碳化矽還有另一個極具殺傷力的應用

為了滿足「快速、小巧、輕薄」的手機快充充電器的需求，碳化矽功率裝置最近又出現了一種新的殺手級應用。

在手機充電器等極為小巧的應用中，PCB面積極為寶貴。超薄PD快充通常優先考慮厚度小於2mm的表面貼裝元件。近日，本徵半導體推出了採用SMBF封裝的新型碳化矽肖特基二極體。此次本徵半導體發布的SMBF封裝碳化矽肖特基二極體最大的優勢在於其「快速、小巧、輕薄」的特性。其長、寬、高分別為5.3mm*3.6mm*1.35mm，比SMB封裝（厚度2.3mm）薄，面積也小於DFN系列封裝及TO-252封裝。

圖 1 用於手機充電器的超小型碳化矽元件

隨著產業對功率密度的追求以及氮化鎵功率元件的普及，主動功率因數校正（PFC）需要提高工作頻率以減少核心體積。此時，傳統頻率響應二極體（FRD）的性能已無法滿足高頻整流的需求，這為碳化矽二極體在PFC中的應用創造了有利條件。

事實上，2020年，當大多數快充廠商還在探索65W氮化鎵快充市場時，巴芯科技就推出了業界首款120W氮化鎵+碳化矽快充充電器。正是這款產品首次將「碳化矽快充」從概念變為現實，開啟了碳化矽在快充領域的商業化應用。

圖 2 世界上第一個碳化矽充填器

隨後，MOMAX 和 REMAX 等製造商跟進推出了各種基於碳化矽的 100 瓦大功率快速充電器，這也讓越來越多的業內人士和消費者對碳化矽有了更深入的了解。

除了基礎半導體裝置外，我國碳化矽元件企業今年還在上海慕尼黑展覽會上展出了三款基於碳化矽二極體的100瓦快充參考設計，涵蓋了200W、120W和100W三個熱門功率段。其中，200W和120W參考設計採用了PFC+LLC架構和多埠輸出。目前市面上可用於高功率USB PD快充電源的碳化矽供應商包括Alpha Power Solutions、Maplesemi、SGKS、PY Pingwei等。

圖3 泰科天潤推出的碳化矽PD快充模組

作者認為，碳化矽技術的本質在於其高功率密度。它不僅在5G基地台、新能源車、高速鐵路、智慧電網等高功率領域發展良好，在穿戴式裝置、手機充電器、高階LED等低功率、低電壓但同樣需要高功率密度的領域也大有可為。

第三代半導體充電器市場規模龐大。

以手機充電器為例。為了滿足用戶對快速充電的需求，過去十年間充電器的輸出功率提升了約十倍。同時，為了使用者體驗，充電器的尺寸和重量並沒有大幅增加。

基本上延續上述需求趨勢，假設到 2025 年全球手機銷量達到 1.5 億部，第三代半導體充電器的市場滲透率達到 25%，第三代半導體充電器的價格降至 80 元，那麼第三代半導體充電器的市場規模將高達 30 億元。

圖 4 未來市場預測

資料來源：《2021年寬禁帶半導體產業研究報告》

此外，除了手機充電器之外，第三代半導體裝置在穿戴式裝置、無人機和其他對輕量化有要求的日常電器（如手持式吸塵器、自平衡車輛等）領域也具有廣闊的應用前景。

圖 5 未來充電器發展趨勢 來源：充電頭網絡

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