電子感冒友網(wǎng)報導(dǎo)（文/梁浩斌）氧化鋁在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用近些年來進(jìn)展神速，自今年開始，多家車企的新車型在主驅(qū)逆變器或是在OBC上都采用了氧化鋁元件，例如蔚來ET5/7、SMART精靈、小鵬G9、比亞迪海豹、路特斯等。明年則愈加普遍，包括極氪009/X、小鵬G6，凌志RZ、現(xiàn)代IONIQ6等等，還有更多車企早已官宣在未來的車型中采用SiC技術(shù)。
作為新能源車輛的重要配套設(shè)施，近些年來充電樁也在國家新政以及新能源車輛快充需求促使下持續(xù)發(fā)展，大功率充電樁逐漸開始鋪開。
SiC相比傳統(tǒng)硅基功率半導(dǎo)體，在大功率、高電流的應(yīng)用場景中具有很大的優(yōu)勢，因而充電樁仍然以來都是SiC行業(yè)的重要目標(biāo)市場之一。現(xiàn)在在新能源車輛上風(fēng)生水起的SiC元件，在充電樁市場的表現(xiàn)又怎樣？
充電模塊功率密度需求驅(qū)動，SiC晶閘管率先上樁
為了解決電動車輛補能痛點，大功率快充是大部份車企選擇的路線，在800V平臺的應(yīng)用下，充電功率可以輕松超過200kW，而一些車型通過采用更高充電倍率的電瓶包，快充功率可以超過400kW。
于是，往年的120kW、180kW等尺寸的充電樁功率已然未能滿足目前新能源車輛的需求，400kW以上的大功率充電樁，是目前行業(yè)的重要發(fā)展方向。
不過對于SiC的應(yīng)用，威兆半導(dǎo)體產(chǎn)品經(jīng)理陳銀覺得，因為技術(shù)上的一些難點，短期來看200kW內(nèi)的充電樁SiC應(yīng)用會相比400kW充電樁增長更快。
“400KW超大功率充電樁，是一個重要的產(chǎn)品發(fā)展方向。相信400KW會有廠商不斷加入進(jìn)來，但短時間內(nèi)產(chǎn)生不了較大的市場規(guī)模，更多的是企業(yè)一個先進(jìn)的技術(shù)研制實力和產(chǎn)品的展示。反倒200KW以內(nèi)的充電樁SIC的應(yīng)用會越來越多，這主要基于效率和功率密度的提高需求考慮。”
據(jù)陳銀介紹，400kW超大功率充電樁本身有一定的技術(shù)難度，比如怎么提升樁的功率密度、內(nèi)部散熱怎樣處理、如何平衡充電廠的波峰波谷等等一系列問題，與現(xiàn)今市面上快充樁不論是電路拓?fù)洹峁芾矸椒ā⒐β试男枨蠖加惺执蟮膮^(qū)別，并不是簡單的功率提高；同時對車身上的充電管理和動力電板等部件而言，也須要專門的設(shè)計來匹配如此大的充電功率，這對成本和可靠性、壽命都帶來特別大的挑戰(zhàn)。
提到SiC在充電樁上的應(yīng)用情況，森國科總總監(jiān)楊承晉在接受電子感冒友網(wǎng)專訪時表示，現(xiàn)階段SiC晶閘管的需求量較大，而使用SiC+SiC晶閘管的“全氧化鋁”充電樁方案也有在設(shè)計中。
“從去年的情況來看，隨著SiC晶閘管的降本，SiC在充電樁產(chǎn)品上的應(yīng)用滲透速率是推動了的。非常是在1200V等級下，SiC晶閘管的性價比早已追趕上同樣是1200V的硅基晶閘管。”
據(jù)楊承晉介紹，硅基晶閘管與SiC晶閘管在650V尺寸下價位差別可能還比較大，而且目前大功率充電樁普遍采用高壓小電壓方案，電流達(dá)到800V甚至1000V。所以在充電樁中要提升耐壓的話，須要用到2顆650V硅基晶閘管串聯(lián)，但若果用SiC三極管，可以只須要一顆1200V的產(chǎn)品，性價比相對較高。
目前SiC在充電樁上應(yīng)用不多，不過楊承晉也提及公司的SiC產(chǎn)品仍處于供不應(yīng)求的階段。
雖然SiC是有寬廣的應(yīng)用前景，但現(xiàn)階段的市場上，新能源車輛中的主流功率元件仍然是硅基的產(chǎn)品，充電樁同樣這么。
對于在充電樁中的應(yīng)用，陳銀表示，充電樁行業(yè)都是比較標(biāo)準(zhǔn)的模塊化設(shè)計和產(chǎn)品，目前主流的單模塊功率有15KW、20KW、30KW、40KW等，主流還是IGBT+SJMOS方案，使用SiC元件還是比較少，僅有小部分廠商在檢波部份用到SiC晶閘管。
陳銀預(yù)計，當(dāng)充電樁模塊功率再往上提升50KW、60KW，同時對效率有更高要求時，SiC元件會有更大應(yīng)用空間。他還透漏，目前公司早已有顧客在新開發(fā)的充電樁模塊上應(yīng)用SiCMOS。
充電樁市場成本壓力大，冀望方案升級優(yōu)化
在GaN導(dǎo)出手機充電器的早期，因為GaN元件的高頻特點，充電器的方案都與過往不同，在早期設(shè)計階段還是通過上下游的緊密合作才逐漸解決方案設(shè)計中出現(xiàn)的一些問題。同為第三代半導(dǎo)體的SiC，在充電樁中的使用似乎也會碰到類似問題。
陳銀強調(diào)，以目前主流充電樁方案看，要使用SiCMOS元件，方案設(shè)計變動會比較大，像平臺電流、輔助電源、電氣安全、保護(hù)策略、控制方法等都要做相應(yīng)的變動。同時充電樁方案主功率回路頻度十分高，且采用單管多顆并聯(lián)，對SiC元件的高頻響應(yīng)、動態(tài)耗損、門極可靠性、參數(shù)一致性等都有比較高的要求。
其實，方案設(shè)計上的變化，帶來的可能是早期研制投入降低，造成整體方案成本較高。所以在被問到SiC元件在充電樁市場推廣中遇見的困局時，陳銀表示主要是在目前主流成熟的充電樁模塊方案上使用SiCMOS元件帶來的性能提高不足以覆蓋掉成本提高的惡果。
另外，市場競爭也給SiC大規(guī)模步入充電樁帶來了阻力。“近幾年充電樁市場大幅地下降，行業(yè)內(nèi)廠商在急劇擴大產(chǎn)能借助成熟的產(chǎn)品來占領(lǐng)更多的市場份額；同時作為新能源車輛行業(yè)，充電樁也有更多的新玩家步入該市場領(lǐng)域，市場容量雖越來越大，但成品價錢仍然在持續(xù)低迷，目前價位可能不足以前的三成了，可見行業(yè)成本壓力之大。”
楊承晉也持有類似的觀點，他表示，SiC功率元件自身特點足以滿足充電樁應(yīng)用的品質(zhì)需求，目前在推廣階段最大的挑戰(zhàn)在于充電樁行業(yè)本身競爭較為激烈，當(dāng)企業(yè)的收益率不達(dá)標(biāo)時，相應(yīng)的對上游廠商能夠提供更好的成本結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品就有了更高的要求，這也是行業(yè)屬性所決定的。因而，囿于氧化鋁功率元件的成本現(xiàn)況功率串聯(lián)和并聯(lián)的算法，讓SiC的應(yīng)用目前還只局限于一些高檔充電樁產(chǎn)品中。作為國產(chǎn)氧化鋁功率元件的供應(yīng)商來說，森國科總總監(jiān)楊承晉也提出一些降本的想法，一方面是當(dāng)市場需求體量越來越大時，通過規(guī)模效應(yīng)去增加成本；另一方面是針對供應(yīng)商來說，在元件結(jié)構(gòu)設(shè)計上創(chuàng)新來尋求更多改善空間，例如簡化電路拓?fù)洹⒖s小容積等。
對于未來SiC在充電樁上的應(yīng)用，陳銀也表示目前還是展望后續(xù)充電樁模塊產(chǎn)品的升級和技術(shù)迭代，讓方案對SiCMOS元件愈發(fā)友好，其性能優(yōu)勢愈發(fā)顯著，整體方案成本可控。
新能源推動高壓產(chǎn)品需求，國外廠商加速布局
近些年來，新能源領(lǐng)域包括車輛、光伏等行業(yè)的爆發(fā)，讓功率元件需求驟降，IGBT、SiC等都在市場上出現(xiàn)過供應(yīng)短缺的問題，這對于功率元件廠商而言，也為她們帶來了業(yè)務(wù)上的一些變化。
例如陳銀提及，若干年前公司銷售產(chǎn)品中，中低壓MOS搶占絕對份額。但經(jīng)過這幾年光儲充、汽車行業(yè)的爆發(fā)性下降，推動了公司高壓產(chǎn)品包括IGBT、超結(jié)MOS、SiCMOS銷售額的快速下降，促使公司的收入結(jié)構(gòu)配置愈發(fā)均衡。
據(jù)了解功率串聯(lián)和并聯(lián)的算法，在新能源的需求推動下，森國課目前主要布局了兩大業(yè)務(wù)，分別是功率元件、功率模塊以及功率驅(qū)動芯片，追求全品類的功率元件及模塊的供應(yīng)能力。在主營的SiC晶閘管、SiCMOS、碳化硅模塊業(yè)務(wù)上持續(xù)精耕的同時，森國科也早已布局了超結(jié)MOS、IGBT等市場短缺的重要產(chǎn)品線。
在SiC晶閘管方面，今年森國科快速覆蓋了近100+機型，并持續(xù)探求創(chuàng)新技術(shù)。目前推出了第五代MPS（刻蝕的混和型PN結(jié)勢壘肖特基晶閘管）產(chǎn)品，刻蝕工藝做到全球最薄的110μm，而目前市面上大部份的產(chǎn)品在175μm的水平。對于SiC晶閘管來說，晶片減到越薄，元件性能越好，效率越高，相應(yīng)的散熱也更容易。
楊承晉還透漏，森國科去年將會推出1200VIGBT產(chǎn)品，超結(jié)MOS則從650V開始切進(jìn)市場；在SiCMOS方面，森國科去年的目標(biāo)是將平面型SiCMOS產(chǎn)品系列化，并預(yù)計最快2025年將推出溝槽型SiCMOS產(chǎn)品。
據(jù)陳銀介紹，威兆半導(dǎo)體在充電樁方案中常用的超結(jié)MOS和IGBT都有布局，包括Ω、Ω、Ω等尺寸的超結(jié)MOS，性能參數(shù)接近美國同類最新產(chǎn)品，其寄生晶閘管都具有超快的恢復(fù)特點；元件采用多層外延工藝，具有特別好的可靠性和壽命，適宜工業(yè)車輛領(lǐng)域的應(yīng)用。IGBT尺寸有、、，都是高頻產(chǎn)品，采用最新的溝槽柵場截至工藝，具有動態(tài)耗損小、飽和壓增加、抗沖擊能力強等特性。
對于SiC元件未來注重的應(yīng)用領(lǐng)域，陳銀表示，威兆半導(dǎo)體將重點發(fā)展新能源行業(yè)和工業(yè)電源行業(yè)，例如新能源車輛、光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、UPS、通信電源等等應(yīng)用。
最后，提到國外SiC晶閘管市場的內(nèi)卷現(xiàn)象，楊承晉覺得這不是一件壞事，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與其他行業(yè)一樣，在行業(yè)發(fā)展過程中還會經(jīng)歷一輪“內(nèi)卷”，淘汰一部份玩家，而才能活出來的，一定是在供應(yīng)鏈、研發(fā)、市場上具備三位一體能力的玩家。
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關(guān)于森國科
上海市森國科科技股份有限公司是一家專業(yè)從事功率元件、模塊，功率IC的高新科技企業(yè)。功率元件主要包括氧化鋁晶閘管、碳化硅、IGBT，功率芯片主要包括功率元件驅(qū)動芯片、無刷馬達(dá)驅(qū)動芯片兩大類。公司總部在北京市南山區(qū)，在上海、成都、蘇州設(shè)有研制及營運中心。公司研制人員占比超過70%，研究生以上學(xué)歷占比50%，來自臺積電、海思、比亞迪微電子、羅姆、華潤上華等機構(gòu)，涵蓋復(fù)旦學(xué)院、電子科技學(xué)院、西安電子科技學(xué)院、西北工業(yè)學(xué)院等微電子專業(yè)著名高校。
森國科氧化鋁產(chǎn)品線為650V和1200V氧化鋁晶閘管、碳化硅、SiC晶閘管模塊、SiC模塊，該產(chǎn)品系列廣泛應(yīng)用于新能源車輛、光伏逆變器、充電樁電源模塊、礦機電源、通信設(shè)備電源、5G微基站電源、服務(wù)器電源、工業(yè)電源、快充電源、軌道交通電源等。森國科氧化鋁產(chǎn)品采用6寸車規(guī)級晶片，具有高耐溫，高頻，高效，高壓特點，已逐步步入國外車輛三電、主流大功率電源、光風(fēng)儲逆變器、充電樁電源模塊等上市公司供應(yīng)鏈。
森國科功率IC采用先進(jìn)的高壓特色工藝，包括功率管及模塊的驅(qū)動、BLDC及FOC馬達(dá)的驅(qū)動。經(jīng)過5年的發(fā)展，該產(chǎn)品線的團(tuán)隊在BCD工藝，UHV工藝、數(shù)模混和、電機驅(qū)動算法方面有深厚的積累。功率元件驅(qū)動芯片，早已大規(guī)模量產(chǎn)中低壓系列，正式推出高壓系列。在馬達(dá)驅(qū)動芯片方面，早已推出三相BLDC散熱吊扇馬達(dá)系列，正式推出單相BLDC馬達(dá)驅(qū)動系列。
森國科在中金資本、北汽產(chǎn)投、藍(lán)思科技、凌霄股份、中科海創(chuàng)等股東的推動下，以低成本創(chuàng)新為己任，努力為顧客提供高性價比的紅色“芯”動力，成為全球領(lǐng)先的功率半導(dǎo)體公司！
