅戰略市場是:5G電源和開關電源(SMPS)領域。
傳統的開關電源領域在Boost及高壓電源,對功率密度一直有著持之以恒的追求,從早期通信電源的金標、銀標,到現在5G通信電源,云數據中心電源,這些都對于高能效有非常高的要求。碳化硅器件沒有反向恢復,使得電源能效非常高,可達到98%的能效。電源和5G電源是碳化硅器件傳統,也是目前相對較大的一個市場。
“同樣的電源,如果替換成碳化硅方案,其體積、功率密度以及整體BOM成本都會得到優化。例如,對于十幾千瓦的升壓或PFC或Boost方案,使用安森美半導體的碳化硅MOSFET的方案,不僅效率會大幅度提高,而且總的方案成本也會比IGBT方案低。”王利民說到。
綜合來看,安森美半導體的碳化硅戰略能為用戶帶來四個方面的價值,無與 倫比的成本結構、領 先的可靠性、按時交付率高、產品豐富方案完整。
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