多种功率组件在新能源汽车中共存
在新能源汽车领域，SiC正在越来越多地被采用，特别是在车载充电器、高低压DC-DC转换器，以及牵引逆变器等应用中。SiC在全球新能源汽车市场的规模显著，参考SA的预测，到2025年车载功率半导体的市场规模会达到46亿欧元的规模，复合增长率高达30%。其中SiC的渗透率也将从17%（2020年）快速增长到接近32%（2025年）。
图:功率半导体在电车市场的CAGR达到28% 图片来源:Infineon
未来数年中，不同的半导体技术将并存于市场中，在不同的应用场景中分别具有特殊的优势。在牵引逆变器中，基于不同的里程、效率和成本考虑，SiC和硅基IGBT各有各的发挥空间。例如，SiC用于后轮驱动，可提升巡航里程；而硅基IGBT则用于前轮，以便优化成本。在极端情况下，例如车载充电器中，在同一架构下，会同时采用多达五种不同的半导体技术，包括IGBT，硅基二极管、硅基MOSFET，超接面 MOSFET和SiC MOSFET。
图:在新能源车中多种功率器件并存 图片来源:Infineon
英飞凌工业电源控制事业部大中华区高级市场总监沈璐
电动汽车充电是一个新兴的应用，其发展方向是更大功率，以缩短充电时间。
“为更大幅度地减少充电时间，目前业内直流的充电桩已经从单机系统功率120千瓦开始突破到240千瓦，甚至是360千瓦。与此对应的充电桩的功率模块，也从传统的15千瓦、20千瓦，开始继续升级到30、40 甚至是60千瓦。这样就需要更高功率密度的功率半导体解决方案，为此英飞凌按照应用要求开发了IGBT和碳化硅模块，碳化硅的应用显著提升系统效率。”SiC-英飞凌工业电源控制事业部大中华区高级市场总监沈璐
车载充电器，OBC功率也在提升，从3.3千瓦到今天的6.6甚至11千瓦，电动车的系统电池电压也在从400伏，向着800伏发展，SiC MOSFET作为1200V的高速开关组件，是800V和11千瓦系统的理想的解决方案。
直流充电桩和OBC发展到今天，碳化硅和基于Easy封装模块的碳化硅模块扮演着重要的角色。
英飞凌与车企展开深入合作 推进SiC应用
英飞凌汽车电子事业部大中华区高级市场经理高金萍
“在2021年生产的约600万辆电动汽车和插电式混和动力汽车中，有一半配备了英飞凌功率半导体组件。在新的汽车项目中，我们看到从硅基IGBT技术转向SiC技术的大范围过渡。”英飞凌汽车电子事业部大中华区高级市场经理高金萍表示。
2021年3月，英飞凌发布了能提供业界最佳开关和导通损耗的650V CoolSiCTM Hybrid分立组件。与对应的硅组件相比，它具有更高的可扩展性，并且已经为多款车型所采用。
2021年5月份英飞凌发布了用于牵引逆变器的HybridPack-Drive CoolSiC™产品。HybridPack-Drive系列产品的出货量已超过一百万片，被用于全球超过20个汽车平台。新的HybridPack-Drive CoolSiC产品是市场上首款经过车规认证的模块，与对应的硅组件相比，可扩展能力很强，可轻松覆盖180kw功率段。该产品基于改进的沟槽式闸极MOSFET技术，同时具备高可靠性和高性能的特点。该产品可用于800伏电池系统，具有2个可选择的电流等级，并已在现代汽车（Hyundai）800V e-GMP平台新款车型Ioniq 5上投入使用。
目前已有超过20多家整车厂及Tier 1供货商正在使用及评估英飞凌的SiC产品。CoolSiC™ Schottky diode已应用于欧洲一个主要汽车平台的OBC系统中，并正准备量产。另一个成功案例是， HybridPack™ Drive已经在亚洲一家主要电动车厂家的逆变器系统中量产。
积极扩充宽能隙功率半导体产能
WBG组件的价值最初来自于性能提升，随着价格下降，某些设计的系统成本将接近于硅基的设计。这为WBG器件开启更广泛的市场提供了良好的基础。
高金萍表示，除了技术演进之外，市场的发展和规模经济也是重要的影响因素，因此很难预测SiC半导体的价格将如何变化。英飞凌作为领先的功率半导体厂商，对SiC的未来比较乐观。”
英飞凌预计在2022会计年度，碳化硅业务将增长90%，到2020 年代中期销售额将达到10 亿美元，市场份额将达到30%。为了确保供应安全，英飞凌依靠广泛的供货商网络和与不同合作伙伴在双边层面上开展的众多合作。
位于奥地利菲拉赫的300mm晶圆厂已于2021年底投产，将很大程度上扩充硅基产品的产能，从而为WBG产品提供更大的产能空间。
英飞凌于2022年2月宣布，将投资逾 20亿欧元扩大马来西亚居林(Kulim)厂区，投入生产碳化硅和氮化镓功率半导体产品。居林厂的新增投资主要用于磊晶制程和晶圆切割等具有高附加值的环节，首批晶圆将于2024年下半年开始出货。
“在未来几年中，英飞凌位于奥地利的菲拉赫厂将进一步强化其作为宽能隙半导体技术全球能力中心和创新基地的角色，并与居林厂高成本效益的生产制造相结合，打造更强化的供应链弹性“高金萍说。
图:SiC和GaN产能扩张以应对快速增长的需求
2018 年，英飞凌战略性地收购了Siltectra 公司的晶圆和晶锭切割技术，通过大幅减少SiC 生产过程中的原材料损耗来提高生产力，增加英飞凌的竞争优势。
2020年11月，英飞凌与GT Advanced Technologies签订了碳化硅供应合同，初始期限为五年。近日，英飞凌与日本晶圆制造商Showa Denko K.K.签订了一项供应包括外延在内的碳化硅材料(SiC)的合同。由此，英飞凌将获得更多的基材，以满足日益增长的碳化硅产品需求。
SiC结构从平面型向沟槽型演进
“市场上主要有两种SiC技术：平面型和沟槽型，而英飞凌的技术发展采用后者” 高金萍说。
沟槽式闸极技术比平面技术具有更好的性能，目前很多平面技术供货商宣布将在2022年后转向沟槽式闸极技术，也从侧面证明沟槽式闸极技术是未来SiC的技术发展方向。传统的沟槽式闸极技术由于闸极氧化层拐点（gate oxide corners）缺乏保护而使器件的可靠性面临挑战。英飞凌专注于改进的沟槽式闸极技术，对氧化层拐点进行了保护，从而同时实现高可靠性和高性能。
“更重要的是，英飞凌的Si和SiC产品线均具有很高的可扩展性，这是我们区别于其他品牌的重要特征。用户可根据需要在我们的Si和SiC产品线中自由选择不同的封装、电压等级、功率等级，总而实现很高的设计灵活性，加速产品上市进程，降低设计难度。这一特点在诸如电动汽车之类的快速变化的市场上，是客户非常重视的考虑因素”高金萍强调。
