摘要：  SiC功率元件具高頻和耐高溫特性，不僅可較傳統(tǒng)硅功率半導(dǎo)體，提供更高的電源轉(zhuǎn)換效率，更可減少所需的電容和感測(cè)器數(shù)量，已吸引愈來(lái)愈多太陽(yáng)能逆變器制造商青睞。

關(guān)鍵字：  逆變器，感測(cè)器，太陽(yáng)能

碳化硅(SiC)功率元件正快速在太陽(yáng)能(PV)逆變器應(yīng)用市場(chǎng)攻城掠地。SiC功率元件具高頻和耐高溫特性，不僅可較傳統(tǒng)硅功率半導(dǎo)體，提供更高的電源轉(zhuǎn)換效率，更可減少所需的電容和感測(cè)器數(shù)量，已吸引愈來(lái)愈多太陽(yáng)能逆變器制造商青睞。

以寬能隙(Wide Bandgap， WBG)半導(dǎo)體碳化硅(SiC)制造的功率元件(Power Device)，相當(dāng)適合高功率、高頻率及高溫環(huán)境的應(yīng)用，近來(lái)已有許多逆變器制造商導(dǎo)入產(chǎn)品設(shè)計(jì)，推升SiC元件產(chǎn)值于2012年達(dá)到7，600萬(wàn)美元，發(fā)展至2020年更將上看2億美元。

另外，業(yè)界也普遍認(rèn)為SiC元件有機(jī)會(huì)在電動(dòng)車(EV)市場(chǎng)崛起，但目前仍充滿不確定性，主因系不清楚電動(dòng)車制造商是否會(huì)采用，以及何時(shí)導(dǎo)入，因此對(duì)SiC元件大量商用的時(shí)機(jī)，業(yè)界仍沒(méi)有確切時(shí)間點(diǎn)，且技術(shù)上還有一些問(wèn)題。

隨著SiC元件技術(shù)發(fā)展、市場(chǎng)應(yīng)用逐漸成熟，制造重心則將逐漸從美國(guó)、歐洲轉(zhuǎn)移至日本和其他亞洲國(guó)家(圖1)，以因應(yīng)市場(chǎng)需求。

具高頻/耐高溫特性　SiC獲逆變器廠青睞

第一個(gè)采用SiC元件的是伺服器制造商，主要應(yīng)用于高階伺服器的電源供應(yīng)器功率因素校正(PFC)，太陽(yáng)能逆變器(Inverter)則是第二個(gè)廣泛導(dǎo)入SiC元件的產(chǎn)品，車用市場(chǎng)尚未見(jiàn)其蹤跡。

未來(lái)，SiC元件在逆變器應(yīng)用將有不少成長(zhǎng)空間，至2015年可望成為主要出貨市場(chǎng)(圖2)，雖目前每家逆變器制造商產(chǎn)品線的幾十個(gè)型號(hào)中，只有一至兩個(gè)采用SiC，滲透率相當(dāng)?shù)?但從反面角度思考，這代表SiC在該應(yīng)用領(lǐng)域還有很多發(fā)揮空間。

圖1　2002～2020年SiC元件產(chǎn)值區(qū)域性占比預(yù)測(cè)

部分逆變器業(yè)者已同時(shí)推出采用SiC二極體、IGBT或MOSFET的產(chǎn)品陣容，更有少數(shù)提供全系列SiC逆變器。不過(guò)，現(xiàn)階段SiC逆變器在市面上僅能稱作試水溫的產(chǎn)品，相關(guān)業(yè)者僅簡(jiǎn)單替換傳統(tǒng)硅元件，花最少的設(shè)計(jì)工夫得到一些轉(zhuǎn)換效率的提升，意味著SiC的優(yōu)勢(shì)還未完全被利用;因此，下一階段逆變器業(yè)者已計(jì)劃針對(duì)SiC高頻率及耐高溫特性，全面革新系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)，以減少所需的電容和感測(cè)器數(shù)量，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性價(jià)比。

圖2　2010～2020年SiC元件應(yīng)用領(lǐng)域變化

Yole Developpement已與System Plus Consulting合作，剖析SiC取代逆變器中傳統(tǒng)硅元件帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，其中，最顯著的效能改善在于可將標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換頻率由12KHz提升至32KHz，如此一來(lái)，在同等效能的情況下，50kW SiC逆變器到2020年將比硅逆變器還便宜，有助縮短SiC投資回收的時(shí)間;而此一優(yōu)勢(shì)亦有助逆變器廠商加速導(dǎo)入SiC元件，將使該元件產(chǎn)值在2020 年達(dá)到2億美元。

除太陽(yáng)能逆變器外，電動(dòng)車、油電混合車(HEV)充電轉(zhuǎn)換器未來(lái)亦可望擴(kuò)大導(dǎo)入SiC元件，進(jìn)一步縮減系統(tǒng)體積與重量。

電動(dòng)車認(rèn)證牛步　SiC應(yīng)用發(fā)展陷迷霧

盡管SiC功率元件在車用市場(chǎng)極具成長(zhǎng)潛力，然而，汽車認(rèn)證可能要花費(fèi)高達(dá)5年的時(shí)間，所以即使電動(dòng)車及油電混合車的充電轉(zhuǎn)換器等認(rèn)證正在進(jìn)行，SiC元件在2015年前能否成功取得車廠青睞仍未可知。

除車廠認(rèn)證時(shí)程緩慢外，SiC也面臨其他耐高壓元件崛起的挑戰(zhàn)，包括硅超接面金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效電晶體(Super Junction MOSFET)、絕緣閘雙極電晶體(IGBT)，以及寬能隙氮化鎵(GaN)元件等，產(chǎn)品定位均與SiC相近。

因此，Yole Developpement于今年5月發(fā)表的最新SiC產(chǎn)業(yè)分析報(bào)告中，即預(yù)測(cè)未來(lái)SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩個(gè)狀況，較為樂(lè)觀的情況是SiC元件自2015年起，開(kāi)始用于電動(dòng)車或油電混合車上，并于2020年瓜分既有的IGBT市場(chǎng)占有率達(dá)11%;至于悲觀的情況則是2017～2018年才開(kāi)始被車廠導(dǎo)入電動(dòng)車，因而使SiC元件供應(yīng)商轉(zhuǎn)戰(zhàn)太陽(yáng)能逆變器市場(chǎng)，并在2020年成為首要應(yīng)用。