英飞凌在 20 多年前就开始碳化硅 (SiC) 的生产，并长期以来将这种材料视为电力电子的未来。现在，更多的公司正在进入这一领域。
目前，包括通用和特斯拉等汽车制造商正在转向采用 SiC 芯片，以制造电动汽车 (EV)，SiC可以使汽车充电后可以行驶更远，并且充电更快。
英飞凌 SiC 业务副总裁 Peter Friedrichs 表示，SiC是非常适合在 650 V 或更高电压下的电源管理应用，尤其是在汽车等高温和恶劣环境下。他指出，SiC器件具有独特的物理特性，使客户能够将更多功率转换集成到更紧凑，更轻便，更少散热的外壳中，从而提高了功率密度。
Friedrichs 表示，英飞凌目前向 3000 多家客户销售 SiC MOSFET 和其他功率器件，其中包括台达电子、现代、施耐德电气和西门子。他们正在将它们构建为电动汽车、电机驱动器、太阳能逆变器和工业级开关电源的核心，这些电源能提供高达数万瓦的功率。
“有些客户根本不想谈论硅。”Friedrichs上个月在 APEC 2022 上表示。
英飞凌在2022年3月推出了一系列全新的 SiC MOSFET，适用于从电动汽车到太阳能逆变器的所有产品，以便在竞争激烈的 650V 市场上取代标准的MOSFET 和 IGBT。
公司还加大了对基于 SiC的芯片生产的投资，以支撑供应并降低制造 SiC 器件的高成本。
升级的 650V SiC MOSFET
在 APEC 上，英飞凌推出了其最新的 650-V SiC MOSFET 系列，作为其 1200V 和 1700-V 器件的补充。
新芯片采用紧凑型 D2PAK SMD 7 引脚封装，采用英飞凌 XT 互连技术。与使用传统硅的 MOSFET 相比，它们在更高电流下提供更好的开关特性，并且反向恢复电荷和漏源电荷降低 80%。XT互连建立在封装的散热能力之上。与标准互连相比，最多可消耗 30% 的额外功率损耗。
SiC 是一种宽禁带半导体，这一特性有助于它在击穿之前承受更高的电压（高达数千伏），并能承受比硅 MOSFET 更高的温度（175°C 或更高）。除了高压耐受性之外，SiC 器件还能以更高的频率和更高效地运行。
SiC 在较高电压水平下也具有较小的导通电阻，这就意味着较低的传导损耗、较低的开关损耗以及更高的电流密度。此外，SiC 提供比 MOSFET 和 IGBT 更快的开关速度，这使您可以使用更小的外部组件（如变压器和无源器件）。
基于 SiC 的功率器件也减少了热量损失，从而可以采用更紧凑、更轻便的散热器。总而言之，这些优势总而而言，转化为系统级别的成本节约。
这10款新器件具有 -5 至 23 V 的宽栅源电压范围，支持 0 V 关断和 4 V 栅源阈值电压 (VGS(th))，新产品可以搭配标准的MOSFET栅极驱动器IC使用。
SiC MOSFET 是在高电压应用中替代 IGBT 的最佳竞争者，因为它降低了开关的开通和关断损耗，有助于减轻电源的重量和体积。IGBT 将 MOSFET 的高输入阻抗和快速开关速度与双极结型晶体管 (BJT) 的高导电性结合在一起，可为电动汽车提供高达数万瓦的功率。
目前，工程师还不太习惯使用 SiC 器件进行设计的权衡取舍，这主要是因为该技术较新，IGBT 仍然很受欢迎，因为它们相比SiC MOSFET更便宜。
从电动汽车到更多市场
虽然 IGBT 目前在电动汽车中得到大规模应用，但Friedrichs表示，SiC器件正在推动电动汽车走向未来。
他说，SiC 器件正在抢占电动汽车动力总成核心的 80% 左右的电力电子部件，主要是主牵引逆变器，此外还包括车载充电器和直流-直流转换器等。
英飞凌此前曾表示，SiC 可以帮助将电动汽车的续航里程提高 5% 到 10%，或者意味着相同里程下，汽车制造商能够使用更小、更轻、成本更低的电池。
英飞凌并不是唯一一家向电动汽车市场供应SiC的公司。去年，通用汽车同意从 Wolfspeed 购买 SiC 器件，用于通用汽车 Ultium Drive 系统中的集成电力电子设备。
据 Exawatt 估计，到 2030 年，仅电动汽车中的 SiC 器件市场就将超过 25 亿美元。
如今，英飞凌的新型 MOSFET 将 SiC 的优势带入工业和数据中心电源、太阳能逆变器和其他可再生能源基础设施以及电机驱动器中的硬谐振开关拓扑。
还提供改进的雪崩保护和短路保护。因此，它们非常适合具有重复硬换向的电源拓扑和需要更坚固构造以承受更恶劣环境的系统，例如电动汽车和卡车、工厂车间或太阳能电站等高温环境。
并且650-V器件可支持双向拓扑以降低系统成本并易于集成。
供应、需求和价格
Friedrichs 表示，英飞凌正试图通过创新的 SiC 器件在电源设计挑战中领先一步。例如，该公司即将在 2022 年推出其独特的第二代 SiC 沟槽 MOSFET 技术，这将带来更高水平的功率密度和功率效率。
他表示，随着各行业竞相减少碳足迹，全球对SiC的需求与日俱增，因此英飞凌计划投资超过 20 亿美元来提高其 SiC 和 GaN 的产量。
此外，英飞凌已经计划在其位于奥地利菲拉赫的晶圆厂升级成支持 SiC 和 GaN的生产。
关于未来最大的挑战，是确保系统级的成本节省可以超过SiC的成本。英飞凌和其他公司正在采取措施缩小与硅的成本差距，但距离完全缩小这一差距还有几年的时间。
为了提高产能降低成本，英飞凌正在使用一种名为 Cold Split 的技术来提高产量，从而切出更薄晶圆的产品。Cold Split 承诺将可从 SiC 晶圆中切出的芯片数量增加一倍，从而帮助其提高产量并节省成本。
英飞凌表示，准备在 2023 年采用 Cold Split 技术来提高SiC的产能。