功率半导体产业展新局碳化矽跻身电源元件主流

过去几年来，碳化矽（SiC）型功率半导体解决方案的用于情形大幅度茁壮，沦为各界倚赖的革命性发展。推展此项市场发展的力量还包括下列趋势：节约能源、削减体积、系统统合及提高可靠性。

　　IGBT配上SiC二极体　宽带隙技术转变局势　　SiC装置定位需要充份因应上述市场挑战。这项全新的宽带隙技术，不仅是向前迈向的革命性发展（例如过去几年来每一代新型的矽功率装置），也具备确实转变局势的能力。碳化矽型系统的革命性能力在于大幅度提高效能，对于注目创意及划时代解决方案的设计人员而言，非常具备吸引力。

IGBT或超强接面MOSFET融合SiC二极体，早已沦为多种应用于的标准配备，例如太阳能、充电器或电源供应。　　这类人组是以较慢的矽基电源配上SiC二极体，一般来说称作混合式解决方案。　　近年来英飞凌早已生产数百万个混合式模组，加装于各种有所不同的客户产品。

　　全球第一个混合式模组是在十多年前研发，以英飞凌EconoPACKPCB平台为基础（图1）。特定应用于部门是英飞凌任何新技术的初期使用者。视实际系统价值而以定，如果新技术成本/效能的吸引力，不足以转用更高技术的新型解决方案，其他应用于就不会第一时间。

英飞凌将深得认同的SiC二极体设计，应用于高阶电源供应器之后，找到太阳能变频器及降压电路是其中最有可能获益于此项新技术的部分。　　　　图1　全球第一个混合式模组解决方案，自2006年起生产。　　除此之外，大大电系统（UPS）及充电器等领域也有可能第一时间。

看起来马达驱动器、机车设备，以及长年未来发展的汽车应用于等传统部门，预计都将十分有兴趣大规模改采新型半导体技术。　　以往，能源效率是设计及行销的关键，也使太阳能变频器迈进顺利。例如降压电路用于的SiC二极体，是超过98%以上效率的最佳解决方案。

　　目前太阳能设计的主要趋势，是基于增加转换损耗的方式来提高功率密度，构建体积更加小的散热器，此外也容许用于更高的作业频率，藉以增大磁铁尺寸。SiC二极体在现代太阳能变频器及微变频器应用于方面，于是以渐渐沦为主要元件。最近英飞凌SiC二极体技术踏入第五代。

SiC二极体则更进一步使用增大晶粒的方式，超过极具吸引力的成本定位。　　此外，新技术功能实作之后，将较前代技术获取更好的客户利益，例如减少相反电压叛，使导通损耗增加，以及提高突波电流功能，并提高瓦解不道德。

混合式解决方案是现今全球太阳能变频器的标准作法。英飞凌早已获取此类技术15年以上，以深得认同的纪录及可信的大量生产，沦为此项技术有一点信赖的合作夥伴。　　英飞凌使用整合式的生产概念，SiC晶片的生产线与大量的矽功率晶片完全相同，藉此确保超过与矽产品同等的可靠性及制程稳定性。

此外，这项整合式概念也在生产能力方面也有所弹性，这项关键因素有助在较慢变迁的市场上推展新兴技术普及。　　依据对系统的了解瞭解，并具体侧重在提高成本效能，可在矽半导体及碳化矽半导体之间构成最佳人组，顺利定义产品。

　　磁铁元件尺寸大幅度削减　SiC顺利在望　　这项作法仍然以显半导体技术推展产品定义，而是针对目标系统量身打造出的解决方案，此一发展方向是SiC顺利在即的关键要素。从二极体技术的经验显然，SiC电晶体未来几年将以类似于方式发售。这是最重要的下一步，让SiC更加能与主流技术并驾齐驱。

如上所述，关键要素为：　　．深得认同的牢固程度　　．不具吸引力的成本/效能，构建可评测的系统优点　　．大量生产能力　　．依据对系统的瞭解来推展产品定义　　多年来展开非常丰富了解的研究，主要是为了瞭解SiC的系统利益。用于单极SiC电晶体的转换器提高转换频率，可大幅度削减磁铁元件的体积和重量。

依据英飞凌的分析，建构于SiC装置的转换器相比于现有的矽基参照解决方案，尺寸仅有为三分之一，重量则只有25%。由于体积及重量大幅度削减，系统成本也可减少20%以上。

　　未来几年碳化矽解决方案将拓展转入其他应用领域，例如工业或机车装置。这是因为市场力量促成损耗减少，不仅为了提高效率，也是为了增大PCB体积（由增加散热器市场需求所促使）。如图2右图，SiC早已用作各种高阶及利基解决方案。

现今的设计也充分发挥上述效益，在特定应用领域减少系统成本。　　　　图2　SiC的优点各不相同用于场所及涉及应用于　　未来实作碳化矽解决方案后，不会有更加多应用于获益于整体的损耗减少。在此方面，下一项最重要步骤就是使用SiC电源。

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