安森美引領(lǐng)碳化硅 (SiC) 生態(tài)系統(tǒng)走向成熟
幾年前，設(shè)計(jì)人員主要依靠基礎(chǔ)資料手冊和自己掌握的知識(shí)來選擇元件，并將元件整合到設(shè)計(jì)中。如今，許多半導(dǎo)體公司已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，為了在越來越短的時(shí)間期限內(nèi)將復(fù)雜設(shè)計(jì)推向市場，設(shè)計(jì)人員承受著巨大的壓力，因此現(xiàn)在需要建立完整的設(shè)計(jì)支持工具生態(tài)系統(tǒng)，助設(shè)計(jì)人員一臂之力。根據(jù)所涉及的技術(shù)和制造商，支持工具可能包括評估板/套件、SPICE 模型和仿真工具、參考設(shè)計(jì)、選型指南、應(yīng)用手冊以及其他有價(jià)值的資料。
當(dāng)然，新技術(shù)的成熟及其生態(tài)系統(tǒng)的擴(kuò)大都需要時(shí)間。大概是因?yàn)樘蓟?(SiC) 廣泛用于可再生能源和電動(dòng)汽車等新興的大功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用，許多人仍然將 SiC 視為一種“新”技術(shù)，并且認(rèn)為其支持生態(tài)系統(tǒng)很不完善。
SiC 產(chǎn)品組合
對任何生態(tài)系統(tǒng)而言，起初最關(guān)鍵的是有多少可用的產(chǎn)品組合。許多人認(rèn)為，SiC 產(chǎn)品僅限于 MOSFET 和二極管?？焖贋g覽一下安森美 (onsemi) 的 EliteSiC 產(chǎn)品線，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它有 120 多款各種類型的二極管，工作電壓最高可達(dá) 1,700 V。此外，還有 100 多款 650 V、900 V 和 1,200 V SiC MOSFET，以及 30 多款基于安森美自有 SiC MOSFET 和二極管的功率集成模塊 (PIM)。產(chǎn)品線中還包括其他器件，例如至關(guān)重要的柵極驅(qū)動(dòng)器（如 NCP51705），用于確保 SiC 器件正常運(yùn)行并發(fā)揮理想性能。
圖1：安森美EliteSiC 產(chǎn)品
設(shè)計(jì)和仿真
如今在構(gòu)建任何形式的硬件時(shí)，幾乎都要先使用 SPICE 模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，以獲得對電路行為方式的合理估計(jì)。為了支持仿真，安森美為旗下的 SiC 器件提供基于物理的可擴(kuò)展 SPICE 模型及 Elite Power 仿真工具。在該仿真工具中使用出色的 EliteSiC 器件時(shí)，可得出準(zhǔn)確的結(jié)果。
行業(yè)主流平臺(tái)都支持安森美基于物理的可擴(kuò)展SPICE 模型，包括PSpice、LTspice、Simetrix、Spectre、ADS、SABRE 和Simplorer。
為了提供進(jìn)一步支持，安森美開發(fā)了用于系統(tǒng)級(jí)仿真的 PLECS 模型生成工具。與許多僅適合硬開關(guān)的 PLECS 模型不同，安森美的 PLECS 模型自助生成工具支持工程師創(chuàng)建定制化的高保真 PLECS 模型。這些模型同樣適合軟開關(guān)應(yīng)用，例如 DC-DC、LLC 和 CLLC 諧振、雙有源橋及相移全橋 (PSFB)。
圖2：如何選擇Elite Power 仿真工具和PLECS 模型自助生成工具
物料和供應(yīng)鏈
構(gòu)建SiC 器件可能很有挑戰(zhàn)性，特別是要保持充分的過程控制以確保高可靠性。只有對晶圓和產(chǎn)品進(jìn)行全面認(rèn)證，結(jié)合有效的故障分析技術(shù)充分理解故障模式，并落實(shí)糾正措施計(jì)劃，才能避免出現(xiàn)問題。
安森美基于縝密的設(shè)計(jì)方法、嚴(yán)格的生產(chǎn)監(jiān)控、制造控制、適當(dāng)?shù)暮Y選和穩(wěn)健的認(rèn)證，開發(fā)了一套全面的跨功能方法來評估旗下的SiC 產(chǎn)品，只有通過評估之后才會(huì)將產(chǎn)品投放市場。
隨著汽車和可再生能源等利用 SiC 技術(shù)的主要應(yīng)用的增長，人們開始擔(dān)憂 SiC 產(chǎn)品的供貨問題。這種擔(dān)憂似乎是基于一個(gè)誤解，即 SiC 產(chǎn)品難以制造，產(chǎn)能有限。造成這種問題的原因之一在于，SiC 產(chǎn)品制造是一個(gè)多階段過程，通常由不同公司負(fù)責(zé)不同階段。然而，安森美是一家具備 SiC 及相關(guān)方案端到端供應(yīng)能力的大型供應(yīng)商。
在美國新罕布什爾州，制造過程從生長單晶SiC 材料開始，然后生產(chǎn)晶圓襯底，接著生長薄外延層，之后是若干器件加工步驟，最后是封裝產(chǎn)品。安森美的整個(gè)制造過程采用端到端垂直整合的模式，每個(gè)步驟都要進(jìn)行詳盡的可靠性和質(zhì)量測試，以確保產(chǎn)品幾乎零缺陷。
圖3：安森美的端到端供應(yīng)鏈
安森美的垂直整合供應(yīng)鏈帶來了諸多優(yōu)勢，包括可擴(kuò)展性、質(zhì)量優(yōu)異和生產(chǎn)成本可控。此外，在外延生長之前和之后會(huì)進(jìn)行缺陷掃描，以提供額外的質(zhì)量保證。垂直整合還支持在價(jià)值鏈的每個(gè)階段快速反饋狀態(tài)信息，從而有助于確保產(chǎn)量能夠快速提升，并且流程得以優(yōu)化。