碳化硅寫入十四五規(guī)劃，快充市場成為第三代半導體突破口
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作者:佚名
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發(fā)布時間: 2021-06-21
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2020年，當大多數(shù)快充電源廠商還在65W氮化鎵快充市場探索時，倍思開創(chuàng)性的推出了業(yè)界首款120W氮化鎵+碳化硅快充充電器。也正是這款產(chǎn)品，第一次將“碳化硅快充”從設想變?yōu)楝F(xiàn)實，開啟了碳化硅在快充領域商用的大門。
2020年，當大多數(shù)快充電源廠商還在65W氮化鎵快充市場探索時，倍思開創(chuàng)性的推出了業(yè)界首款120W氮化鎵+碳化硅快充充電器。也正是這款產(chǎn)品，第一次將“碳化硅快充”從設想變?yōu)楝F(xiàn)實，開啟了碳化硅在快充領域商用的大門。
隨后，MOMAX、REMAX等廠商陸續(xù)跟進，基于碳化硅推出多款百瓦級大功率快充電源，也讓越來越多的業(yè)內(nèi)人士和消費者對碳化硅有了更進一步的了解。
一、官宣：碳化硅寫入十四五規(guī)劃
2021年3月13日，新華網(wǎng)刊登了《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》，其中“集成電路”領域，特別提出碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體要取得發(fā)展。
碳化硅和氮化鎵都屬于第三代半導體寬禁帶半導體材料，能夠在“十四五規(guī)劃”中提名，足以說明其重要程度已經(jīng)上升到了國家的層面。相信在國家的助推下，國內(nèi)將迅速形成適合第三代半導體發(fā)展的環(huán)境，前景十分值得期待。
二、碳化硅用于快充的優(yōu)勢
碳化硅（SiC）是碳和硅的化合物，碳化硅單晶材料目前采用物理氣相輸運（PVT）法，在超過2000℃的高溫下，將碳粉和硅粉通過高溫分解成原子，通過溫度控制沉積在碳化硅籽晶上形成碳化硅晶體。
二、碳化硅用于快充的優(yōu)勢
碳化硅（SiC）是碳和硅的化合物，碳化硅單晶材料目前采用物理氣相輸運（PVT）法，在超過2000℃的高溫下，將碳粉和硅粉通過高溫分解成原子，通過溫度控制沉積在碳化硅籽晶上形成碳化硅晶體。
作為第三代半導體材料，碳化硅（SiC）與硅（Si）相比，介電擊穿強度更大、飽和電子漂移速度更快且熱導率更高。因此，當用于半導體器件中時，碳化硅器件擁有高耐壓、高速開關、低導通電阻、高效率等特性，有助于降低能耗和縮小系統(tǒng)尺寸。
碳化硅可以廣泛應用于電動汽車、逆變器、軌道交通、太陽能、風力發(fā)電、消費類電源等領域。近年來，隨著USB PD快充技術的普及和氮化鎵技術的成熟，大功率快充電源市場逐漸興起，碳化硅二極管也開始在消費類電源市場中嶄露頭角，進入了多款百瓦級大功率快充供應鏈，助力快充電源實現(xiàn)更高的效率和更小的體積。
充電頭網(wǎng)了解到，在大功率快充電源產(chǎn)品中，碳化硅二極管主要用于PFC級的升壓整流；搭配氮化鎵功率器件，可以將PFC級的工作頻率從傳統(tǒng)快充的不足100KHz提升到300KHz，由此減小升壓電感體積，實現(xiàn)高功率密度的設計，同時也讓電源的效率得到了大幅提升。
碳化硅可以廣泛應用于電動汽車、逆變器、軌道交通、太陽能、風力發(fā)電、消費類電源等領域。近年來，隨著USB PD快充技術的普及和氮化鎵技術的成熟，大功率快充電源市場逐漸興起，碳化硅二極管也開始在消費類電源市場中嶄露頭角，進入了多款百瓦級大功率快充供應鏈，助力快充電源實現(xiàn)更高的效率和更小的體積。
充電頭網(wǎng)了解到，在大功率快充電源產(chǎn)品中，碳化硅二極管主要用于PFC級的升壓整流；搭配氮化鎵功率器件，可以將PFC級的工作頻率從傳統(tǒng)快充的不足100KHz提升到300KHz，由此減小升壓電感體積，實現(xiàn)高功率密度的設計，同時也讓電源的效率得到了大幅提升。
開關電源中，由于整流后采用大容量的濾波電容，呈現(xiàn)容性負載，而在電容充放電時會使電網(wǎng)中產(chǎn)生大量高次諧波，產(chǎn)生污染和干擾，人們開始在開關電源中引入PFC電路，功率在75W以上的開關電源強制要求加入PFC電路以提高功率因數(shù)，修正負載特性。
PFC分為被動式和主動式兩種。被動式采用大電感串聯(lián)補償，主要缺點是體積大，且效率低。隨著近年來半導體器件迅猛發(fā)展，被動式PFC被主動式PFC全面取代。主動式PFC采用PFC控制器、開關管、電感和二極管組成升壓電路，具有體積小，輸入電壓范圍寬，功率因數(shù)補償效果好的優(yōu)點。
因此，碳化硅在消費類電源領域的關注度越來越高，并逐漸成為了大功率快充產(chǎn)品的核心競爭力。
三、快充市場碳化硅供應商
充電頭網(wǎng)通過調(diào)研了解到，目前市面上可用于大功率USB PD快充電源領域的碳化硅有六家供應商，分別是APS飛锃半導體、BASiC Semiconductor 基本半導體、Global Power泰科天潤、Maplesemi美浦森、SGKS森國科以及PY平偉。
以下排名不分先后，僅按照品牌首字母排序，方便讀者查閱。
APS 飛锃半導體
因此，碳化硅在消費類電源領域的關注度越來越高，并逐漸成為了大功率快充產(chǎn)品的核心競爭力。
三、快充市場碳化硅供應商
充電頭網(wǎng)通過調(diào)研了解到，目前市面上可用于大功率USB PD快充電源領域的碳化硅有六家供應商，分別是APS飛锃半導體、BASiC Semiconductor 基本半導體、Global Power泰科天潤、Maplesemi美浦森、SGKS森國科以及PY平偉。
以下排名不分先后，僅按照品牌首字母排序，方便讀者查閱。
APS 飛锃半導體
APS是大中華區(qū)域首家成功地使用6英寸生產(chǎn)碳化硅器件制造商，產(chǎn)品性能達到國際先進水平。APS的前身創(chuàng)立于香港的創(chuàng)能動力，2020年進行重組，以飛锃半導體（上海）有限公司作為APS的新總部。
公司愿景是利用APS在硅片和專用SiC晶圓廠中運行的專有SiC工藝，為客戶提供優(yōu)化的 SiC產(chǎn)品，為中國提供綠色能源。APS利用低成本的硅片晶圓廠和最佳半導體 制造設備，在無高資產(chǎn)廠房與設備投資實現(xiàn)SiC量產(chǎn)。
據(jù)報道，飛锃半導體推出的碳化硅二極管ACD06PS065G，可用于太陽能逆變器，AC/DC轉(zhuǎn)換器，DC/DC轉(zhuǎn)換器和不間斷電源等。值得一提的是，該器件還參與了業(yè)界首碳化硅+氮化鎵快充的開發(fā)，讓碳化硅正式在消費類電源領域?qū)崿F(xiàn)商用。
公司愿景是利用APS在硅片和專用SiC晶圓廠中運行的專有SiC工藝，為客戶提供優(yōu)化的 SiC產(chǎn)品，為中國提供綠色能源。APS利用低成本的硅片晶圓廠和最佳半導體 制造設備，在無高資產(chǎn)廠房與設備投資實現(xiàn)SiC量產(chǎn)。
據(jù)報道，飛锃半導體推出的碳化硅二極管ACD06PS065G，可用于太陽能逆變器，AC/DC轉(zhuǎn)換器，DC/DC轉(zhuǎn)換器和不間斷電源等。值得一提的是，該器件還參與了業(yè)界首碳化硅+氮化鎵快充的開發(fā)，讓碳化硅正式在消費類電源領域?qū)崿F(xiàn)商用。
BASiC Semiconductor 基本半導體
深圳基本半導體有限公司是中國第三代半導體行業(yè)領軍企業(yè)，專業(yè)從事碳化硅功率器件的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，在深圳南山、深圳坪山、南京浦口、北京亦莊、日本名古屋設有研發(fā)中心。公司擁有一支國際化的研發(fā)團隊，核心成員由劍橋大學、清華大學等知名高校的十余位博士組成。
基本半導體掌握國際領先的碳化硅核心技術，研發(fā)覆蓋碳化硅功率器件的材料制備、芯片設計、制造工藝、封裝測試、驅(qū)動應用等產(chǎn)業(yè)全鏈條，先后推出全電流電壓等級碳化硅肖特基二極管、通過工業(yè)級可靠性測試的1200V碳化硅MOSFET、車規(guī)級全碳化硅功率模塊等系列產(chǎn)品，性能達到國際先進水平，應用于新能源、電動汽車、智能電網(wǎng)、軌道交通、工業(yè)控制、國防軍工等領域。
基本半導體先后參與發(fā)起“廣東省未來通信高端器件創(chuàng)新中心”、“深圳第三代半導體研究院”，獲批中國科協(xié)產(chǎn)學研融合技術創(chuàng)新服務體系第三代半導體協(xié)同創(chuàng)新中心，產(chǎn)品榮獲“中國芯”優(yōu)秀技術創(chuàng)新產(chǎn)品獎、中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽專業(yè)賽一等獎等榮譽。
Global Power泰科天潤
泰科天潤半導體科技（北京）有限公司是中國碳化硅（SiC）功率器件產(chǎn)業(yè)化的倡導者之一。泰科天潤致力于中國半導體功率器件制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并向全球功率器件消費者提供優(yōu)質(zhì)的半導體功率器件產(chǎn)品和專業(yè)服務。
泰科天潤在北京擁有一座完整的半導體工藝晶圓廠，并在湖南瀏陽建成6英寸碳化硅功率芯片生產(chǎn)線，可在4/6英寸SiC晶圓上實現(xiàn)半導體功率器件的制造工藝。作為國內(nèi)碳化硅研發(fā)生產(chǎn)和平臺服務型公司，泰科天潤的產(chǎn)品線涉及基礎核心技術產(chǎn)品、碳化硅成型產(chǎn)品以及多套行業(yè)解決方案。
目前泰科天潤的碳化硅器件650V/2A-100A、1200V/2A-50A、1700V/5A -50A、3300V/0.6A-50A等系列的產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，并推出了兩款快充PFC電路專用的碳化硅二極管，產(chǎn)品質(zhì)量完全可以比肩國際同行業(yè)的先進水平。
泰科天潤通過與產(chǎn)業(yè)同行、科研院所、國內(nèi)外專家共同探索與開發(fā)，正在將SiC功率器件推廣到更多更廣的應用領域。
泰科天潤在北京擁有一座完整的半導體工藝晶圓廠，并在湖南瀏陽建成6英寸碳化硅功率芯片生產(chǎn)線，可在4/6英寸SiC晶圓上實現(xiàn)半導體功率器件的制造工藝。作為國內(nèi)碳化硅研發(fā)生產(chǎn)和平臺服務型公司，泰科天潤的產(chǎn)品線涉及基礎核心技術產(chǎn)品、碳化硅成型產(chǎn)品以及多套行業(yè)解決方案。
目前泰科天潤的碳化硅器件650V/2A-100A、1200V/2A-50A、1700V/5A -50A、3300V/0.6A-50A等系列的產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，并推出了兩款快充PFC電路專用的碳化硅二極管，產(chǎn)品質(zhì)量完全可以比肩國際同行業(yè)的先進水平。
泰科天潤通過與產(chǎn)業(yè)同行、科研院所、國內(nèi)外專家共同探索與開發(fā)，正在將SiC功率器件推廣到更多更廣的應用領域。
Maplesemi美浦森
美浦森半導體成立于2014年，是一家集研發(fā)、設計、生產(chǎn)、銷售和服務為一體的完整型產(chǎn)業(yè)鏈公司，國家級高新技術企業(yè),主營功率MOS、中低壓MOS、超結MOS、碳化硅MOS、碳化硅二極管等系列產(chǎn)品。
美浦森半導體專注于設計、開發(fā)、測試和銷售基于先進的 Planar VDMOS、Trench MOS、SJMOS、SiC SBD、SiC MOS等工藝結構的功率器件產(chǎn)品。以消費類電子、工業(yè)領域、新能源領域等為市場目標，致力成為世界一流的功率元器件公司。
據(jù)了解，美浦森推出了PFC電路專用碳化硅二極管，具備650V耐壓和175度的耐溫，目前已經(jīng)進入MOMAX和REMAX兩大知名配件品牌供應鏈，性能獲得客戶一致認可。
美浦森半導體專注于設計、開發(fā)、測試和銷售基于先進的 Planar VDMOS、Trench MOS、SJMOS、SiC SBD、SiC MOS等工藝結構的功率器件產(chǎn)品。以消費類電子、工業(yè)領域、新能源領域等為市場目標，致力成為世界一流的功率元器件公司。
據(jù)了解，美浦森推出了PFC電路專用碳化硅二極管，具備650V耐壓和175度的耐溫，目前已經(jīng)進入MOMAX和REMAX兩大知名配件品牌供應鏈，性能獲得客戶一致認可。
SGKS森國科
深圳市森國科科技股份有限公司成立于2013 年11 月，屬于無晶圓半導體設計企業(yè)。公司總部設在深圳市南山區(qū)科技生態(tài)園，在深圳、成都設有研發(fā)及運營中心。
森國科成立以來，推出了Vision-ADAS（高級輔助駕駛）、AI記錄儀、電源系列芯片，在汽車及消費性電子產(chǎn)業(yè)得到了廣泛的應用。2018年公司開始投入電機驅(qū)動芯片與SiC功率器件的開發(fā)，2020年產(chǎn)品已經(jīng)開始在市場暫露頭角。
森國科在4G記錄儀、ADAS、智能貓眼門鈴等市場提供整體芯片與系統(tǒng)解決方案，為客戶提供一站式服務，為上下游合作伙伴創(chuàng)造更多機會。
森國科成立以來，推出了Vision-ADAS（高級輔助駕駛）、AI記錄儀、電源系列芯片，在汽車及消費性電子產(chǎn)業(yè)得到了廣泛的應用。2018年公司開始投入電機驅(qū)動芯片與SiC功率器件的開發(fā)，2020年產(chǎn)品已經(jīng)開始在市場暫露頭角。
森國科在4G記錄儀、ADAS、智能貓眼門鈴等市場提供整體芯片與系統(tǒng)解決方案，為客戶提供一站式服務，為上下游合作伙伴創(chuàng)造更多機會。
PY平偉
重慶平偉實業(yè)股份有限公司是一家集芯片設計、封測、應用與可靠性檢測服務一體化的功率半導體IDM產(chǎn)品公司。公司以功率半導體器件為產(chǎn)業(yè)基礎，面向智能終端、工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車、5G通訊、家電、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、安全電子、綠色照明等市場領域，建立了產(chǎn)品開發(fā)、制造和測試平臺，提供高可靠性的中低壓和高壓功率器件、模塊等產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案。
平偉位于重慶市梁平工業(yè)園區(qū)，專業(yè)生產(chǎn)各類半導體器件，包括整流二極管、快恢復二極管、TVS、齊納二極管、肖特基、整流橋、MOSFET、IGBT、同步整流器件、SiC及GaN器件等，占地面積24萬平方米，注冊資金3.5億元，總投資超過15億元。
公司擁有45條封裝生產(chǎn)線和6條中試生產(chǎn)線，建設有自主可控半導體離散型智能制造車間，年產(chǎn)銷各類功率半導體器件200億只，是國內(nèi)超大的電源配套功率半導體器件綜合供應商。
針對大功率PD快充的PFC整流電路應用，平偉推出了一款碳化硅二極管PASC0665GG，具有零反向恢復/零正向恢復特性、高效運行、切換速度極快、不受溫度影響的開關特性。
四、碳化硅快充案例
憑借其獨特的屬性，碳化硅已經(jīng)開始在大功率、高密度快充電源中嶄露頭角，獲得眾多快充電源企業(yè)青睞。充電頭網(wǎng)通過往期的拆解了解到，目前已有倍思120W快充、MOMAX 100W 快充，以及REMAX 100W快充率先導入了碳化硅技術，從而也讓產(chǎn)品實現(xiàn)了更高的功率密度。
1、Baseus倍思2C1A 120W氮化鎵充電器
平偉位于重慶市梁平工業(yè)園區(qū)，專業(yè)生產(chǎn)各類半導體器件，包括整流二極管、快恢復二極管、TVS、齊納二極管、肖特基、整流橋、MOSFET、IGBT、同步整流器件、SiC及GaN器件等，占地面積24萬平方米，注冊資金3.5億元，總投資超過15億元。
公司擁有45條封裝生產(chǎn)線和6條中試生產(chǎn)線，建設有自主可控半導體離散型智能制造車間，年產(chǎn)銷各類功率半導體器件200億只，是國內(nèi)超大的電源配套功率半導體器件綜合供應商。
針對大功率PD快充的PFC整流電路應用，平偉推出了一款碳化硅二極管PASC0665GG，具有零反向恢復/零正向恢復特性、高效運行、切換速度極快、不受溫度影響的開關特性。
四、碳化硅快充案例
憑借其獨特的屬性，碳化硅已經(jīng)開始在大功率、高密度快充電源中嶄露頭角，獲得眾多快充電源企業(yè)青睞。充電頭網(wǎng)通過往期的拆解了解到，目前已有倍思120W快充、MOMAX 100W 快充，以及REMAX 100W快充率先導入了碳化硅技術，從而也讓產(chǎn)品實現(xiàn)了更高的功率密度。
1、Baseus倍思2C1A 120W氮化鎵充電器
2020年2月25日，倍思推出全球第一款氮化鎵+碳化硅 (GaN+SiC) 充電器，并在kickstarter眾籌成功。該產(chǎn)品功率高達120W，并且同樣搭配2C1A多口輸出配置。倍思Galio 120W充電器中使用的氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）是目前最為先進的電子半導體材料，它們具有高頻率特性在高電壓大電流傳輸方面具有優(yōu)勢，這意味著可以達到更高的效率，更低的發(fā)熱量和更小的體積。
據(jù)了解，倍思Galio 120W充電器在PFC整流電路中采用了一顆來自Alpha Power的碳化硅二極管，產(chǎn)品型號：ACD06PS065G；搭配納微氮化鎵功率器件，由安森美PFC控制器進行主動式功率因數(shù)校正。
2、MOMAX摩米士100W 2A2C氮化鎵快充充電器
2、MOMAX摩米士100W 2A2C氮化鎵快充充電器
摩米士100W 2A2C氮化鎵充電器機身方正扁平，配備可折疊插腳，而且從插腳設計來看，還支持組裝其它規(guī)格插腳，便攜且適用于各個地區(qū)。充電器支持QC、AFC、FCP、SCP、MTK PE+2.0、PD和PPS快充協(xié)議，并將兩類接口設計成支持盲插使用，用戶無需刻意尋找快充接口，使用方便。接口支持100W、65W+30W、華為22.5W快充，支持廣泛，實用性強。整個產(chǎn)品集便攜、易用于一身。
MOMAX這款充電器采用美浦森MSD06065V1碳化硅二極管配合英諾賽科INN650D2氮化鎵開關管以及恩智浦PFC控制器進行主動功率因數(shù)校正。據(jù)了解，美浦森MSD06065V1是一顆650V耐壓的碳化硅肖特基二極管，TO252封裝。
3、REMAX睿量100W 2A2C氮化鎵快充充電器
3、REMAX睿量100W 2A2C氮化鎵快充充電器
REMAX 100W 2A2C氮化鎵充電器采用白色機身殼，表面啞光處理，整體看去非常簡潔。充電器配有2A2C共4個接口，支持多種常見快充協(xié)議，USB-C口和USB-A口分別具備單口最大100W和30W輸出，并支持多口同時快充，可以滿足筆記本電腦、手機、平板、移動電源等多種設別的充電需求。
充電頭網(wǎng)通過拆解了解到，這款充電器內(nèi)置PFC升壓電路，采用LLC+GaN高性能架構。PFC升壓部分采用恩智浦控制器，并選擇美浦森MSD04065G1碳化硅二極管以及英諾賽科INN650D2氮化鎵開關管進行整流。美浦森MSD04065G1是一顆650V耐壓的碳化硅肖特基二極管，TO252封裝。
充電頭網(wǎng)總結
在傳統(tǒng)的PD快充電源中，尤其是百瓦級大功率PD快充，效率一直都是電源工程師亟待解決的問題；而為了實現(xiàn)產(chǎn)品可靠性，多數(shù)充電器不得不犧牲體積，加入大面積散熱片。這也讓產(chǎn)品變得十分笨重，用戶體驗并不完美；直至第三代半導體在消費類電源領域正式商用，這一情況才得以緩解。
在百瓦大功率快充產(chǎn)品中，碳化硅和氮化鎵可謂是最佳拍檔，二者搭配用于電源前級PFC升壓和整流，相對于傳統(tǒng)硅器件，不僅效率提升能得到立桿剪影的效果，而且可以利用其高頻特性縮小升壓電感體積，從而提高產(chǎn)品整體的功率密度。
隨著大功率設備數(shù)量的不斷增加，市場對小體積、大功率多口快充的需求也愈發(fā)強烈。一方面促進電源架構從常規(guī)的QR向高性能的PFC+LLC轉(zhuǎn)型，另一方面也加深了快充電源對第三代半導體的依賴，碳化硅在消費類電源領域的應用前景更為廣闊。
作為第三代半導體的重要分支，碳化硅在此之前已經(jīng)在多家廠商中投產(chǎn)，而本次國家將第三代半導體列入十四五規(guī)劃，這對于碳化硅的發(fā)展來說更是一次難得的時代機遇。
充電頭網(wǎng)總結
在傳統(tǒng)的PD快充電源中，尤其是百瓦級大功率PD快充，效率一直都是電源工程師亟待解決的問題；而為了實現(xiàn)產(chǎn)品可靠性，多數(shù)充電器不得不犧牲體積，加入大面積散熱片。這也讓產(chǎn)品變得十分笨重，用戶體驗并不完美；直至第三代半導體在消費類電源領域正式商用，這一情況才得以緩解。
在百瓦大功率快充產(chǎn)品中，碳化硅和氮化鎵可謂是最佳拍檔，二者搭配用于電源前級PFC升壓和整流，相對于傳統(tǒng)硅器件，不僅效率提升能得到立桿剪影的效果，而且可以利用其高頻特性縮小升壓電感體積，從而提高產(chǎn)品整體的功率密度。
隨著大功率設備數(shù)量的不斷增加，市場對小體積、大功率多口快充的需求也愈發(fā)強烈。一方面促進電源架構從常規(guī)的QR向高性能的PFC+LLC轉(zhuǎn)型，另一方面也加深了快充電源對第三代半導體的依賴，碳化硅在消費類電源領域的應用前景更為廣闊。
作為第三代半導體的重要分支，碳化硅在此之前已經(jīng)在多家廠商中投產(chǎn)，而本次國家將第三代半導體列入十四五規(guī)劃，這對于碳化硅的發(fā)展來說更是一次難得的時代機遇。
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