市場 | 碳化硅二極管國產替代按下“快進鍵

半導體材料與工藝設備

2022年1月7日 13:49

來源：碳化硅芯觀察

1.SiC二極管應用市場廣泛

肖特基二極管，又稱熱載流子二極管，通過金屬和半導體接觸(肖特基接觸)形成肖特基勢壘，實現整流。與普通PN結二極管相比，肖特基二極管的反向恢復慣性非常低。因此，肖特基二極管適用于高頻整流或高速開關。

碳化硅（SiC）是一種高性能的半導體材料，基于SiC的肖特基二極管（SiC Schottky Diode）具有更高能效、更高功率密度、更小尺寸和更高的可靠性，可以在電力電子技術領域打破硅的極限，成為新能源及電力電子的首選器件。

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（圖片來源于網絡）

目前市面上主流的SiC二極管產品，基本上采用JBS結構。JBS結構主從原理上來說，主要是PN結二極管+肖特基結二極管。這樣的結構好處是它綜合了PiN反向漏電的特點，而且具有肖特基二極管快速恢復的特點。所以說SiC二極管既能工作在高壓下，又能工作在高頻下。

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因此SiC二極管在金牌電源、UPS電源、服務器電源等領域得到了大量應用，功率等級從幾百瓦到幾千瓦。使用的SiC產品規模主要是650V /6A、8A、10A、16A。

2.國產器件實現進口替代的第一步

眾所周知，在電源等部分市場中，國產器件目前市占率已擁有較大比例。

下圖就是SiC二極管在電源產品中的典型應用。650V的二極管產品一般采用TO-220的封裝，通過絕緣片隔離，固定在電路中的散熱片上，以實現良好的散熱。

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除以上電源類產品外，SiC二極管在新能源汽車和光伏逆變器中也有廣泛應用。

在新能源汽車中，SiC二極管主要是用于車載OBC和地面充電樁設備。車載OBC和充電樁功能都是相同的，都是將電網中的交流電轉換成直流電，然后給汽車的蓄電池充電。

其中，SiC二極管主要用在兩個方面。第一，輸入端PFC電路中，SiC二極管作為升壓和整流二極管應用。第二，輸出端AC-DC電路中，SiC二極管作為高頻整流應用。由于車載OBC和充電樁輸入電壓不同，OBC是220V，充電樁是380V，OBC要求SiC二極管的電壓等級是650V，充電樁要求SiC二極管的電壓等級是1200V。電流從10A到幾十安都有。

在光伏逆變器中，SiC二極管主要是用在前級MPPT電路，作為升壓二極管使用。一般來說SiC二極管一般與SiC MOSFET配套使用。目前來說主要使用的是1200V產品。由于光伏逆變器的功率等級跨度比較大，從百瓦到GW的光伏逆變器都有。相應的，對SiC分立器件要求不同，從幾A到幾十A的TO封裝的小器件，到幾百A、上千A的功率模塊。

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在這兩個市場的應用中，國產器件使用率也正在逐年上升。目前國產的SiC產品主要以SiC二極管為主，各大國產碳化硅器件的供應商也都在加快這兩個市場的產品驗證與可靠性提升。下面給大家匯總分享下各國產碳化硅企業的二極管產品及市場情況：

基本半導體

前不久，基本半導體在創新日上，發不了最新的第三代碳化硅肖特基二極管產品。

基本半導體成功研發的第三代650V、1200V系列碳化硅肖特基二極管，是基本半導體系列標準封裝碳化硅肖特基二極管家族中的新成員。相較于前兩代二極管，基本半導體稱第三代碳化硅肖特基二極管在延用6英寸晶圓工藝基礎上，實現了更高的電流密度、更小的元胞尺寸、更強的浪涌能力。

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最新款碳化硅肖特基二極管的亮點表現：

更高電流密度、更低Qc：第三代二極管具有更高電流密度、更低Qc，使其在真實應用環境中開關損耗更低。
更強浪涌能力：通過工藝及設計迭代優化，第三代二極管實現了更高的浪涌能力。
更低成本：更高的電流密度帶來更小的芯片面積，使得器件成本較前兩代二極管進一步降低。
更高產量：使用6英寸晶圓平臺，單片晶圓產出提升至4英寸平臺產出2倍以上。

瞻芯電子

瞻芯電子作為國內碳化硅半導體功率器件主流供應廠商之一，從成立之初一直備受業界關注。據悉，瞻芯電子與國內主要開關電源廠商和新能源汽車電驅動廠商保持著良好的互動交流并陸續送樣測試，并收到多家廠商的技術垂詢與測試反饋。

2019年底，瞻芯電子的碳化硅二極管產品系列就在在深圳麥格米特電氣股份有限公司認證通過并啟動小批量驗證試產。最終經過半年的生產實踐，麥格米特同意瞻芯電子該產品系列在充電模塊產品線上可逐步全方位替代進口器件，進入批量采購階段。

瞻芯電子目前發布的碳化硅二極管產品，具有650V和1200V兩檔耐壓，封裝涵蓋DFN8*8，TO252，TO220-2，TO247-2，TO247-3，提供裸芯片，支持最大40A電流，器件均通過了工業級認證。

上海瀚薪科技

通過多年在碳化硅領域的深耕和積累，2014年瀚薪就已完成650V／1200V全系列碳化硅肖特基二極管產品的量產和車規認證，最大單管電流可以到100A；2017年量產650V/1200V的全系列碳化硅MOS并通過車規認證，最低內阻可以到20毫歐。發展至今，瀚薪已擁有深厚的、具有自主知識產權的器件設計和工藝研發的能力，突破了國外大廠在碳化硅技術上的壟斷。

上海瀚薪的 650V 系列、1200V 系列和 1700V 系列碳化硅二極管和 MOS 管均已規模量產，且已全部通過車規級認證，按照歐洲新能源車企要求開發的 3300V 系列也已量產，正在導入供應鏈；

泰科天潤

泰科天潤是國內早期第三代半導體材料碳化硅器件制造與應用解決方案提供商，主營碳化硅功率器件，包含各種封裝形式的碳化硅肖特基二極管、碳化硅MOSFET和碳化硅模塊等產品。

泰科天潤在北京擁有完整的半導體工藝晶圓廠，并擁有目前國內罕有的一條碳化硅器件生產線。作為國內碳化硅研發生產和平臺服務型公司，泰科天潤的產品線涉及基礎核心技術產品、碳化硅成型產品以及多套行業解決方案。

目前公司基礎核心產品——碳化硅肖特基二極管，已經成功實現碳化硅肖特基二極管多個功率器件量產，產品涵蓋600V～3300V中高壓范圍，其中600V/10A、1200V/20A等產品的成品率達到國際領先水平，600V/50A、1200V/50A實現量產突破，1700V/10A、3300V/5A兩個產品也已經完成研發。

三安集成

三安集成垂直整合第三代半導體產業鏈，提供從晶體生長、襯底加工、外延生長、器件設計、芯片制造到器件封測，以及完善的失效分析能力，全面把控產品一致性和可靠性。三安集成碳化硅肖特基二極管于2018年上市后，已完成了從650V到1700V的產品線布局，并累計出貨達百余萬顆，器件的高可靠性獲得客戶一致好評。

據悉，三安集成碳化硅MPS肖特基二極管全系列650V和1200V產品采用混合PiN肖特基二極管（ MPS ）設計，能提供更好的可靠性和魯棒性；得益于其產品特性，三安集成碳化硅功率器件產品可廣泛應用于牽引驅動、車載充電、新能源逆變、工業電源、數據中心、PFC、UPS等多領域。

瑞能半導體

今年，瑞能半導體也推出了功率器件新品，據稱其中包括了基于國際最新技術的第六代碳化硅二極管產品系列，對傳統領域的二極管做出產品迭代，對目前的應用高頻化、高效化也做出了有針對性的優化。

鑒于碳化硅擁有更寬的禁帶寬度、更高的擊穿電場、更高的熱導率、更高的電子飽和速率等特性，更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件，瑞能半導體也基于提高效率的宗旨在技術上不斷進行深耕研發，做出更加輕薄、功率處理能力更強的功率器件。

據悉，該款產品主要采用國際主流技術，以MPS或者JBS，加上薄片工藝生產碳化硅二極管產品，擁有超低VF( 額定電流下典型值約為1.27V )，低反向漏電流，低熱阻等優點，在高溫150 ℃的條件下，相比于上一代的產品，第六代碳化硅二極管的導通壓降效果能提升約25%；在不改變系統設計，僅對器件進行更換的情況下可以提升約0.2%系統效率；

北京國聯萬眾半導體科技有限公司

該公司是中國電科集團十三所旗下的控股子公司，于2015年在北京市順義區成立，主要致于SiC&GaN半導體器件的國產化。目前在北京研發基地建有72000m2 廠房。

2017年，國聯萬眾推出了全系列的SiC產品，包括SiC二極管、SiC MOSFET、功率模塊，電壓等級從600V-1700V，電流2A-40A。據稱，目前國聯萬眾在基于國產襯底所生產的典型產品在片成品率大于85%，產品交付周期在8周以內。

上圖是國聯萬眾生產的SiC肖特基二極管產品的型號列表。從650V/4A-1200V/40A的SiC二極管產品已經全部都實現了穩定供貨。包括各種封裝形式，TO-252、TO-220、TO-220 全包封、TO-220內絕緣產品、TO-247、-2、-3等產品已經全部實現和國外同規格的P-to-P替代。目前已經在礦基電源、金牌電源、服務器電源，以及光伏逆變、充電樁產品方面都得到了使用。

由于文章篇幅，還有一些國產的碳化硅二極管的情況我們會放在后續的文章中

3. 總結

近年來，隨著國產化替代的呼聲越來越高，第三代半導體迎來了發展熱潮。“十四五”規劃將第三代半導體納入國家集成電路行業發展的重點方向，給予國內半導體生態政策上的支持。國內半導體廠商紛紛加緊布局，試圖抓住機遇，擴大影響力。

目前國產化SiC產品大概有以下幾個特點。

第一，全產業鏈國產化。目前SiC器件從材料、設計、工藝、封裝，以及設備全部都有國產廠家的參與，并且這些廠家的產品都已經在市面上得到應用。

第二，國產SiC器件品牌眾多。這一特點主要是由于國家政策支持，對第三代半導體產業大力支持。此外，市場上應用端的需求量越來越多。所以SiC器件品牌每年都在增加，目前據不完全統計，大于10家，并且每年都有新的廠家出現。

第三，目前國產的SiC產品主要以SiC二極管為主，MOSFET國產市場占有率不高。尤其是基于國產設計，并且基于國產工藝的MOSFET產品。

分立器件可靠性等級一般分為車規級、工業級、消費級。近年來，國產碳化硅在消費級和工業級產品逐步實現替代，在汽車領域的應用也正在加速進入，但是實現全面替代還有一段距離。國產企業想要實現碳化硅產業鏈的“彎道超車”，還需持續腳踏實地，深耕技術與產品！

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