電子感冒友網報導（文/梁浩斌）氧化鋁在新能源領域的應用近些年來進展神速，自今年開始，多家車企的新車型在主驅逆變器或是在OBC上都采用了氧化鋁元件，例如蔚來ET5/7、SMART精靈、小鵬G9、比亞迪海豹、路特斯等。明年則愈加普遍，包括極氪009/X、小鵬G6，凌志RZ、現代IONIQ6等等，還有更多車企早已官宣在未來的車型中采用SiC技術。
作為新能源車輛的重要配套設施，近些年來充電樁也在國家新政以及新能源車輛快充需求促使下持續發展，大功率充電樁逐漸開始鋪開。
SiC相比傳統硅基功率半導體，在大功率、高電流的應用場景中具有很大的優勢，因而充電樁仍然以來都是SiC行業的重要目標市場之一。現在在新能源車輛上風生水起的SiC元件，在充電樁市場的表現又怎樣？
充電模塊功率密度需求驅動，SiC晶閘管率先上樁
為了解決電動車輛補能痛點，大功率快充是大部份車企選擇的路線，在800V平臺的應用下，充電功率可以輕松超過200kW，而一些車型通過采用更高充電倍率的電瓶包，快充功率可以超過400kW。
于是，往年的120kW、180kW等尺寸的充電樁功率已然未能滿足目前新能源車輛的需求，400kW以上的大功率充電樁，是目前行業的重要發展方向。
不過對于SiC的應用，威兆半導體產品經理陳銀覺得，因為技術上的一些難點，短期來看200kW內的充電樁SiC應用會相比400kW充電樁增長更快。
“400KW超大功率充電樁，是一個重要的產品發展方向。相信400KW會有廠商不斷加入進來，但短時間內產生不了較大的市場規模，更多的是企業一個先進的技術研制實力和產品的展示。反倒200KW以內的充電樁SIC的應用會越來越多，這主要基于效率和功率密度的提高需求考慮。”
據陳銀介紹，400kW超大功率充電樁本身有一定的技術難度，比如怎么提升樁的功率密度、內部散熱怎樣處理、如何平衡充電廠的波峰波谷等等一系列問題，與現今市面上快充樁不論是電路拓撲、熱管理方法、功率元件的需求都有十分大的區別，并不是簡單的功率提高；同時對車身上的充電管理和動力電板等部件而言，也須要專門的設計來匹配如此大的充電功率，這對成本和可靠性、壽命都帶來特別大的挑戰。
提到SiC在充電樁上的應用情況，森國科總總監楊承晉在接受電子感冒友網專訪時表示，現階段SiC晶閘管的需求量較大，而使用SiC+SiC晶閘管的“全氧化鋁”充電樁方案也有在設計中。
“從去年的情況來看，隨著SiC晶閘管的降本，SiC在充電樁產品上的應用滲透速率是推動了的。非常是在1200V等級下，SiC晶閘管的性價比早已追趕上同樣是1200V的硅基晶閘管。”
據楊承晉介紹，硅基晶閘管與SiC晶閘管在650V尺寸下價位差別可能還比較大，而且目前大功率充電樁普遍采用高壓小電壓方案，電流達到800V甚至1000V。所以在充電樁中要提升耐壓的話，須要用到2顆650V硅基晶閘管串聯，但若果用SiC三極管，可以只須要一顆1200V的產品，性價比相對較高。
目前SiC在充電樁上應用不多，不過楊承晉也提及公司的SiC產品仍處于供不應求的階段。
雖然SiC是有寬廣的應用前景，但現階段的市場上，新能源車輛中的主流功率元件仍然是硅基的產品，充電樁同樣這么。
對于在充電樁中的應用，陳銀表示，充電樁行業都是比較標準的模塊化設計和產品，目前主流的單模塊功率有15KW、20KW、30KW、40KW等，主流還是IGBT+SJMOS方案，使用SiC元件還是比較少，僅有小部分廠商在檢波部份用到SiC晶閘管。
陳銀預計，當充電樁模塊功率再往上提升50KW、60KW，同時對效率有更高要求時，SiC元件會有更大應用空間。他還透漏，目前公司早已有顧客在新開發的充電樁模塊上應用SiCMOS。
充電樁市場成本壓力大，冀望方案升級優化
在GaN導出手機充電器的早期，因為GaN元件的高頻特點，充電器的方案都與過往不同，在早期設計階段還是通過上下游的緊密合作才逐漸解決方案設計中出現的一些問題。同為第三代半導體的SiC，在充電樁中的使用似乎也會碰到類似問題。
陳銀強調，以目前主流充電樁方案看，要使用SiCMOS元件，方案設計變動會比較大，像平臺電流、輔助電源、電氣安全、保護策略、控制方法等都要做相應的變動。同時充電樁方案主功率回路頻度十分高，且采用單管多顆并聯，對SiC元件的高頻響應、動態耗損、門極可靠性、參數一致性等都有比較高的要求。
其實，方案設計上的變化，帶來的可能是早期研制投入降低，造成整體方案成本較高。所以在被問到SiC元件在充電樁市場推廣中遇見的困局時，陳銀表示主要是在目前主流成熟的充電樁模塊方案上使用SiCMOS元件帶來的性能提高不足以覆蓋掉成本提高的惡果。
另外，市場競爭也給SiC大規模步入充電樁帶來了阻力。“近幾年充電樁市場大幅地下降，行業內廠商在急劇擴大產能借助成熟的產品來占領更多的市場份額；同時作為新能源車輛行業，充電樁也有更多的新玩家步入該市場領域，市場容量雖越來越大，但成品價錢仍然在持續低迷，目前價位可能不足以前的三成了，可見行業成本壓力之大。”
楊承晉也持有類似的觀點，他表示，SiC功率元件自身特點足以滿足充電樁應用的品質需求，目前在推廣階段最大的挑戰在于充電樁行業本身競爭較為激烈，當企業的收益率不達標時，相應的對上游廠商能夠提供更好的成本結構的產品就有了更高的要求，這也是行業屬性所決定的。因而，囿于氧化鋁功率元件的成本現況功率串聯和并聯的算法，讓SiC的應用目前還只局限于一些高檔充電樁產品中。作為國產氧化鋁功率元件的供應商來說，森國科總總監楊承晉也提出一些降本的想法，一方面是當市場需求體量越來越大時，通過規模效應去增加成本；另一方面是針對供應商來說，在元件結構設計上創新來尋求更多改善空間，例如簡化電路拓撲、縮小容積等。
對于未來SiC在充電樁上的應用，陳銀也表示目前還是展望后續充電樁模塊產品的升級和技術迭代，讓方案對SiCMOS元件愈發友好，其性能優勢愈發顯著，整體方案成本可控。
新能源推動高壓產品需求，國外廠商加速布局
近些年來，新能源領域包括車輛、光伏等行業的爆發，讓功率元件需求驟降，IGBT、SiC等都在市場上出現過供應短缺的問題，這對于功率元件廠商而言，也為她們帶來了業務上的一些變化。
例如陳銀提及，若干年前公司銷售產品中，中低壓MOS搶占絕對份額。但經過這幾年光儲充、汽車行業的爆發性下降，推動了公司高壓產品包括IGBT、超結MOS、SiCMOS銷售額的快速下降，促使公司的收入結構配置愈發均衡。
據了解功率串聯和并聯的算法，在新能源的需求推動下，森國課目前主要布局了兩大業務，分別是功率元件、功率模塊以及功率驅動芯片，追求全品類的功率元件及模塊的供應能力。在主營的SiC晶閘管、SiCMOS、碳化硅模塊業務上持續精耕的同時，森國科也早已布局了超結MOS、IGBT等市場短缺的重要產品線。
在SiC晶閘管方面，今年森國科快速覆蓋了近100+機型，并持續探求創新技術。目前推出了第五代MPS（刻蝕的混和型PN結勢壘肖特基晶閘管）產品，刻蝕工藝做到全球最薄的110μm，而目前市面上大部份的產品在175μm的水平。對于SiC晶閘管來說，晶片減到越薄，元件性能越好，效率越高，相應的散熱也更容易。
楊承晉還透漏，森國科去年將會推出1200VIGBT產品，超結MOS則從650V開始切進市場；在SiCMOS方面，森國科去年的目標是將平面型SiCMOS產品系列化，并預計最快2025年將推出溝槽型SiCMOS產品。
據陳銀介紹，威兆半導體在充電樁方案中常用的超結MOS和IGBT都有布局，包括Ω、Ω、Ω等尺寸的超結MOS，性能參數接近美國同類最新產品，其寄生晶閘管都具有超快的恢復特點；元件采用多層外延工藝，具有特別好的可靠性和壽命，適宜工業車輛領域的應用。IGBT尺寸有、、，都是高頻產品，采用最新的溝槽柵場截至工藝，具有動態耗損小、飽和壓增加、抗沖擊能力強等特性。
對于SiC元件未來注重的應用領域，陳銀表示，威兆半導體將重點發展新能源行業和工業電源行業，例如新能源車輛、光伏發電、風能發電、UPS、通信電源等等應用。
最后，提到國外SiC晶閘管市場的內卷現象，楊承晉覺得這不是一件壞事，半導體產業與其他行業一樣，在行業發展過程中還會經歷一輪“內卷”，淘汰一部份玩家，而才能活出來的，一定是在供應鏈、研發、市場上具備三位一體能力的玩家。
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關于森國科
上海市森國科科技股份有限公司是一家專業從事功率元件、模塊，功率IC的高新科技企業。功率元件主要包括氧化鋁晶閘管、碳化硅、IGBT，功率芯片主要包括功率元件驅動芯片、無刷馬達驅動芯片兩大類。公司總部在北京市南山區，在上海、成都、蘇州設有研制及營運中心。公司研制人員占比超過70%，研究生以上學歷占比50%，來自臺積電、海思、比亞迪微電子、羅姆、華潤上華等機構，涵蓋復旦學院、電子科技學院、西安電子科技學院、西北工業學院等微電子專業著名高校。
森國科氧化鋁產品線為650V和1200V氧化鋁晶閘管、碳化硅、SiC晶閘管模塊、SiC模塊，該產品系列廣泛應用于新能源車輛、光伏逆變器、充電樁電源模塊、礦機電源、通信設備電源、5G微基站電源、服務器電源、工業電源、快充電源、軌道交通電源等。森國科氧化鋁產品采用6寸車規級晶片，具有高耐溫，高頻，高效，高壓特點，已逐步步入國外車輛三電、主流大功率電源、光風儲逆變器、充電樁電源模塊等上市公司供應鏈。
森國科功率IC采用先進的高壓特色工藝，包括功率管及模塊的驅動、BLDC及FOC馬達的驅動。經過5年的發展，該產品線的團隊在BCD工藝，UHV工藝、數模混和、電機驅動算法方面有深厚的積累。功率元件驅動芯片，早已大規模量產中低壓系列，正式推出高壓系列。在馬達驅動芯片方面，早已推出三相BLDC散熱吊扇馬達系列，正式推出單相BLDC馬達驅動系列。
森國科在中金資本、北汽產投、藍思科技、凌霄股份、中科海創等股東的推動下，以低成本創新為己任，努力為顧客提供高性價比的紅色“芯”動力，成為全球領先的功率半導體公司！
