前言

SiC領域正在迎來群雄逐鹿的新時代，而射頻芯片巨頭Qorvo亦在電源應用領域耕耘多年，已占據(jù)自己的一席之地。

在電氣化、數(shù)據(jù)化、可再生能源等電力電子領域的強勁驅動下，SiC正以不可阻擋之勢替代傳統(tǒng)的硅基材料，成為下一代電子器件的核心技術。Yole Development預測，SiC市場規(guī)模將從 2023年的10億美元快速增長至 2027 年的 63 億美元，2030 年更將突破 150 億美元，年復合增長率高達35%。

風口之上，SiC潛力無限。這也吸引了Qorvo的視線。近年來，Qorvo積極轉型，通過一系列的產(chǎn)品布局，已然成為連接和電源解決方案的全球領先供應商。SiC作為其戰(zhàn)略布局的重要一環(huán)，正加速釋放其潛力。

Qorvo發(fā)展SiC的底氣

在SiC領域，Qorvo并不是一個新手。早在2021年11月Qorvo就收購了UnitedSiC，這家成立于1999年的公司在SiC領域有著很深的積淀，幫助Qorvo打開了 SiC 市場之門，快速提升市場份額。

要啃下SiC這個硬骨頭，沒有點真本事可不行。Qorvo的秘密武器就在于其獨特的堆疊式共源共柵（Cascode）架構。所謂的Cascode架構，是將具有全球專利的常開（normally-on）SiC JFET與Si MOSFET共同封裝，構建出具有標準柵極驅動特性的常關（normally-off）SiCFET器件。

與傳統(tǒng)的SiC MOSFET架構相比：

Qorvo的Cascode JFET結構更簡單，沒有柵極氧化層，從根本上解決了SiC MOSFET 柵極氧化層缺陷或擊穿所帶來的SiC MOSFET器件參數(shù)性能改變或失效風險；

由于SiC FET少了一個Channel resistance（溝道電阻），使得Qorvo SiC FET擁有在相同封裝下的SiC device領域最低的導通電阻RDS(on)；

因為Cascode的反向續(xù)流導通壓降比SiC MOSFET的小很多，Qorvo的SiC FET開關速度更快，這樣可以有效減小變壓器的尺寸和減少母線濾波電容的容量，從而降低系統(tǒng)成本。

左圖是傳統(tǒng)的SiC MOSFET結構，右圖是Qorvo的Cacode JFET結構

得益于該創(chuàng)新性的架構，Qorvo不斷刷新SiC FET RDS(on)新低紀錄，成為業(yè)內不可忽視的力量。2019年12月，發(fā)布650V、7mΩ SiC FET，創(chuàng)下業(yè)界最低RDS(on)記錄，逆變器效率可達 99% 以上；2020年2月，推出DFN 8×8封裝的32mΩ SiC FET，再次刷新最低RDS(on)記錄；2021年9月，發(fā)布的750V、6mΩ SiC FET，RDS(on)性能比同類產(chǎn)品低一半；2022年7月推出750V、9mΩ SiC FET，采用D2PAK-7L 封裝，適用于高功率應用；2023年3月發(fā)布750V、5.4mΩ SiC FET，采用TOLL 封裝，這是任何其他功率半導體技術（Si/SiC/GaN）均無法超越的。2024年2月，Qorvo推出緊湊型E1B封裝的1200V SiC模塊，導通電阻RDS(on)最低為9.4mΩ，極大地提升了效率，這一優(yōu)勢在軟開關應用中尤為顯著。2024年6月，Qorvo推出采用 TOLL封裝的750V 4mΩ SiC JFET，以超小型元件封裝的超低導通電阻 FET 器件助力電路保護等應用的發(fā)展，推動斷路器技術的革新。

如今，Qorvo的SiC產(chǎn)品種類已經(jīng)非常豐富。下圖展示了Qorvo公司的SiC功率器件產(chǎn)品系列。產(chǎn)品主要分為四類：肖特基二極管(Schottky Diodes)、結型場效應晶體管（JFETs）、SiC 模塊和場效應晶體管(FETs)。其中，肖特基二極管系列有三種不同的額定電壓和電流規(guī)格：650V@4A到30A、1200V@2A到50A以及1700V@25A。SiC JFET系列是高性能SiC常開JFET晶體管，電壓范圍為650V至1700V，具有低至4 mΩ 的超低導通電阻(RDS(on))。SiC 模塊包含半橋和全橋兩種配置，工作電壓1200V，導通電阻RDS(on)低至 9.4mΩ。場效應晶體管系列則涉及650V、750V、1200V和1700V的不同電壓等級，從650V@6.7mΩ-80mΩ到1700V@410mΩ不等。此外，這些器件還采用行業(yè)標準封裝和引腳布局，包括表面貼裝技術(SMT)和通孔插裝技術(TH)。

產(chǎn)品為王，供應鏈先行。在 SiC 領域，穩(wěn)定的材料供應是成功的關鍵。Qorvo 早有布局。2022 年 11 月，Qorvo 與韓國晶圓制造商 SK Siltron CSS 簽訂了多年合作協(xié)議，確保了未來發(fā)展所需的 SiC 裸片和外延片供應。

Qorvo在SiC領域的這些布局，為其在未來的競爭中奠定了堅實的基礎。

從工業(yè)領域切入，蓄力SiC未來

作為SiC領域的新進者，Qorvo選擇從工業(yè)市場撕開一個口子。相比汽車市場的激烈競爭，工業(yè)市場對可靠性、環(huán)境適應性等要求相對更寬容，為Qorvo提供了一個積累經(jīng)驗和技術實力的理想環(huán)境。

在儲能和服務器等工業(yè)細分市場中，Qorvo已經(jīng)展示了其SiC器件的強大潛能。

隨著全球減碳目標和能源轉型的推進，光伏一體化系統(tǒng)正在成為市場主流。這類系統(tǒng)需要高能效、高容量、低成本和長壽命，四大趨勢指向 SiC，使其成為光伏儲能應用的最佳選擇。在7kW家用光伏逆變器和家用儲能逆變器中，憑借與工業(yè)領域早期采納者的合作，Qorvo的750V 18mΩ、23mΩ D2-PAK SiC FET和1200V 150m D2-PAK SiC FET等碳化硅器件，將像太陽能逆變器和儲能等可再生能源設備的散熱量限制在最低限度。根據(jù)光伏領域的客戶反饋，使用Qorvo SiC FET比一般的SiC MOSFET提高了0.4%的系統(tǒng)效率。

除此之外，數(shù)據(jù)中心和服務器的蓬勃發(fā)展，也為SiC的應用帶來了發(fā)展機遇。各國高度關注數(shù)據(jù)中心能效，提高數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)性能成為關鍵。SiC功率器件憑借高效率、高功率密度、高耐壓、高開關頻率等優(yōu)勢，逐漸替代傳統(tǒng)的Si基功率器件，成為數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)的升級趨勢。

與Si相比，SiC 功率器件在數(shù)據(jù)中心服務器電源中的優(yōu)勢頗多：

在相同輸出功率下，SiC比Si器件的體積更小。數(shù)據(jù)中心運營者購買更少的電源模塊即可滿足需求，節(jié)省了空間。

SiC方案拓撲更簡約，可使用更高開關頻率，減少元器件數(shù)量和復雜度，降低 BOM 成本和體積。

SiC耐壓強度高、熱傳導率高、開關速度快，可用于開關頻率高的應用。在相同封裝、相同工況下，SiC器件的芯片溫度比Si器件更容易控制，這也相應地提高了產(chǎn)品的可靠性等。

近年來，Qorvo的SiC業(yè)務實現(xiàn)了強勁增長。在2024財年第一季度的財報中可以看到，Qorvo已收獲了來自AI服務器和其他數(shù)據(jù)中心應用的數(shù)百萬美元的SiC功率器件訂單。

在服務器電源單元（PSU）領域，Qorvo已與中國臺灣的OEM廠商合作超過2年，從研發(fā)到產(chǎn)品開發(fā)的深度參與，以及OEM廠商對新技術的認可，Qorvo的SiC產(chǎn)品如750V 33mΩ D2-PAK SiC FET和750C 18mΩ TO-247 SiC FET，已經(jīng)在服務器領域備受認可。

基于Qorvo 750V SiC FET的3.6kW圖騰柱無橋PFC方案，它可實現(xiàn)最高99.37%的轉換效率，整體尺寸僅為260 x 102 x 60 mm3，具備重量輕、體積小、高功率密度等優(yōu)點，可以輕松打造符合80PLUS鈦金電源規(guī)范的高性能產(chǎn)品方案。

2024年，以ChatGPT和Sora等為代表的大模型AI應用仍然如火如荼，可以預見數(shù)據(jù)中心服務器需求將持續(xù)增長，向SiC器件的轉變和對SiC的需求將進一步提高。盡管SiC器件的初始成本可能高于傳統(tǒng)硅器件，但從長遠來看，由于其能效提升帶來的節(jié)能效果，總體擁有成本（TCO）將是可觀的。因此，數(shù)據(jù)中心的能效革命可能不僅僅是由硬件性能提升推動的，更是由材料創(chuàng)新——特別是SiC功率器件的廣泛應用所驅動的。

結語

從一開始，Qorvo的大多數(shù)SiC功率器件設計就符合AEC-Q101標準，這為其接下來進軍新能源汽車領域做好了準備；器件的最大操作結溫(Tj max op)可達到175°C，具有優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性……透過種種跡象我們不難看出，Qorvo 的SiC市場戰(zhàn)略是一盤精妙的棋局，隨著在工業(yè)應用中繼續(xù)積累經(jīng)驗和技術“量”，我們相信Qorvo 終將實現(xiàn)在SiC領域質的飛躍。