材料深一度|2020年Q1的SiC、GaN电力电子产品最新进展

截止到三月底，Mouser和Digi-Key在售的SiC和GaN电力电子器件共1590款。据统计，2020年Q1国际各厂家在售SiC、GaN功率产品数量较2019年底增加299款。其中，SiC器件新增48款，GaN器件新增29款。近几年Mouser在售的SiC、GaN器件及模块产品数量情况如图1所示。

图1 近几年Mouser在售的SiC、GaN器件及模块产品数量情况（款）

一、技术指标情况

1、SiC二极管

目前，国外有超过20家公司量产SiC SBD系列产品，击穿电压600V-3300V，单芯片导通电流最高达100A以上。2020年Q1共有约700款SiC SBD产品在售，90%以上的产品耐压范围集中在650V和1200V，1700V（17款）和3300V（GeneSiC，3款）产品较少。作为SiC产业龙头，ROHM、Infineon、Cree和ST四家企业推出的产品种类占比高达53%。国际上已经商业化的SiC SBD器件性能情况如图2所示。

图2 国际上已经商业化的SiCSBD的器件性能

与2019年底相比，2020年Q1共新增8款SiC SBD产品，由STM、ON Semiconductor、Microchip / Microsemi三家公司生产，产品耐压集中在650V和1700V，单芯片导通电流在50A以下。

2、SiC 晶体管

2020年Q1国外10余家公司推出180余款SiC MOSFET系列产品，击穿电压650V-1700V，单芯片导通电流最高达100A以上。国际上SiC MOSFET以Cree和ROHM为代表，两家共推出78款产品，占比43%。

业内生产SiC JFET的企业较少，Mouser上只有UnitedSiC在销售SiC JFET产品，耐压为650V和1200V两种，最大电流63A。国外已经商业化的SiC晶体管器件性能如图3所示。

图3 国外已经商业化的SiC晶体管器件性能

据CSA Research统计，2020年Q1新增19款SiC MOSFET产品，由UnitedSiC、ON Semiconductor、Microchip / Microsemi三家公司生产，其中ON Semiconductor推出了10款新产品。

3、GaN电力电子

国际上有超过5家主要公司推出30多款GaN HEMT系列产品，击穿电压600V-900V，主要集中在600V和650V，导通电流最高60A。GaN System推出的产品种类最多（14种），Transphorm的产品最高耐压值达到900V，EPC的产品耐压集中在200V以下。国外已经商业化的GaN电力电子器件性能情况如图4所示。

图4 国外已经商业化的GaN电力电子器件性能

据统计，1季度新增10款GaN HEMT产品，是由3家厂商生产，分别为EPC、Transphorm、Infineon，电压主要集中在600V、650V。

第1季度，GaN HEMT在PD快充领域的应用取得进一步渗透。2月，小米发布65W GaN充电器，内置纳维NV6115+NV6117芯片，击穿电压650V，导通电阻170mΩ。

4月，洛克（Rock）发布65W GaN充电器，内置英诺赛科INN650D02芯片，击穿电压650V，导通电阻200mΩ，这也是国内第三代半导体企业首次进入手机快充产品供应链。

但是，GaN在快充领域的应用还面临诸多挑战：第一，传统Si基快充产品技术不断进步，超结Si技术可以达到与GaN相同的效率和更高的功率密度，且具有成本优势。第二，GaN HEMT在快充领域的应用刚刚开启，面临质量稳定性和安全性等方面的问题，国内GaN HEMT企业还需要在实际应用中不断试错和改进。已发布的GaN快充产品选用功率器件情况如图5所示。

图5 已发布的GaN快充产品选用功率器件情况

二、市场价格情况

1、SiCSBD产品

第1季度SiC SBD产品的公开报价变化不大。据Mouser数据显示，600V、650V和1200V的价格均值分别为4.08元/A、1.74元/A和3.86元/A。据CSA Research调研，实际成交价基本与上个季度持平。

与之前年份的数据相比，SiC SBD产品价格维持下降趋势。600V-650V的SiC SBD的2020年Q1的平均价格是1.74元/A，较2017年底下降了57.6%，与Si器件的价差在5倍左右。1200V的SiC SBD的均价降至3.86元/A，较2017年下降了41%，与Si器件的差距仍然保持在5倍左右，价格优势仍不明显。SiC SBD价格情况如图6、7所示。

图6 2017年-2020年Q1650V的 SiC SBD价格（元/A）

图7 2017年-2020年Q1 1200V的 SiC SBD价格（元/A）

2、SiCMOSFET和GaNHEMT

第1季度，SiC MOSFET的产品价格在20元/A以下，耐压650V 器件的平均价格为3.51元/A，900V器件的平均价格为7.09元/A，1200V器件平均价格为6.14元/A，1700V 器件的平均价格为6.16元/A。SiC MOSFET第1季度平均价格情况如图8所示。

图8SiC MOSFET第1季度平均价格（元/A）

GaN HEMT目前在售600V-900V的产品平均价格为3.67元/A,而400V及以下产品平均价格为2.88元/A，均低于12元/A，其中价格最高的产品是由Infineon厂商生产。GaN HEMT第1季度平均价格情况如图9所示。

图9 GaN HEMT第1季度平均价格（元/A）

近几年统计结果表明，SiC MOSFET和GaN HEMT价格在正常区间内波动，但整体维持下行趋势，说明制造技术的提升和生产工艺的改进促进了成本的下降，但与同类的Si器件价格差距仍然较大，价格竞争优势并不明显。SiC MOSFET和GaN HEMT在耐压600V-900V的应用区间内产生竞争，而目前在耐压650V的情况下，两者价格基本一致，预计随着GaN HEMT质量稳定性的逐步改善将在该领域替代SiC MOSFET。SiC MOSFET、GaN HEMT和Si IGBT价格比较情况如图10、11所示。

图10 1200V SiC MOSFET、GaN HEMT和Si IGBT价格比较（元/A）

图11 650V SiC MOSFET、GaN HEMT和Si IGBT价格比较（元/A）