在不斷發(fā)展的電力半導體領域，過去十年間發(fā)生了顯著的變化，并有可靠的跡象表明未來將會有更多的變革。2022年，電力電子市場(包括分立器件和模塊)總價值達到了209億美元，預計到2028年將增長至333億美元。歷史上，硅一直是主導技術，并且隨著300毫米 Si MOSFET 和 IGBT 平臺的采用，硅的演變仍在繼續(xù)，確保其成本競爭力。然而，正是寬禁帶(WBG)技術(特別是碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN))的快速崛起，正在重新塑造這一行業(yè)。
碳化硅（SiC）正經(jīng)歷大幅增長。預計到2029年，SiC電力電子市場將達到100億美元，占全球市場的28.6%。這一增長得益于200毫米平臺、更高的功率密度和優(yōu)化的功率模塊封裝等技術趨勢，同時也得益于SiC生態(tài)系統(tǒng)向垂直整合的轉變。例如，意法半導體 STMicroelectronics、羅姆 ROHM、安森美 Onsemi和 Wolfspeed 等行業(yè)領導者正在增強其供應鏈，增加內部基板生產(chǎn)能力。同時，中國廠商如天科合達 Tankeblue、天岳先進 SICC、爍科晶體 SemiSiC 等也在大力擴展SiC晶圓的產(chǎn)能。
氮化鎵（GaN）技術也在多個應用領域表現(xiàn)出強勁增長，包括消費電子和汽車領域，尤其是在快速充電器和過壓保護等方面，以及家用電器和數(shù)據(jù)中心的電源應用中。創(chuàng)新還在推動探索下一代半導體，如塊狀氮化鎵GaN、氧化鎵Ga2O3和金剛石。
電動汽車的普及改變了功率模塊技術和市場趨勢
電動汽車（EV）已經(jīng)獲得了相當大的市場接受度，占據(jù)了整體電力電子行業(yè)的重要份額。2023年，全球銷售的乘用車中近30%是電動汽車。預計在未來幾年，這一比例將進一步增加，到2028年電動汽車將占所有乘用車的50%。電動車不僅代表了一個重大且可持續(xù)的市場機會，而且還具有更廣泛的影響。
汽車行業(yè)以推動標準和引入新技術而著稱，特別是在電力電子領域。其直接動機是提高駕駛續(xù)航里程和降低成本，但這些進步不斷改變功率模塊技術和電池包的發(fā)展，并簡化了供應鏈。這為在需要強大性能和提高效率的各種工業(yè)應用中采用這些技術創(chuàng)造了新的機會。
趨向更實惠電動汽車的影響
電動汽車正在進入市場擴張的新階段，通常稱為“向更實惠車型的轉變”。在最初追求高功率、長續(xù)航的車型后，汽車制造商正在擴大其客戶群，吸引那些尋求價格在20,000美元至25,000美元之間的電動汽車的消費者。這涉及多種成本降低策略，如減少電動機驅動功率、縮小車載充電器功率、減少電池容量、增加系統(tǒng)集成，并減少車輛中的SiC含量。這些趨勢正在影響電動汽車供應鏈，中國、歐洲和美國的策略各不相同。
SiC的性能與成本動態(tài)
即使價格更實惠的電動車尋找更多使用硅的方式時，預計汽車行業(yè)仍將在可預見的未來主導SiC器件的需求。SiC在特斯拉Model 3中取得了突破，并在 800V電池電動汽車（BEVs）中得到了廣泛應用，預計這些車型將占市場的近80%。主要制造商如特斯拉和比亞迪正在增加其SiC技術的使用，比亞迪還在開發(fā)內部SiC能力，并與其他半導體公司合作供應SiC。
采用SiC技術相關的成本考量是顯著的。但最近SiC晶圓和器件技術的產(chǎn)能擴張，以及封裝技術的進步和市場動態(tài)，正推動成本下降，使SiC技術在更廣泛的應用中變得更加可及。
智能集成不僅僅關乎尺寸
成本降低也是電力電子中智能集成的基本驅動力。主要關注點是最小化能源浪費，并最大化可再生能源的潛力，以最終減少環(huán)境影響。智能集成在能源生態(tài)系統(tǒng)的所有層面實現(xiàn)這一目標，通過開發(fā)發(fā)電、分配、能源儲存和消費各個應用之間的可能協(xié)同效應。
它被應用于連接從風能、波能和光伏系統(tǒng)到電池儲能或氫生產(chǎn)系統(tǒng)以及電網(wǎng)的所有事物，包括家庭、電動汽車和工業(yè)消費。這一趨勢影響了一系列技術發(fā)展，需要減小解決方案的尺寸和成本，簡化部署并促進采用。包括從液體冷卻到寬禁帶（WBG）技術，解決方案需要在多個領域進行開發(fā)，這挑戰(zhàn)了開發(fā)者在多樣化專業(yè)領域的能力，并要求組織探索提供完整解決方案的新商機。從這個意義上講，智能集成正在重塑供應鏈，可以預期合并和收購將會發(fā)生。
挑戰(zhàn)與預測
隨著2024年尤其是硅碳（SiC）產(chǎn)能的擴展，預計供應限制將得到緩解。這一變化將推動不僅汽車行業(yè)，還有工業(yè)和能源部門的顯著增長和市場機遇，從而進一步促進電力電子技術的廣泛采用。
文章來源：艾邦半導體
