GaN and SiC for power electronics applications
购买该报告请联系：
中国微纳技术俱乐部
电话：15852926697；电子邮箱：panting#micro-nano.com（#换成@）
氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）将与硅（Si）展开竞争，范围从小功率到大功率。
如果克服挑战，预计SiC市场将增至原来的3倍，GaN市场将爆发性增长
2014年，SiC芯片业务规模超过1.33亿美元。与往年一样，功率因素校正（PFC）和光伏（PV）仍是领先的应用领域。其中，SiC二极管的市场份额超过80%。到2020年，二极管仍将是各种应用的主要贡献者，包括电动汽车和混合动力汽车（EV/ HEV）、光伏、功率因素校正、风能、不间断电源（UPS）、马达驱动器。
受益于光伏逆变器的驱动，SiC晶体管将实现快速增长。如果电动汽车动力传动系统逆变器采用纯SiC解决方案，那么还有很多挑战必须克服。我们预计2020年将达到实用化。
2020年，预计包括二极管和晶体管的整个SiC市场将增至原来的3倍，达到4.36亿美元。
GaN拥有一个很大的潜在市场规模，因此，GaN器件应用将是非常重要的，其市场起点和增长率与两个重要问题有直接联系：
* 如何拓展低压GaN的新兴应用，以及这些应用如何使用GaN器件？
* 600伏GaN器件是否有市场？
我们综合各种变化因素，给出了两种GaN器件市场预测方案（2014-2020年）。本报告分析了GaN在不同应用领域中的渗透率，包括DC-DC转换、激光雷达、包络跟踪（envelope tracking）、无线供电和功率因素校正等。按标准方案预测，2020年GaN器件市场规模将达到3.03亿美元。按照加速方案预测，低压GaN器件和600伏GaN器件将快速应用，预计2020年的的市场规模将达到5.6亿美元，如下图所示。新兴应用，如包络跟踪、无线供电和激光雷达，将消耗三分之一的GaN晶体管产能。在上述两种方案中，低于200伏的低压应用都将是主要的市场贡献者。
GaN器件市场规模（两种预测方案）
各大厂商正朝着正确方向克服目前的技术挑战，以加速宽禁带器件应用
采用GaN或SiC材料设计一款全新的产品将导致研发费用增加，但是可以通过系统级的附加值来补偿。与常规的Si材料相比，这可能降低成本、减小尺寸、改善工作条件。为了抓住该附加值，系统集成商必须能从宽禁带器件（工作频率和温度提升）中充分获益。
GaN和SiC商业化功率器件发展历程
到目前为止，宽禁带器件市场并没有像业内人士预测的那样快速增长。宽禁带器件应用的四大阻碍因素如下：
* 器件级的成本高
* 可靠性
* 多源供应（采购）
* 集成性
近几年，许多研发项目已经陆续启动。一些原型样机表明：采用了宽禁带器件的系统反而具有更低的物料清单成本（BOM）。
为了克服可靠性挑战，罗姆（ROHM）和科锐（Cree）发布了新一代SiC器件或平台。SiC和GaN器件也将通过可靠性测试，以降低应用风险。
如今，许多公司开始研发SiC MOSFET，包括科锐、罗姆、意法半导体、三菱和通用电气。这意味着终端用户可以更好地发挥多源采购的优势。与此相反，GaN市场中的供应商数量则非常有限。在未来几年，新进厂商，如ExaGaN和台积电将提供额外的采购选择。英飞凌和松下也在2015年宣布将为normally-off 600伏GaN功率器件建立双重采购关系。
宽禁带器件供应商和终端用户需要考虑多种因素，包括器件封装、模块封装、栅极驱动器集成和拓扑设计。目前，封装正成为一个特定的瓶颈，但好消息是，大多数公司正朝着正确的方向前进。GaN器件制造商EPC和GaN Systems都采用先进封装，这似乎是比传统功率器件封装更合适。最近，科锐收购了APEI，将加快SiC模块封装的发展。了解更多有关宽禁带面临的挑战，请阅读本报告。
宽禁带器件封装的挑战
最近的融资趋势表明市场对宽禁带器件的信心
最近已经有好几条关于宽禁带业务的好消息。当前的SiC器件市场领导者科锐决定剥离其功率和射频事业部，成立一家独立的公司，同时将启动新的IPO。我们认为这是SiC功率器件市场持续增长的积极迹象。
2014年SiC器件厂商的市场份额
与此同时，几家GaN初创企业合计拿到约1亿美元投资，如下表所示，其中两家进入全球四大商业化GaN公司行列。这些投资也反映了投资人对GaN市场的信心，愿意提供资金来加快生产能力的提升。
GaN和SiC将在电力电子应用中展开竞争吗？
经过多年讨论：未来到底是GaN还是SiC？现在答案比以往任何时候都清晰。
SiC二极管已经存在市场上超过14年，并正成为一项成熟的技术，所以没有任何余地留给GaN二极管。
GaN晶体管已经顺利进入低压应用领域，而SiC晶体管难与之“匹敌”。
商业化SiC晶体管主要应用于600~3300伏电压领域。相比GaN lateral器件，其优势在于电压超过1200伏的应用。2015年初，SiC器件的领导者科锐推出了900伏平台。这被认为是市场转向SiC的信号，想要解决900伏及低电压应用问题。
科锐900伏SiC MOSFET vs. Silicon SJ-MOSFETs
GaN也在试图进入600伏应用市场。因此，未来几年，例如PFC、车载充电器、低压-高压转换器等应用将成为GaN和SiC的主战场。
系统集成商并不关心他们购买的芯片是采用什么材料制造的。他们希望以合理的价格买到合适的器件，以满足系统集成需求。真正的竞争不是GaN和SiC，而是宽禁带和硅基材料之间的竞争。硅基IGBT技术正在进步，变得更好、更加便宜。展望未来，市场不会像今天一样，由硅基器件占据主导地位，而是更加多元化。基于Si、SiC、GaN和其它材料的器件都将会找到属于自己的利基市场。
宽禁带市场分类
报告目录：
• Executive summary
• Overall power electronics market
• EV/HEV
market
> The top five key requirements for power transistors in
HEV
> Converters and inverters in EV/HEV
> WBG penetration in EV/HEV
> Roadmap of implementation of SiC devices in EV/HEV
> Added value for SiC devices in EV/HEV applications
> SiC/GaN device market in EV/HEV
• PV
inverters
> Penetration of SiC PV
> SiC device market in PV
> GaN device market in PV
• PFC
market
> WBG device penetration in PFC
> GaN device market size for PFC Up to 2020 (in M$)
> WBG device market size for PFC (in M$)
• Uninterrupted
Power Supply (UPS)
> System BOM comparison
> WBG penetration to UPS sector
> SiC / GaN / WBG device market size for UPS inverter up to 2020
(in M$)
• Industrial
motor drive market
> Motor drive applications
> Example of WBG in motor drives
> SiC device market size for motor drives up to 2020 (in
M$)
• Power
converters for wind turbines
> SiC penetration in wind turbines
> SiC device market size for wind turbines up to 2020 (in
M$)
• Rail traction
market
> SiC implementation in rail traction
> WBG penetration in trains
> SiC device market size in trains up to 2020 (in M$)
• Other
applications for SiC
> Induction heating generator
> Aeronautics
> WBG for military applications
> SiC penetration in T&D applications
• Low power DC
DC converter
> Point of load (PoL)
> GaN for PoL / isolated DC-DC converter
> GaN device market volume in DC-DC
• Emerging
markets for GaN
> Wireless power
> Envelope tracking
> Lidar
> GaN device market size for emerging applications up to 2020
(in M$)
• WBG market
playground
> From prototype to mass-production
> Tentative estimation of market share of SiC / GaN device
makers in 2014
• SiC discretes
and modules
> SiC power devices
> Device benchmark
> Evolution in Cree’s MOSFET structure
> SiC MOSFET current density (A/mm²) roadmap to 2020
> SiC die cost analysis
> Estimation of market price for SiC 600V Diode and 1.2kV
MOSFET
• GaN
discretes
> Cascode vs enhanced-mode GaN device
> Low voltage GaN device price
> GaN-on-Si HEMT current density (A/mm²) roadmap to 2020
> Estimation of market price of 600V GaN HEMT
• WBG technical
challenges
> Remaining challenges for WBG devices
> WBG packaging
• Conclusions
若需要《GaN和SiC电力电子应用》样刊，请发E-mail：panting#micro-nano.com（#换成@）
