SiC风口正劲，射频巨头Qorvo乘势而上

2024-07-16 14:54:12 来源: 杜芹

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前言：SiC领域正在迎来群雄逐鹿的新时代，而射频芯片巨头Qorvo亦在电源应用领域耕耘多年，已占据自己的一席之地。

在电气化、数据化、可再生能源等电力电子领域的强劲驱动下，SiC正以不可阻挡之势替代传统的硅基材料，成为下一代电子器件的核心技术。Yole Development预测，SiC市场规模将从 2023年的10亿美元快速增长至 2027 年的 63 亿美元，2030 年更将突破 150 亿美元，年复合增长率高达 35%。

风口之上，SiC潜力无限。这也吸引了Qorvo的视线。近年来，Qorvo积极转型，通过一系列的产品布局，已然成为连接和电源解决方案的全球领先供应商。SiC作为其战略布局的重要一环，正加速释放其潜力。

Qorvo发展SiC的底气

在SiC领域，Qorvo并不是一个新手。早在2021年11月Qorvo就收购了UnitedSiC，这家成立于1999年的公司在SiC领域有着很深的积淀，帮助Qorvo打开了 SiC 市场之门，快速提升市场份额。

要啃下SiC这个硬骨头，没有点真本事可不行。Qorvo的秘密武器就在于其独特的堆叠式共源共栅（Cascode）架构。所谓的Cascode架构，是将具有全球专利的常开（normally-on）SiC JFET与Si MOSFET共同封装，构建出具有标准栅极驱动特性的常关（normally-off）SiCFET器件。

与传统的SiC MOSFET架构相比：

1.Qorvo的Cascode JFET结构更简单，没有栅极氧化层，从根本上解决了SiC MOSFET 栅极氧化层缺陷或击穿所带来的SiC MOSFET器件参数性能改变或失效风险；

2.由于SiC FET少了一个Channel resistance（沟道电阻），使得Qorvo SiC FET拥有在相同封装下的SiC device领域最低的导通电阻RDS(on)；

3.因为Cascode的反向续流导通压降比SiC MOSFET的小很多，Qorvo的SiC FET开关速度更快，这样可以有效减小变压器的尺寸和减少母线滤波电容的容量，从而降低系统成本。

左图是传统的SiC MOSFET结构，右图是Qorvo的Cacode JFET结构

得益于该创新性的架构，Qorvo不断刷新SiC FET RDS(on)新低纪录，成为业内不可忽视的力量。2019 年 12 月，发布 650V、7mΩ SiC FET，创下业界最低RDS(on)记录，逆变器效率可达 99% 以上；2020 年 2 月，推出 DFN 8×8 封装的 32mΩ SiC FET，再次刷新最低RDS(on)记录；2021 年 9 月，发布的750V、6mΩ SiC FET，RDS(on)性能比同类产品低一半；2022 年 7 月推出 750V、9mΩ SiC FET，采用 D2PAK-7L 封装，适用于高功率应用；2023 年 3 月发布 750V、5.4mΩ SiC FET，采用 TOLL 封装，这是任何其他功率半导体技术（Si/SiC/GaN）均无法超越的。2024年2月，Qorvo推出紧凑型 E1B 封装的 1200V SiC模块，导通电阻RDS(on)最低为 9.4mΩ，极大地提升了效率，这一优势在软开关应用中尤为显著。2024年6月，Qorvo® 推出采用 TOLL 封装的 750V 4mΩ SiC JFET，以超小型元件封装的超低导通电阻 FET 器件助力电路保护等应用的发展，推动断路器技术的革新。

如今，Qorvo的SiC产品种类已经非常丰富。下图展示了Qorvo公司的SiC功率器件产品系列。产品主要分为四类：肖特基二极管(Schottky Diodes)、结型场效应晶体管（JFETs）、SiC 模块和场效应晶体管(FETs)。其中，肖特基二极管系列有三种不同的额定电压和电流规格：650V@4A到30A、1200V@2A到50A以及1700V@25A。SiC JFET系列是高性能SiC常开JFET晶体管，电压范围为650V至1700V，具有低至4 mΩ 的超低导通电阻(RDS(on))。SiC 模块包含半桥和全桥两种配置，工作电压1200V，导通电阻RDS(on)低至 9.4mΩ。场效应晶体管系列则涉及650V、750V、1200V和1700V的不同电压等级，从650V@6.7mΩ-80mΩ到1700V@410mΩ不等。此外，这些器件还采用行业标准封装和引脚布局，包括表面贴装技术(SMT)和通孔插装技术(TH)。

产品为王，供应链先行。在 SiC 领域，稳定的材料供应是成功的关键。Qorvo 早有布局。2022 年 11 月，Qorvo 与韩国晶圆制造商 SK Siltron CSS 签订了多年合作协议，确保了未来发展所需的 SiC 裸片和外延片供应。

Qorvo在SiC领域的这些布局，为其在未来的竞争中奠定了坚实的基础。

从工业领域切入，蓄力SiC未来

作为SiC领域的新进者，Qorvo选择从工业市场撕开一个口子。相比汽车市场的激烈竞争，工业市场对可靠性、环境适应性等要求相对更宽容，为Qorvo提供了一个积累经验和技术实力的理想环境。

在储能和服务器等工业细分市场中，Qorvo已经展示了其SiC器件的强大潜能。

随着全球减碳目标和能源转型的推进，光伏一体化系统正在成为市场主流。这类系统需要高能效、高容量、低成本和长寿命，四大趋势指向 SiC，使其成为光伏储能应用的最佳选择。在7kW家用光伏逆变器和家用储能逆变器中，凭借与工业领域早期采纳者的合作，Qorvo的750V 18mΩ、23mΩ D2-PAK SiC FET和1200V 150m D2-PAK SiC FET等碳化硅器件，将像太阳能逆变器和储能等可再生能源设备的散热量限制在最低限度。根据光伏领域的客户反馈，使用Qorvo SiC FET比一般的SiC MOSFET提高了0.4%的系统效率。

除此之外，数据中心和服务器的蓬勃发展，也为SiC的应用带来了发展机遇。各国高度关注数据中心能效，提高数据中心电源系统性能成为关键。SiC功率器件凭借高效率、高功率密度、高耐压、高开关频率等优势，逐渐替代传统的Si基功率器件，成为数据中心电源系统的升级趋势。

与Si相比，SiC 功率器件在数据中心服务器电源中的优势颇多：

1.在相同输出功率下，SiC比Si器件的体积更小。数据中心运营者购买更少的电源模块即可满足需求，节省了空间。

2.SiC方案拓扑更简约，可使用更高开关频率，减少元器件数量和复杂度，降低 BOM 成本和体积。

3.SiC 耐压强度高、热传导率高、开关速度快，可用于开关频率高的应用。在相同封装、相同工况下，SiC器件的芯片温度比Si器件更容易控制，这也相应地提高了产品的可靠性等。

近年来，Qorvo的SiC业务实现了强劲增长。在2024 财年第一季度的财报中可以看到，Qorvo已收获了来自 AI 服务器和其他数据中心应用的数百万美元的 SiC 功率器件订单。

在服务器电源单元（PSU）领域，Qorvo已与台湾的OEM厂商合作超过2年，从研发到产品开发的深度参与，以及OEM厂商对新技术的认可，Qorvo的SiC产品如750V 33mΩ D2-PAK SiC FET和750C 18mΩ TO-247 SiC FET，已经在服务器领域备受认可。

基于Qorvo 750V SiC FET的3.6kW图腾柱无桥PFC方案，它可实现最高99.37%的转换效率，整体尺寸仅为260 x 102 x 60 mm3，具备重量轻、体积小、高功率密度等优点，可以轻松打造符合80PLUS钛金电源规范的高性能产品方案。

2024年，以ChatGPT和Sora等为代表的大模型AI应用仍然如火如荼，可以预见数据中心服务器需求将持续增长，向SiC器件的转变和对SiC的需求将进一步提高。尽管SiC器件的初始成本可能高于传统硅器件，但从长远来看，由于其能效提升带来的节能效果，总体拥有成本（TCO）将是可观的。因此，数据中心的能效革命可能不仅仅是由硬件性能提升推动的，更是由材料创新——特别是SiC功率器件的广泛应用所驱动的。

结语

从一开始，Qorvo的大多数SiC功率器件设计就符合AEC-Q101标准，这为其接下来进军新能源汽车领域做好了准备；器件的最大操作结温(Tj max op)可达到175°C，具有优秀的热稳定性……透过种种迹象我们不难看出，Qorvo 的SiC市场战略是一盘精妙的棋局，随着在工业应用中继续积累经验和技术“量”，我们相信Qorvo 终将实现在SiC领域质的飞跃。

责任编辑：sophie

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