多種功率組件在新能源汽車中共存
在新能源汽車領域，SiC正在越來越多地被采用，特別是在車載充電器、高低壓DC-DC轉換器，以及牽引逆變器等應用中。SiC在全球新能源汽車市場的規模顯著，參考SA的預測，到2025年車載功率半導體的市場規模會達到46億歐元的規模，復合增長率高達30%。其中SiC的滲透率也將從17%（2020年）快速增長到接近32%（2025年）。
圖:功率半導體在電車市場的CAGR達到28% 圖片來源:Infineon
未來數年中，不同的半導體技術將并存于市場中，在不同的應用場景中分別具有特殊的優勢。在牽引逆變器中，基于不同的里程、效率和成本考慮，SiC和硅基IGBT各有各的發揮空間。例如，SiC用于后輪驅動，可提升巡航里程；而硅基IGBT則用于前輪，以便優化成本。在極端情況下，例如車載充電器中，在同一架構下，會同時采用多達五種不同的半導體技術，包括IGBT，硅基二極管、硅基MOSFET，超接面 MOSFET和SiC MOSFET。
圖:在新能源車中多種功率器件并存 圖片來源:Infineon
英飛凌工業電源控制事業部大中華區高級市場總監沈璐
電動汽車充電是一個新興的應用，其發展方向是更大功率，以縮短充電時間。
“為更大幅度地減少充電時間，目前業內直流的充電樁已經從單機系統功率120千瓦開始突破到240千瓦，甚至是360千瓦。與此對應的充電樁的功率模塊，也從傳統的15千瓦、20千瓦，開始繼續升級到30、40 甚至是60千瓦。這樣就需要更高功率密度的功率半導體解決方案，為此英飛凌按照應用要求開發了IGBT和碳化硅模塊，碳化硅的應用顯著提升系統效率。”SiC-英飛凌工業電源控制事業部大中華區高級市場總監沈璐
車載充電器，OBC功率也在提升，從3.3千瓦到今天的6.6甚至11千瓦，電動車的系統電池電壓也在從400伏，向著800伏發展，SiC MOSFET作為1200V的高速開關組件，是800V和11千瓦系統的理想的解決方案。
直流充電樁和OBC發展到今天，碳化硅和基于Easy封裝模塊的碳化硅模塊扮演著重要的角色。
英飛凌與車企展開深入合作 推進SiC應用
英飛凌汽車電子事業部大中華區高級市場經理高金萍
“在2021年生產的約600萬輛電動汽車和插電式混和動力汽車中，有一半配備了英飛凌功率半導體組件。在新的汽車項目中，我們看到從硅基IGBT技術轉向SiC技術的大范圍過渡。”英飛凌汽車電子事業部大中華區高級市場經理高金萍表示。
2021年3月，英飛凌發布了能提供業界最佳開關和導通損耗的650V CoolSiCTM Hybrid分立組件。與對應的硅組件相比，它具有更高的可擴展性，并且已經為多款車型所采用。
2021年5月份英飛凌發布了用于牽引逆變器的HybridPack-Drive CoolSiC™產品。HybridPack-Drive系列產品的出貨量已超過一百萬片，被用于全球超過20個汽車平臺。新的HybridPack-Drive CoolSiC產品是市場上首款經過車規認證的模塊，與對應的硅組件相比，可擴展能力很強，可輕松覆蓋180kw功率段。該產品基于改進的溝槽式閘極MOSFET技術，同時具備高可靠性和高性能的特點。該產品可用于800伏電池系統，具有2個可選擇的電流等級，并已在現代汽車（Hyundai）800V e-GMP平臺新款車型Ioniq 5上投入使用。
目前已有超過20多家整車廠及Tier 1供貨商正在使用及評估英飛凌的SiC產品。CoolSiC™ Schottky diode已應用于歐洲一個主要汽車平臺的OBC系統中，并正準備量產。另一個成功案例是， HybridPack™ Drive已經在亞洲一家主要電動車廠家的逆變器系統中量產。
積極擴充寬能隙功率半導體產能
WBG組件的價值最初來自于性能提升，隨著價格下降，某些設計的系統成本將接近于硅基的設計。這為WBG器件開啟更廣泛的市場提供了良好的基礎。
高金萍表示，除了技術演進之外，市場的發展和規模經濟也是重要的影響因素，因此很難預測SiC半導體的價格將如何變化。英飛凌作為領先的功率半導體廠商，對SiC的未來比較樂觀。”
英飛凌預計在2022會計年度，碳化硅業務將增長90%，到2020 年代中期銷售額將達到10 億美元，市場份額將達到30%。為了確保供應安全，英飛凌依靠廣泛的供貨商網絡和與不同合作伙伴在雙邊層面上開展的眾多合作。
位于奧地利菲拉赫的300mm晶圓廠已于2021年底投產，將很大程度上擴充硅基產品的產能，從而為WBG產品提供更大的產能空間。
英飛凌于2022年2月宣布，將投資逾 20億歐元擴大馬來西亞居林(Kulim)廠區，投入生產碳化硅和氮化鎵功率半導體產品。居林廠的新增投資主要用于磊晶制程和晶圓切割等具有高附加值的環節，首批晶圓將于2024年下半年開始出貨。
“在未來幾年中，英飛凌位于奧地利的菲拉赫廠將進一步強化其作為寬能隙半導體技術全球能力中心和創新基地的角色，并與居林廠高成本效益的生產制造相結合，打造更強化的供應鏈彈性“高金萍說。
圖:SiC和GaN產能擴張以應對快速增長的需求
2018 年，英飛凌戰略性地收購了Siltectra 公司的晶圓和晶錠切割技術，通過大幅減少SiC 生產過程中的原材料損耗來提高生產力，增加英飛凌的競爭優勢。
2020年11月，英飛凌與GT Advanced Technologies簽訂了碳化硅供應合同，初始期限為五年。近日，英飛凌與日本晶圓制造商Showa Denko K.K.簽訂了一項供應包括外延在內的碳化硅材料(SiC)的合同。由此，英飛凌將獲得更多的基材，以滿足日益增長的碳化硅產品需求。
SiC結構從平面型向溝槽型演進
“市場上主要有兩種SiC技術：平面型和溝槽型，而英飛凌的技術發展采用后者” 高金萍說。
溝槽式閘極技術比平面技術具有更好的性能，目前很多平面技術供貨商宣布將在2022年后轉向溝槽式閘極技術，也從側面證明溝槽式閘極技術是未來SiC的技術發展方向。傳統的溝槽式閘極技術由于閘極氧化層拐點（gate oxide corners）缺乏保護而使器件的可靠性面臨挑戰。英飛凌專注于改進的溝槽式閘極技術，對氧化層拐點進行了保護，從而同時實現高可靠性和高性能。
“更重要的是，英飛凌的Si和SiC產品線均具有很高的可擴展性，這是我們區別于其他品牌的重要特征。用戶可根據需要在我們的Si和SiC產品線中自由選擇不同的封裝、電壓等級、功率等級，總而實現很高的設計靈活性，加速產品上市進程，降低設計難度。這一特點在諸如電動汽車之類的快速變化的市場上，是客戶非常重視的考慮因素”高金萍強調。
