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兼具低損耗與高穩定兩大特色 英飛凌CoolSiC滿足新世代電源需求

  • 台北訊

Si(矽)是目前使用量最大、最普及的半導體材料,在電源領域也是如此,不過隨著智慧化趨勢加快,電子設備的應用範圍逐漸擴大,以Si製成的MOSFET在功率密度、體積等指標效能已出現瓶頸,SiC(碳化矽)、GaN(氮化鎵)第三代半導體開始接手,英飛凌電源與感測系統事業部協理陳志星指出,同樣是MOSFET元件,雖然目前SiC與GaN的價格還是高出Si許多,但在技術進步與市場擴增下,雙方有機會在5年內拉進甚至打平。

Si作為MOSFET材料已有長久歷史,以英飛凌為例,第一代CoolMOS S5的問世時間為1998年,之後此技術一直是電源元件的主流,英飛凌的CoolMOS也逐代更迭,目前已推出至第七代。

英飛凌電源與感測系統事業部 陳志星協理。

由於Si MOSFET的功率與頻率均高,其應用也相當廣泛,從小功率的消費性產品到大電源基礎建設,都可見到其蹤影。不過陳志星表示,近年來市場出現變化,使用者對產品體積、功率密度、效能的要求逐漸提升,Si的材料特性在MOSFET已出現瓶頸,在部分應用領域中,SiC與GaN的表現更好,產業板塊已在逐漸挪移中。

在材料特性限制下,Si的單位面積導通電阻(RDS-on)達到一定程度後就無法再降低,此一狀況將會影響電源設計的效率與功率密度,必須改採SiC或GaN,而這兩者也因特性不同,應用領域也會有所區隔。

陳志星指出,SiC的優點是電壓耐受度高,可達650V至3.3kV,因此適用於電動車充電樁、基地台…等需要大電力輸出的基礎建設;GaN的電壓耐受度雖不如SiC,但其高頻率特色可縮小電磁元件的體積,在要求輕薄短小的消費性產品中相當有優勢。

陳志星進一步分析Si、SiC、GaN三者的市場現況。在CoolMOS發展已有超過20年的Si,由於技術成熟、價位偏低,因此仍受市場青睞,而技術較新的SiC與GaN,在追求穩定的商用領域,業者心態仍偏保守,重視效能與體積的消費性產品,接受度會較高。至於在出貨量方面,SiC因為材料的成熟度以及可提供的產能較GaN大,目前在MOSFET市場排名第二。

整體而言,Si、SiC、GaN都仍是目前MOSFET的主要材料,在價格、應用領域、效能等方面也有各自優勢,因此市場對這三種MOSFET都有需求,市場上的半導體業者也都依自身技術選擇性布局,而其中英飛凌是全球唯一在這三大領域均有對應產品的業者,且技術深度居市場領先地位。

在SiC MOSFET部分,英飛凌已推出一系列650V的CoolSiC產品。與市場同級產品相較,此系列產品的導通損耗與切換損耗更低,同時具備最高的跨導等級(增益)、4V啟動電壓和短路耐用度,可強化運作可靠度並兼顧全方位效能。

另外CoolSiC所採用的本體二極體穩定可靠,與效能最好的超接面CoolMOS MOSFET相較,其逆復原電荷可降低80%。在上述優勢下,英飛凌的CoolSiC MOSFET 650V系列十分適用於電池充電基礎設施、能源儲存平台、太陽光電逆變器、不斷電系統、伺服器與通信交換式電源供應器。

陳志星指出,英飛凌在電源領域深耕多年,擁有領先業界的技術優勢,透過此優勢打造的CoolSiC MOSFET 650V系列,將可協助客戶設計出效能與可靠度俱佳的設備,除了目前所推出的CoolSiC TO-247-4與TO-247-3,目前也計畫推出更多種封裝產品,提供市場高效能、高穩定度的新世代半導體電源解決方案。