Source: This article comes from John Palmour, chief technical officer of Wolfspeed, Cree.

許多電力系統正從矽（Si）技術過渡到碳化矽（SiC）技術。這將是自20世紀80年代從雙極型半導體過渡到絕緣柵雙極型電晶體（IGBT）以來，功率半導體產業經歷的最大變革。這一轉變正值許多受影響行業經歷著非同尋常的劇變之際。從汽車產業到太陽能產業，碳化矽（SiC）的優勢已不容忽視。在經歷重大變革的同時，所有主要廠商都在努力將碳化矽（SiC）進一步整合到各自的技術中。

汽車產業是現代產業經歷前所未有的變革的典型例證。未來十年，汽車產業將從內燃機轉向電氣化。矽（Si）向碳化矽（SiC）的轉化在提升電動車效率方面發揮重要作用，既能滿足消費者需求，又能符合政府應對氣候變遷影響的法規。碳化矽（SiC）解決方案正助力電動車“邁向新階段”，改善快速充電基礎設施、驅動逆變器和電源等應用，並推動電信、軍事和航空航天等領域的進步。

圖 1. Cree 公司員工在實驗室

電動汽車機遇

隨著消費者需求持續成長和政府監管日益嚴格，包括特斯拉、福特和大眾在內的多家汽車製造商已宣布計劃在未來十年投資超過300億美元用於電動車領域。分析師預測，到2030年，純電動車（BEV）將佔汽車保有量的15%。因此，未來幾年電動車用碳化矽（SiC）組件的市場將呈指數級增長。

隨著電氣化進程的不斷推進，製造商們再也不能忽視碳化矽（SiC）的優勢。與傳統電動車中使用的矽（Si）技術相比，碳化矽（SiC）能夠提升電池續航里程、改善電池性能並縮短充電時間。因此，許多供應商都宣布了與科銳（Cree）合作的電動車專案。例如，德爾福科技（Delphi Technologies）正在開發採用碳化矽（SiC）半導體的更高效、更小巧、更輕的逆變器系統；採埃孚集團（ZF Group）則在開發全電動動力總成；ABB集團也在開發並供應基於碳化矽（SiC）的各種電力系統。

效率提升

碳化矽 (SiC) 的開關損耗遠低於矽 (Si) 基 IGBT。此外，碳化矽元件沒有內建電壓，其導通損耗也顯著降低。因此，碳化矽 (SiC) 具有更高的功率密度、更輕的重量以及更高的工作頻率。在最近的一項汽車測試中，科銳 (Cree) 的碳化矽 (SiC) 技術與矽 (Si) 相比，將逆變器損耗降低了約 78%。

在汽車領域，這些效率提升可應用於動力總成解決方案、電源轉換器以及車載和車外充電器。與傳統的矽基解決方案相比，碳化矽 (SiC) 可將電動車的整體效率提高 5% 至 10%。製造商可以利用這一優勢來增加續航里程或減少對笨重且昂貴的電池的需求。此外，碳化矽 (SiC) 還降低了冷卻需求，節省了空間，並且比矽基解決方案更輕。碳化矽 (SiC) 也可用於快速充電器，目前快速充電器只需 5 分鐘即可增加 75 英里的續航里程。

碳化矽 (SiC) 解決方案成本的持續下降推動了其應用範圍的進一步擴大。以汽車為例，我們估計電動車中使用的碳化矽 (SiC) 組件價值約為 250 至 500 美元（取決於其功率需求）。汽車製造商在電池成本、電池和逆變器尺寸及重量以及冷卻需求方面的總節省金額，每輛電動車可高達 2,000 美元。雖然推動從矽 (Si) 向碳化矽 (SiC) 過渡的因素有很多，但這一點至關重要。

汽車產業以外

汽車產業的需求約佔科銳公司9億美元碳化矽（SiC）市場需求的一半，而太陽能、航空航太與國防以及通訊基礎設施也是其他主要需求驅動因素。根據Canaccord Genuity的最新估計，到2030年，碳化矽（SiC）的需求將超過20億美元。

圖2. Cree 650V MOSFET

碳化矽 (SiC) 功率元件還能幫助工業和能源企業最大限度地利用電力和太空。碳化矽 (SiC) 使高頻工業電源和不間斷電源 (UPS) 具有更高的效率、更高的功率密度和更輕的重量，其優勢遠遠超過自身成本。在這些領域，更高的效率意味著更高的利潤。

在電力電子領域，碳化矽（SiC）的效率遠高於矽（Si），功率密度更是矽的三倍，這使得高壓系統更輕、更小、更有效率、更經濟。這種卓越的性能已達到臨界點，製造商若想在當前市場保持競爭力，就不能再對此視而不見。

半導體的未來

成本曾是碳化矽（SiC）應用的主要障礙。但隨著產量和經驗的不斷積累，其成本持續下降。因此，碳化矽的製造流程也變得更加高效和精細。此外，客戶逐漸意識到，碳化矽的真正價值體現在系統層面，而非元件層面。為了滿足各行各業的需求，碳化矽的製造流程將進一步改進，產量將持續成長，價格也將持續下降。以科銳（Cree）為例，科銳已進行大規模投資以滿足這些需求，包括在紐約州建設一座採用尖端技術並符合汽車級標準的工廠，這將使產能提升至2017年的30倍以上。

從矽 (Si) 到碳化矽 (SiC) 的過渡已不再是是否會發生或何時發生的問題，我們已經身處其中。能夠全面參與眾多產業發生的巨大變革令人振奮。這些產業的未來絕非一成不變，我們必將持續見證前所未有的變革。而那些能夠迅速適應這些變革的製造商必將收穫豐碩的成果。

註：本文轉載自網絡，支持智慧財產權保護。轉載請註明原出處及作者。如有侵權，請聯絡我們刪除。

公司電話號碼：+86-0755-83044319
傳真：+86-0755-83975897
郵箱：1615456225@qq.com
QQ：3518641314 李經理

QQ：332496225 邱經理

地址：深圳市龍華新區民治大道1079號展濤科技大樓C座809室