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SiC的市场格局及其带来的工程挑战有哪些?
发布日期:2019-11-14
碳化硅是近五年以来备受重视的第三代半导体,SiC功率器材的研制从1970年代就开端了,到了1980年代,SiC晶体 质量和制作 工艺获得了大幅改善,90年代末,除了美国之外,欧洲和日本也开端投入资源进行研制。尔后,职业开端加快开展。
到2001年英飞凌 推出了第一款SiC器材------300V~600V的SiC肖特基二极管 ,接着科锐在2002年推出了600V~1200V的SiC肖特基二极管,首要用在开关电源 操控和和电机操控中,随后ST、罗姆 、飞兆和东芝 等都纷繁推出了相应的产品。而SiC晶体管 和SiC MOSFET 则分别在2006年和2011年才问世。



图1:SiC功率器材开展进程。
最近几年,由于MOSFET技能开端被商场所承受,包含心思门槛和技能门槛,SiC商场开端了较快地增加。依据2019年Yole发布的SiC商场陈述,2018年SiC的商场规模约为4.2亿美元,该组织估计SiC商场的年复合增加率为29%,也便是说到2024年,SiC的商场规模将达19.3亿美元。
SiC玩家有哪些?
与集成电路 的制作相似,SiC器材的出产也有IDM和Fabless形式两种。现在首要以IDM形式为主。SiC工业链包含上游的衬底和外延环节、中游的器材和模块环节,以及下流的使用环节。因而,SiC工业链内的玩家其实有不少,其间比例最大的当属美国的Cree,依据Yole最新的陈述,它占了整个SiC功率器材商场的62%,它具有多年的SiC衬底出产经历,它旗下的Wolfspeed也是一家射频 和功率器材公司具有笔直一体化的出产才能。



图2:SiC电力电子器材工业链企业。
在衬底方面,国内的天科合达前史最为悠长,其产品现已在商场上卖了十几年了;第二家是山东天岳,其技能源于山东大学。此外,河北同光、世纪金光、中科节能和Nors te l也有相关技能。
在器材和模块方面,现在技能最强的仍是罗姆、英飞凌和Wolfspeed等国外厂商。国内的厂商技能与他们比较距离还比较大,国内首要仍是做SiC肖特基二极管为主。不过好消息是,距离在缩小,也内人士以为,距离的原因首要是国内起步比较晚,研制也就做了十年左右,而国外企业的研制至少现已做了25年了。SiC技能,尤其是SiC二极管技能,不是特别杂乱,只需企业乐意去做,沉下心去做,几年后根本就可以做安稳了,但SiC MOSFET的技能要更难,要追上来需求更长的时刻。像现在的泰科 天润的SiC二极管产品现已在国内卖了很多年了,也获得了职业的一些认可。
在代工厂方面,现在SiC工业界还没有真实的代工厂,听说也没有有产线的企业乐意给他人代工。所以国内的SiC Fabless企业一般都是要去找台湾的代工厂商,比方汉磊科技。国内的根本半导体便是一家Fabless的SiC企业。
这几年,国内有不少企业新进入了SiC范畴,其实要想在SiC范畴活下来,也不简单。首要要有满足的资金投入,由于它是一个高投入的职业,据业界人士泄漏,不说其他出资,就一个SiC制作厂的水电费,一个月也得200多万,因而,没有满足的资金支撑是很难坚持下去的;其次是上下流的支撑状况,上游能否拿到好资料,器材在下流能否卖出去,开端或许需求自己出资,对商场有必定的掌控力。三是技能团队很重要。
当然,国内的SiC企业有一个最大的问题,那便是上游资料不能把控,存在进不到货的问题。现在高端的衬底和外延片根本都是需求进口的。但假如上游国内自主衬底和单晶厂商能获得打破,信任过几年状况就能好转了。
SiC带来的工程应战
咱们都知道SiC的优点是具有更低的阻抗 、更高的运转频率和更高的作业温度。比方SiC的开关 频率一般为10KHz~10MHz,且还在开展中;其理论耐温超过了400℃,即便受现在封装资料所限,也能很简单做到225℃。
当然,更高的耐高温有优点,比方无需水冷,可以把设备的尺度做得更少。但它的这些特性其实也会带来一些其他的工程应战。比方当SiC器材作业在225℃时,其他周边器材该怎么处置,要都用本领这么高温的器材,那本钱又是一个大问题。
来自CISSOID的首席使用工程师Abel Cao曾总结了SiC功率器材的使用给工程规划带来的应战。在他看来首要有五大应战。
一是结构规划和导热规划。传统工艺首要选用DCB导热衬底、Die组合、引线键合、模塑填料或许灌封的方法进行结构规划,这些大都为单面散热,双面的效能有限;Die的空间方位,决议了散热差异和寄生电容差异。这些都不合适SiC器材的结构和散热规划了,SiC的高温,需求新封装资料和工艺。
二是杂散电感 和分布电容 。依照现在的拓扑结构,分支太多,寄生电感太大,各个支路寄生电感不一致,热不平衡。




三是全程模仿和仿真。
四是可靠性规划和寿数规划。这包含在方针环境温度下,要求的寿数期限;高温寿数模型;以及怎么验证的问题,由于现在民用如同还没有175℃的实验规范。
五是体系规划的演进才能。这包含新品的继续演进和产品概念的继续演进。
结语
SiC功率器材跟着技能的前进和商场承受度的进步,开端进入了快速成长期,这期间必定会有不少新的进入者参加到这个商场傍边,也会呈现一些新的使用,期望这些新的进入者可以耐得住孤寂,可以给整个工业链赋能,一起将这个工业做大,做好。
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