碳化硅(SiC)MOSFET全面取代超結(jié)(SJ)MOSFET的趨勢分析及2025年對電源行業(yè)的影響
一、SiC MOSFET取代SJ MOSFET的必然性
性能優(yōu)勢顯著
高頻高效:SiC MOSFET的開關頻率(如B3M040065H的開關時間低至14ns)遠超SJ 超結(jié)MOSFET,可減少電源系統(tǒng)中的磁性元件體積,提升功率密度(如數(shù)據(jù)手冊中提到的“開關能量降低至160μJ”)。
高溫可靠性:SiC器件在175°C高溫下仍能保持穩(wěn)定性能(如導通電阻僅從40mΩ升至55mΩ),而SJ MOSFET在高溫下?lián)p耗顯著增加。
低損耗特性:SiC的導通電阻和反向恢復電荷更低(如B3M040065Z的Qrr僅100nC)。
成本下降加速替代
國產(chǎn)化降本:8英寸晶圓廠2025年量產(chǎn),單片成本降幅達40%-50%,SiC MOSFET價格與SJ 超結(jié)MOSFET價格相同(如6英寸襯底價格已從6000元/片跌至1500元/片)。
規(guī)?;?/strong>:碳化硅功率器件產(chǎn)能釋放推動邊際成本下降。
二、2025年SiC變革對電源行業(yè)的影響
技術端:設計范式重構(gòu)
拓撲優(yōu)化:高頻特性要求電源設計采用LLC、DAB等軟開關拓撲,減少開關損耗(如B3M040065L的Eon/Eoff低至115/27μJ)。
散熱簡化:SiC的高溫耐受性(Tj達175°C)可減少散熱器體積,助力超薄電源(如數(shù)據(jù)中心PSU厚度降低30%)。
產(chǎn)業(yè)鏈端:國產(chǎn)替代深化
垂直整合加速:基本半導體等頭部企業(yè)從襯底到封測全鏈條布局(IDM模式),降低對海外供應鏈依賴。
設備國產(chǎn)化:本土企業(yè)突破外延爐、離子注入機,襯底良率從提升。
市場端:競爭格局重塑
淘汰低端產(chǎn)能:缺乏技術積累的中小廠商(如減薄柵氧層至30nm以下者)因可靠性問題(HTGB測試壽命不足1000小時)被出清。
國際競爭升級:國產(chǎn)SiC模塊通過AQG324認證(如基本半導體)進入全球車企供應鏈。
標準與生態(tài)升級
可靠性標準趨嚴:行業(yè)推動動態(tài)抽檢(如TDDB壽命測試)和第三方認證,淘汰參數(shù)虛標企業(yè)。
生態(tài)協(xié)同:國產(chǎn)SiC產(chǎn)業(yè)集群,封裝材料(如銅燒結(jié)膠)、測試設備本土配套完善。
三、挑戰(zhàn)與應對策略
技術瓶頸:界面態(tài)缺陷導致閾值電壓漂移,需加強晶圓流片工藝研發(fā)。
設計適配滯后:工程師需掌握SiC驅(qū)動電路設計(如負壓關斷防誤觸發(fā)),廠商需提供參考設計。
BASiC基本股份針對SiC碳化硅MOSFET多種應用場景研發(fā)推出門極驅(qū)動芯片,可適應不同的功率器件和終端應用。BASiC基本股份的門極驅(qū)動芯片包括隔離驅(qū)動芯片和低邊驅(qū)動芯片,絕緣最大浪涌耐壓可達8000V,驅(qū)動峰值電流高達正負15A,可支持耐壓1700V以內(nèi)功率器件的門極驅(qū)動需求。
BASiC基本股份低邊驅(qū)動芯片可以廣泛應用于PFC、DCDC、同步整流,反激等領域的低邊功率器件的驅(qū)動或在變壓器隔離驅(qū)動中用于驅(qū)動變壓器,適配系統(tǒng)功率從百瓦級到幾十千瓦不等。
BASiC基本股份推出正激 DCDC 開關電源芯片BTP1521xx,該芯片集成上電軟啟動功能、過溫保護功能,輸出功率可達6W。芯片工作頻率通過OSC 腳設定,最高工作頻率可達1.5MHz,非常適合給隔離驅(qū)動芯片副邊電源供電。
對SiC碳化硅MOSFET單管及模塊+18V/-4V驅(qū)動電壓的需求,BASiC基本股份提供自研電源IC BTP1521P系列和配套的變壓器以及驅(qū)動IC BTL27524或者隔離驅(qū)動BTD5350MCWR(支持米勒鉗位)。
結(jié)論
碳化硅MOSFET憑借性能優(yōu)勢和國產(chǎn)化降本,將在2025年全面開啟對超結(jié)MOSFET的替代浪潮。電源行業(yè)將迎來高頻化、高密度化升級,本土供應鏈主導權(quán)增強,頭部企業(yè)通過技術深耕和生態(tài)協(xié)同占據(jù)先機。行業(yè)需警惕低質(zhì)競爭,聚焦可靠性驗證與新興場景拓展,方能實現(xiàn)從“替代”到“引領”的跨越。
審核編輯 黃宇
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