隨著中國政府2030年“碳達(dá)峰”和2060年“碳中和”目標(biāo)的提出，各行各業(yè)對綠色高效目標(biāo)的追求正成為功率半導(dǎo)體發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)因素。英飛凌工業(yè)功率控制事業(yè)部大中華區(qū)高級技術(shù)總監(jiān)陳立烽日前在由AspenCore主辦的2022國際集成電路展覽會(huì)暨研討會(huì)(IIC)上指出，從人口和社會(huì)變遷，到氣候變化和資源稀缺；從大幅加快的城市化進(jìn)程到全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型，過去兩年里，全球經(jīng)歷巨大轉(zhuǎn)變的同時(shí)，也給半導(dǎo)體技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展空間。GANesmc

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英飛凌工業(yè)功率控制事業(yè)部大中華區(qū)高級技術(shù)總監(jiān)陳立烽GANesmc

作為同時(shí)擁有涵蓋硅器件和碳化硅、氮化鎵兩種第三代半導(dǎo)體器件的全產(chǎn)品組合的企業(yè)，英飛凌連續(xù)18年占據(jù)全球功率半導(dǎo)體市場占有率第一的寶座。通過MOSFET(Si/SiC)、IGBT、HEMT(GaN)、智能功率開關(guān)、照明驅(qū)動(dòng)芯片、電機(jī)控制芯片、電源管理芯片、智能功率模塊(IPM)組成的功率產(chǎn)品矩陣，提供涵蓋瓦至兆瓦功率范圍的高能效解決方案，貫穿包括可再生能源發(fā)電、能源傳輸與配送、能源儲(chǔ)存與能源使用在內(nèi)的整條能源全價(jià)值產(chǎn)業(yè)鏈。GANesmc

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英飛凌幫助優(yōu)化整個(gè)電能產(chǎn)業(yè)鏈的能源效率GANesmc

提升全能源全價(jià)值鏈效率

發(fā)電端，功率半導(dǎo)體器件是促成可再生能源到電能轉(zhuǎn)換，并不斷提高能源轉(zhuǎn)化效率，減少損耗的關(guān)鍵。如下圖所示，近年來，隨著光伏/風(fēng)電平價(jià)上網(wǎng)比例不斷增加，相比日益高漲的化石能源價(jià)格，新能源發(fā)電成本呈不斷降低態(tài)勢。這其中，以IGBT、幾百千瓦到幾兆瓦集中式光伏逆變器、控制驅(qū)動(dòng)IC、控制系統(tǒng)為代表的英飛凌智慧能源方案，得到了行業(yè)越來愈多的青睞。GANesmc

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最近幾年國內(nèi)的光伏發(fā)電應(yīng)用發(fā)展迅猛，產(chǎn)品和技術(shù)已基本領(lǐng)先全球同行，因此中國光伏逆變器的生產(chǎn)廠家動(dòng)向已代表了國際光伏發(fā)展的大趨勢。其中最引人注目的就是組串逆變器單機(jī)功率的不斷提升，無論是1100V系統(tǒng)還是1500V系統(tǒng)，其單機(jī)功率均已達(dá)到前所未有的高度，以1500V系統(tǒng)為例，從前兩年的主流100~150kW，今年各大廠商已升級到200kW~250kW。另外，光伏應(yīng)用的拓?fù)涠鄻忧叶嘧兓?，這些都對傳統(tǒng)的器件封裝提出了新的挑戰(zhàn)—即設(shè)計(jì)靈活，成本優(yōu)化，且能滿足各大客戶的客制化需求。GANesmc

為此，英飛凌在之前已被業(yè)界廣泛采用的Easy1B和Easy2B的基礎(chǔ)上，新推出了無基板Easy封裝家族的衍生系列—Easy3B封裝，基于2片Easy2B尺寸DCB的新封裝；以及采用Prime PACK封裝的IGBT5 and.XT電源模塊，可使功率輸出提升25%，壽命延長10倍，損耗降低20%。GANesmc

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輸配電網(wǎng)絡(luò)中，處于換流閥中的功率半導(dǎo)體是實(shí)現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵單元，同時(shí)也大量優(yōu)化電能質(zhì)量設(shè)備(無功補(bǔ)償，有源濾波等)的核心組成部分。在英飛凌相關(guān)方案的加持下，高壓直流輸電系統(tǒng)將能夠節(jié)省14%的輸電損耗。GANesmc

用電端則覆蓋廣泛，智能家居就是其中最具代表性的行業(yè)之一。以常見的家用空調(diào)設(shè)備為例，它們非常強(qiáng)調(diào)智能化、小體積、強(qiáng)功能、更節(jié)能，高效節(jié)能的CIPOS™ Mini智能功率模塊就十分合適。它不但具有最高功率密度，還集成了多種功率和控制元件來提高可靠性，并優(yōu)化PCB尺寸和降低系統(tǒng)成本，適用于空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱、真空吸塵器、壓縮機(jī)等多種應(yīng)用場合中的控制變頻器。GANesmc

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“數(shù)據(jù)顯示，CIPOS智能功率模塊系列每年可節(jié)省24bn kWh能耗，相當(dāng)于減少1400萬噸二氧化碳的排放。同時(shí)，我們預(yù)計(jì)到2028年全球范圍內(nèi)將會(huì)新裝空調(diào)超過10億臺，采用CIPOS智能功率模塊的變頻空調(diào)，每臺將至少降低50%的能耗。”陳立烽說。GANesmc

此外，隨著真空吸塵器、掃地機(jī)器人、吹風(fēng)機(jī)、榨汁機(jī)/攪拌機(jī)、電磁爐、吊扇、凈水器、空氣凈化器、除濕器為主的小家電市場增長迅猛，它們也普遍希望以同等體積實(shí)現(xiàn)更高功率，或以更小體積實(shí)現(xiàn)同等功率。而以CIPOS智能功率模塊、iMOTION系列、TRENCHSTOP IGBT系列為代表的英飛凌功率器件組合，可以確保將功率器件的損耗降至最低，同時(shí)集成監(jiān)測和控制，簡化設(shè)計(jì)導(dǎo)入，使成本保持在可以接受的水平，有效推動(dòng)了市場對更高效率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需求。GANesmc

電機(jī)控制系統(tǒng)是功率半導(dǎo)體器件在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中最典型的應(yīng)用場景之一，英飛凌也非?？粗?。隨著“雙碳”、“減排”理念越來越受到重視，傳統(tǒng)耗電大戶的電機(jī)控制系統(tǒng)正朝著高效化、高頻化、小型化、智能化方向發(fā)展，受可靠性、可維護(hù)性、用戶體驗(yàn)影響，未來BLDC/PMSM無刷電機(jī)將持續(xù)替換有刷電機(jī)，市占率將進(jìn)一步提升。GANesmc

新一代IGBT器件IGBT7是英飛凌專為變頻驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的，尤其適用于通常以中等開關(guān)頻率工作的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。微溝槽(MPT)技術(shù)是IGBT7能夠顯著降低正向電壓，增加漂移區(qū)導(dǎo)電率的關(guān)鍵，在其加持下，與前幾代芯片技術(shù)相比，IGBT7的損耗得到了顯著降低。GANesmc

如下圖所示，與IGBT4相比，最新一代IGBT7的飽和壓降減少了20%，可以在175度溫度內(nèi)正常工作。傳統(tǒng)25安培的IGBT方案，如果換用IGBT7，在其他條件不變的情況下就可以實(shí)現(xiàn)35%的功率輸出，為驅(qū)動(dòng)更大的電機(jī)帶來了可能。GANesmc

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除了傳統(tǒng)的硅功率器件，作為新材料的SiC憑借更低阻抗/更高頻率、更小尺寸和更高溫度的運(yùn)行特質(zhì)，贏得了電動(dòng)汽車和充電樁行業(yè)的追捧，尤其是在制造車載充電器、降壓轉(zhuǎn)換器和主驅(qū)逆變器等大功率汽車電子器件方面。GANesmc

發(fā)力第三代功率半導(dǎo)體

SiC和GaN是無可爭議的行業(yè)熱點(diǎn)。陳立烽以英飛凌600V/650V CoolSiC、CoolMOS與CoolGaN的應(yīng)用定位為例，講述了三者之間的應(yīng)用定位。硅在電壓范圍為25V-6.5kV仍是主流技術(shù)，適用于從低到高功率的應(yīng)用；碳化硅適用的電壓范圍是650V-3.3kV，適用于開關(guān)頻率從中到高的大功率應(yīng)用；而氮化鎵適用的電壓范圍是80V-650V，適用于開關(guān)頻率最高的中等功率應(yīng)用。因此，在600V和650V電壓等級，CoolMOS、CoolSiC和CoolGaN是可以實(shí)現(xiàn)共存的。GANesmc

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從產(chǎn)品角度來看，從1992年開始研發(fā)包含SiC二極管在內(nèi)的功率半導(dǎo)體，到2001年發(fā)布世界上第一款商業(yè)化SiC功率二極管，截至目前，英飛凌已發(fā)布200款CoolSiC™產(chǎn)品，其中有超過130個(gè)型號針對客戶的創(chuàng)新需求進(jìn)行了開發(fā)，在全球范圍內(nèi)更是擁有超過3,000家的活躍客戶。公司為SiC業(yè)務(wù)制定的目標(biāo)是到本世紀(jì)20年代中期，SiC產(chǎn)品的銷售額達(dá)到10億美元水平。GANesmc

除了產(chǎn)品本身，英飛凌還在2018年收購了Siltectra公司，其出色的冷切割技術(shù)優(yōu)化了工藝流程，可大幅提高對SiC原材料的利用率。GANesmc

產(chǎn)能方面，英飛凌先后在2021年9月宣布位于奧地利菲拉赫的300毫米薄晶圓功率半導(dǎo)體芯片工廠正式啟動(dòng)運(yùn)營，隨后又在2022年2月宣布斥資逾20億歐元，在馬來西亞居林工廠建造第三個(gè)廠區(qū)。建成之后，新廠區(qū)將用于生產(chǎn)碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，每年可為英飛凌創(chuàng)造20億歐元的收入。GANesmc

“目前，英飛凌的產(chǎn)品累計(jì)幫助減排超過5,400萬噸二氧化碳，創(chuàng)造的凈生態(tài)效益相當(dāng)于一座1,874 km²光伏發(fā)電廠的碳減排量，歐洲約9,000萬人口的平均年用電總量，5萬趟從慕尼黑飛往新加坡的空客A380滿員航班。”陳立烽說，根據(jù)英飛凌的“2030年碳中和承諾”，2025年公司將減少70%的二氧化碳排放，2030年將主要通過避免排放來實(shí)現(xiàn)碳中和，持續(xù)踐行“低碳化和數(shù)字化”戰(zhàn)略。 GANesmc