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乘风新能源 功率半导体行业快速发展

发布日期:2022-07-05 11:31浏览次数:17200


为应对气候变化、解决环境保护与经济发展的矛盾,我国提出碳达峰、碳中和“3060”的目标。“双碳”战略的推进为各行各业注入了新的活力,不断改变着行业的竞争格局,也催生了新能源汽车、光伏、风电、储能等一批新型产业的兴起。

相关数据显示,我国新能源汽车累计销量从2012年底的2万辆,大幅攀升到今年5月底的1108万辆。自2015年起,产销量连续7年位居世界第一。在新能源发电领域,分析机构Wood Mac预计至2025年全球光伏和风电装机量有望分别达到146GW和86GW。作为功率器件应用的重要下游,全球新能源渗透率的快速提升有望持续带动功率器件下游需求,全行业景气度有望维持高位。

IGBT等功率器件作为光伏逆变器、风电变流器及储能变流器的核心半导体部件,对电流起到整流、逆变等作用,以实现新能源发电的交流并网、储能电池的充放电等功能。因此IGBT等功率器件将充分受益于绿电及储能的高速发展。根据相关机构测算,全球风电、光伏及储能对IGBT的需求价值量将由2021年的86.7亿元增长至2025年的182.50亿元,CAGR高达20.45%。

在碳中和背景下,以光伏、风电、储能为代表的新能源产业已显现出长远的发展价值,而电力转换是新能源的核心技术,随着碳化硅等新一代电力电子器件的出现,势必会改变新能源行业的发展格局。

8月,PCIM ASIA 2022即将在上海举办,《变频器世界》从本期开始,将与PCIM ASIA合作,共同打造全新的《电力电子专栏》。本期我们特邀请业内企业、专家、工程师围绕“面对新兴产业的发展和新兴领域的应用需求,电力电子将做出哪些改变,以更好地满足行业需求和促进电力电子技术的发展。”话题进行广泛参与讨论。

特邀专家组(以下排名不分先后)

  英飞凌科技工业功率控制事业部市场总监 陈子颖

  大中国区三菱电机半导体应用技术中心副经理 陆思清

  罗姆半导体(深圳)有限公司技术中心高级经理 苏勇锦

  富士电机(中国)有限公司副总经理、半导体营业本部 本部长 小田切 亨

  安森美(onsemi)全球方案中心应用市场工程师 贾鹏

  南京芯长征科技有限公司市场部经理 胡少伟

  成都森未科技有限公司COO 王思亮

  珠海稼未来科技有限公司CEO&CTO 吴毅锋

Q1:随着光伏补贴的取消,光伏产业降成本将成为一个重要的话题,对于功率半导体厂商,您认为光伏产业降本增效应该从哪些方面出发?

陈子颖---英飞凌科技工业功率控制事业部市场总监


海上有丰富的风力资源,一般需要更大功率的风电机组,这对功率半导体的功率密度有更高的要求。海上风力发电机设计必须提供最大化的可用性,帮助保持电网的稳定性,所以同时需要更高的可靠性和寿命。

目前风电变流器的主流功率平台是PrimePACK? 3和EconoDUAL? 3 IGBT模块,在今年的PCIM展会上英飞凌将展出采用IGBT5.xt互联技术的1800A/1700V PrimePACK? 3+模块和EconoDUAL? 3 900A/750A配增强型二极管,1700V IGBT7。

采用IGBT5.xt的1700V PrimePACK?是未来几年内风电市场的领先产品,可提供出色的功率循坏能力,从而延长使用寿命。PrimePACK? 3+是种先进的功率模块封装,非常适合风能应用。封装更适应严酷的环境,可实现高载流能力,产品的功率密度提高幅度高达25%,使用寿命增长10倍。

EconoDUAL? 3有着不俗的温度周次能力,能够承受大的负载变化造成的封装机械应力,一直是风力发电,光伏发电和商用电动车等的首选。采用微沟槽技术的IGBT7,EconoDUAL? 3 best-in-class可以做到900A,标称电流比IGBT4的600A大了50%,这样大大提高的功率密度。750A配增强型二极管更是为风电应用定制而生。

小田切 亨---富士电机(中国)有限公司副总经理、半导体营业本部 本部长

随着光伏各种补贴的取消,光伏行业成本上的竞争变得越来越激烈。目前逆变器成本已经被压缩到了一个非常低的空间,进一步的大幅降低成本是比较困难的。除了成本的抑制以外,进一步提升效率、提高系统可靠性也需要重点考虑。

  从功率半导体器件的视点看,我认为可以从以下几个方面去考虑。

  1.使用更新一代的功率半导体器件来提升系统整体效率。例如富士最新的X系列IGBT模块的损耗大约较上一代模块可以降低10%左右。

  2.根据光伏的动作特点,例如开关速度快慢,电流能力高低的需求,灵活配置各IGBT和FWD芯片,例如使用高速和低速(低导通压降)的芯片的混合配置,或者IGBT和FWD非1:1的电流配置等。

  3.对于1500V系统,使用2.xkV等级耐压的器件搭建两电平结构替代NPC(中点钳位)三电平拓扑以减少模块数量和逆变器体积。

  4.在原有的封装基础上,通过RC-IGBT、SiC等先进器件,进一步扩大电流等级,使得同样的机型尺寸可以输出更大的电流,实现更高功率密度。

贾鹏---安森美(onsemi)全球方案中心应用市场工程师

功率器件在光伏(PV)产业的主要表现形式是光伏逆变器中的逆变单元,随着功率半导体产品的不断发展,拥有更大耐压的功率器件被大量采用在光伏逆变器中,这使得我们可以提高母线电压,同样也意味着相同功率下更小的电流,从而减小PV面板到逆变器中输电电缆的尺寸,降低布线成本。

其次,一般功率器件在光伏逆变器的成本占比只有约10%-15%,而无源器件和安装运输成本可能占到40%-50%。采用更高效的电路拓扑结构,或更高效的半导体材料,如碳化硅(SiC),可以让逆变器高频运行,并且不牺牲散热能力,从而减少无源器件和散热器尺寸和重量,降低安装运输成本。最后,由高效拓扑和材料带来的,也是最直观的收益,即系统能效的上升,大大提高了发电量和用户收益。

胡少伟---南京芯长征科技有限公司市场部经理

从器件角度:功率器件早期主要使用欧美品牌,近两年国产品牌强势崛起,在清洁能源领域share了部分市场份额,国产品牌更具性价比优势。

从定制角度:国内品牌供应商,依据主流终端客户的技术发展路线,从拓扑、封装形式、器件规格等方面推出相应产品,降低系统成本。可靠性角度:产品可靠性关乎光伏企业的后期维护成本和品牌影响力,芯长征在产品可靠性方面做了大量布局(产业链、通用设备采购、定制设备开发、客户特定需求转化为可靠性的验证的方案等等),这些投入都是隐形的,但非常关键,也能为客户减少售后成本。

王思亮---成都森未科技有限公司COO

逆变是光伏产业中的关键环节,而光伏逆变器中的核心器件是IGBT等功率半导体器件。器件本身的性能和损耗很大程度上决定了转换效率和系统成本。因此,从IGBT等功率半导体方面考虑,提高器件的电流密度和开关频率,同时降低器件的开关损耗,能够同时达到降本增效的目的。

Doug Bailey---Power Integrations市场营销副总裁

光伏(PV)市场已经面临较高的成本压力,补贴的降低很可能会引起进一步的整合。因此,系统层面的成本节约将是必需的。Power Integrations正在研究两种方法:提高系统效率和采用新技术。

即插即用型SCALE-iFlex? LT双通道门极驱动器可将多个并联EconoDUAL模块的性能提高20%,使用户可以从功率逆变器和变换器堆栈中节省每六个模块中的一个。除了节省驱动器和模块的成本外,这还降低了控制复杂性以及与模块、接线、硬件和散热有关的成本。

在部分应用中,从IGBT转向SiC MOSFET可以实现显著的性能提升,从而降低系统成本。Power Integrations的SCALE-iDriver?系列高效率单通道SiC MOSFET门极驱动器,可提供最大峰值输出门极电流且无需外部推动级。这些器件经过设定后可支持不同的门极驱动电压,来满足市售SiC-MOSFET的需求。除了这些IC,Power Integrations还提供经过全面配置、测试和认证的SiC门极驱动板。

Q2:光电转化效率是光伏降本的关键之一,贵公司如何通过新一代功率半导体帮助客户解决当前困境,目前贵公司能为光伏行业提供怎么样的解决方案,该方案的优势如何体现?

陆思清---大中国区三菱电机半导体应用技术中心副经理

针对光伏行业,三菱电机新研发了工业LV100封装IGBT模块产品,电压等级有1200V、1700V和2000V,电流等级有800A和1200A。模块优化了内部芯片布局和外部端子排列,有利于模块的并联应用,使其可广泛应用于逆变器的各自配置和容量。模块搭载了三菱第7代IGBT和RFC二极管,有助于降低功率损耗。同时,模块优化了内部电极结构,大大降低了内部封装电感,提高了可靠性。

  工业LV100封装IGBT模块

小田切 亨---富士电机(中国)有限公司副总经理、半导体营业本部 本部长

富士电机于2021年推出了基于X系列IGBT技术的新一代工业RC-IGBT(Reverse-Conducting IGBT)模块产品系列。通过X系列芯片技术的低损耗和基于RC-IGBT的散热性能的提高,逆变器的输出功率密度得以进一步提升一个等级。先进的宽禁带半导体器件也有助于系统效率的提升。

富士电机于2018年就推出了基于第一代沟槽栅结构的全碳化硅模块。今年将会量产第二代SiC-Mosfet,通过芯片减薄和沟槽间距微细化技术单位面积的导通电阻比第一代降低了23%。整体损耗相对于富士电机最新的硅模块可以降低百分之六十以上,可以大大提升逆变器的整体效率。

贾鹏---安森美(onsemi)全球方案中心应用市场工程师

安森美是领先的功率器件厂商,能够提供适用于目前光伏市场的低中高压IGBT、MOSFET单管和模块产品及先进的高能效封装。同时,安森美也是唯一能提供从碳化硅衬底到模块的端到端供应商。凭借我们的碳化硅产品整合的端到端供应链和领先市场的效率,我们为客户提供所需的供应保证,以支持未来快速增长的市场。


 
安森美提供宽广的功率器件阵容让设计人员选择最适合应用尺寸、成本和能效要求的电源拓扑,我们基于SiC的太阳能逆变器模块能效超过99%,我们的SiC MOSFET实现更快速的开关和更小巧的终端产品,如1200V M3S SiC MOSFET在硬开关应用中比领先行业的竞争对手减少达20%的功率损耗;我们新的D3 1200V SiC二极管系列最小化导通损耗和开关损耗,提高终端应用能效;

我们的全SiC和混合SiC模块经优化提供卓越的性能,比分立器件热阻更低,易于安装,有行业标准的封装和引脚,如将在本次PCIM Asia展出的全SiC功率集成模块(PIM) NXH010P120MNF1非常适用于3相太阳能逆变器和储能系统,采用2-PACK半桥架构,集成2个1200V SiC MOSFET,RDS(ON)低至10mΩ,高能效和高功率密度,它的较大裸芯片与沟槽式MOSFET相比,降低了热阻,从而在相同的工作温度下降低了裸芯片温度,嵌入的一个负温系数(NTC)热敏电阻有助于温度监测,灵活的散热接口提供高可靠性。


  图:全SiC模块NXH010P120MNF1

此外,安森美也提供除功率器件以外的门极驱动、隔离、检测、联接等方案,如下面的框图所示。在系统方面安森美也有很强的技术和系统知识,为客户提供全球的应用支援。


  图:太阳能方案框图(橙色表示安森美可提供)

吴毅锋---珠海稼未来科技有限公司CEO&CTO

镓未来已量产650V氮化镓大功率器件,具有极低的开关损耗和导通内阻。

在户用光伏的MPPT升压线路中使用氮化镓器件代替硅MOSFET,而后级DC-AC逆变线路当中,采用氮化镓器件取代IGBT,整体的转换效率可提升3%,等价于单位面积发电量的提升。使用氮化镓器件,变换器的开关频率可以提升2-3倍,降低了磁性器件的尺寸,另一方面功率损耗的降低也大大降低了散热片的体积,从而使得整机体积和重量能减少30%,方便安装。

Doug Bailey---Power Integrations市场营销副总裁

对于光伏中心区域应用,例如能量通过一个中央变换器(也即SCALE-iFlex LT双门极驱动器)进行路由的大型装置,优化硅是必不可少的,并且需要高性能的并联。动态和静态均流性于并联模块的稳定工作至关重要。对于相同的功率输出,使用SCALE-iFlex LT的系统只需要五个并联模块,而其他厂商的方案则需要六个。实现成本和复杂性显著降低的技术原因在于,保证模块之间的开通和关断指令的延迟差异小于20ns,在导通600A额定电流时模块之间的电流差异小于20A。这使得各模块能够可靠地运行,而无需进行电流降额,而电流降额在不太先进的驱动器解决方案中是必不可少的。

最多6个EconoDUAL 3或同等的功率模块可以从同一个绝缘主控制(IMC)单元进行并联,其外形比传统产品更加紧凑。模块适配门极驱动器(MAG)的外形尺寸与EconoDUAL模块相匹配,每个EconoDUAL模块具有两个SCALE-2 ASIC(每个通道一个),以优化并联对称性、提高效率并增强保护。

对于较小的光伏组串装置,SCALE-iDriver高效率单通道门极驱动器支持高达1200V和数百千瓦的IGBT和SiC-MOSFET逆变器设计,无需推动级。这样将提高系统效率,客户只需完成一个设计即可覆盖整个产品阵容中不同额定功率的逆变器。开关频率高达150kHz,可支持多种应用。

SCALE-iDriver门极驱动器采用Power Integrations的高速FluxLink?通信技术,可大幅增强绝缘性能。FluxLink是一项革新性的信号传输技术,它可取代光耦器和电容性或硅基方案,显著提高可靠性并提供1200V加强绝缘。

器件还可在开关操作期间提供完整的短路保护(≤2μs)和过压保护。

  Q3:随着风机价值的普遍下降,风电变流器将承担巨大的压力,作为功率器件厂商,将如何帮助风电行业客户越过鸿沟?

小田切 亨---富士电机(中国)有限公司副总经理、半导体营业本部 本部长

我们认为风电变流器的大容量,高电压化的趋势不会改变。如之前所述,富士的RC-IGBT可以大幅降低结-壳热阻,因此特别适用于具有低频工况的机侧变流器。例如富士2合1封装的1700V/800A RC-IGBT模块,在两电平拓扑下,4并联就可以实现1.5MW以上的输出能力,在业界收到广泛的欢迎。

从国外的风电市场看,950V系统的普及率越来越高,在未来使用2.xkV等级模块的两电平系统可能会有更大成本上的优势。

Doug Bailey---Power Integrations市场营销副总裁

与光伏市场一样,风电行业也在提高现有硬件的利用率。因此,对于集中式和分散式部署,我们的SCALE-iFlex LT和 SCALE-iDriver解决方案可分别提供巨大的优势,如前面两个问题的回答中说述。对于集中式部署,即插即用型SCALE-iFlexLT双门极驱动器允许用户从功率逆变器和变换器堆栈中节省每六个模块中的一个;在分散式部署中,SCALE-iDriver门极驱动器使用户能够受益于最新的SiC技术,从而实现性能优化。

  Q4:海上风电变流器对产品功率、可靠性、稳定性以及抗盐雾性能有着苛刻的要求,请问贵公司方的最优解决案是什么?如何助力客户提升产品品质?

陆思清---大中国区三菱电机半导体应用技术中心副经理

针对海上风电变流器,三菱电机在不断丰富X系列标准封装产品。目前4500V器件最大电流等级可达到1500A。较之前系列相同封装尺寸产品,额定电流增加了25%。模块内部芯片采用了新的边缘终止技术,大大增加了有效导电面积,从而实现减少结壳热阻,增大输出电流的目的。同时,新的内部封装提高了器件散热、耐湿和防火性能,与海上风电变流器高可靠性的要求相吻合。

  X系列标准封装IGBT模块

Doug Bailey---Power Integrations市场营销副总裁

Power Integrations拥有多年经验,在海上风电行业处于领先地位,因此我们的产品旨在满足该市场的挑战性需求,我们还可以帮助客户改进设计。

我们的产品基于SCALE和SCALE-2技术设计而成,该项技术将许多功能集成到成熟的ASIC中。这样可减少BOM元件数,提高可靠性。许多保护功能,例如高级有源钳位(短路)和过压保护,都已是标准配置。三防漆用于防止盐雾等环境影响。我们的产品经过多种环境测试,广泛适用于高可靠性应用,适合20至30年使用寿命的系统要求。我们还在研究能够使用预测性维护技术的解决方案。

  Q5:在储能产业中,其电力转换装置与风电或者光伏有什么不同之处?贵公司主要的方案是什么,有什么优势?您认为储能变流器的未来趋势是什么?

陈子颖---英飞凌科技工业功率控制事业部市场总监

储能系统在能源供应链中有着广泛应用,尤其可再生能源发电占比增加,提高电网的供电稳定性,随时随地按需提供电力更具挑战性。

电池型储能系统(ESS)技术用于配合太阳能或风能设施提供清洁能源,可以平衡发电和用电量,对停电情况瞬间作出相应。储能系统可以是按装的用户侧的分布式储能,也可以安装在发电和输配电侧。功率范围从千瓦级到兆瓦级,能源需要充放双向流动,采用的功率变换技术不尽相同。

储能系统的功率变换系统(PCS)需要进行交流/直流和直流/交流双向转换,储能状态,电网对电池进行充电,馈能状态,电池对电网放电。

英飞凌在能源生产、传输、功率转换和电池管理方面拥有独一无二的丰富经验,在效率、创新、性能和最优成本方面是推动储能解决方案(ESS)的优选合作伙伴。英飞凌分立式OptiMOS、CoolMOS、CoolSiC MOSFET和IGBT模块、功能集成式EiceDRIVER栅极驱动器IC、XMC控制器和安全解决方案是各种储能系统设计中的优选产品。

同时我们与客户一起创新,为客户创新的电路拓扑和功率半导体配置,设计定制化产品,我们为客户,为应用开发最适合,最高效和最具性价比的产品。

贾鹏---安森美(onsemi)全球方案中心应用市场工程师

储能变流器和光伏逆变器的最大的不同之处在于输电方向,储能变流器工作在电网或负载和电池之间,在需要的时候给蓄电池进行双向充放电,而光伏逆变器是将太阳能输出的直流电转化为交流电的单向设备。本质上两者都是基于电能转换的电气设备,对于功率器件的使用和要求也大致类似,所以两者的发展趋势也类似,都是往高能效方向发展。不过储能变流器需要时刻关注电网状态,所以在功率转换部分会需要更复杂的控制策略。我认为碳化硅器件的使用是储能变流器中功率器件的未来趋势,碳化硅作为新一代半导体材料具有耐高压、耐高温、低损耗的特点,非常适合类似储能变流器这样的高频大功率场景。安森美能够为客户提供端到端的碳化硅产品供应支持,以支持快速增长的市场。


  图:储能方案框图(橙色表示安森美可提供)

吴毅锋---珠海稼未来科技有限公司CEO&CTO

风电由于其安装方式等原因,机械部分成本非常高,只有在MW级别才具有综合成本优势,因此很难建设配套的储能电站,多是采用直接并网的方式。光伏铺设面积灵活,5-10kW就可以覆盖家庭应用。光伏逆变器+双向储能变换器+电池系统,除了能够利用光伏发电给电网供电,也能够利用电池储能特性,在电网断电时实现家庭用电的自给自足。光伏储能发电系统可以完全脱离对电网的依赖;如果利用镓未来基于氮化镓的双向储能逆变器方案可以智能的控制光伏发电在电网与电池端的功率分配,可实现能量在电网与电池间的双向流动,平衡电网-光伏-用户的供求差异,最终降低输变电系统的传输损耗,实现错峰用电,同时为用户带来最优的经济效益。这也是未来实现双碳目标的重要一环。

采用珠海镓未来大功率氮化镓的双向储能逆变系统,支持2kW~32kW的分布式储能,且逆变转换效率比IGBT方案高3-4%,提升了储能系统的续航能力,保障家庭用电安全。

Doug Bailey---Power Integrations市场营销副总裁

我们的经验是,客户重复使用现有的光伏或风电变流器。Power Integrations的解决方案与客户首选的功率模块和拓扑结构相匹配。例如,SCALE-iFlex产品系列适合100mmx140mm的新型双通道模块。

储能解决方案(ESS)正与可再生能源系统同步发展,即使在没有阳光或无风的情况下也能提供恒定的能量。如何储存能量仍然是一个挑战。由于对稀有材料的依赖,电池很昂贵,而且其寿命有限。因此,必须找到其他解决方案。氢储能系统(Hydro-ESS)仅在有适当地形的情况下才可以安装。目前,氢储能系统具有非常大的吸引力。

  Q6:由于缺芯现象,功率芯片面临涨价以及产能不足的挑战,贵公司对此有何应对措施?面对当严峻的待业环境,是否还有必要加大产品研发的投入?

陈子颖---英飞凌科技工业功率控制事业部市场总监

高能效和互联世界对半导体的需求持续存在。我们正在大幅增加投资,2021财年投资16亿欧元,2022财年计划投资24亿欧元。这些投资主要集中在扩大产能上,除了硅晶圆制造外,我们还在扩大SiC和GaN晶圆的产能,以便为快速增长的需求做好准备。

陆思清---大中国区三菱电机半导体应用技术中心副经理

针对需求暴增的SiC晶圆,三菱电机已全面实现4英寸到6英寸的切换,可以一定程度的缓解产能问题,并且对第三代SiC产品,也正在紧张有序地开发中。面对产能不足的挑战,三菱电机在内部工厂持续进行产能扩增,同时与上游供应商进行多方面的合作。

苏勇锦---罗姆半导体(深圳)有限公司技术中心高级经理

随着全球能源问题的突显,采取相应的对策已成为当务之急。SiC功率元器件有望成为电动汽车和工业设备节能的关键器件。罗姆自2010年开始量产SiC功率元器件(SiC SBD、SiC MOSFET)以来,一直在推进业内先进的技术开发,并较早实现了全SiC功率模块和沟槽结构SiC MOSFET的量产。不仅如此,在制造方面,还建立了罗姆集团引以为豪的垂直统合型生产体制,并通过扩大晶圆的口径和引进新设备来提高生产效率,同时还致力于减轻生产过程中造成的环境负荷。2021年,在ROHM Apollo Co.,Ltd.(总部位于日本福冈县)筑后工厂投建了新厂房,进一步增强SiC功率元器件的产能。

小田切 亨---富士电机(中国)有限公司副总经理、半导体营业本部 本部长

我司的芯片制成及封装生产都是自主完成的。但是由于上游供应商(晶圆厂商以及封装材料厂商)的涨价和产能限制等影响,我司也面临着成本上升的压力和扩产计划受限等挑战。

但越是在困境中,就越不能放缓新产品的研发。只有在保证产品特性等不变甚至进一步提升的前提下,通过不断地设计创新,工艺改良,成本优化等,开发出更具有竞争力的产品,企业才能得到健康发展并回馈给终端用户。

胡少伟---南京芯长征科技有限公司市场部经理

首先,芯长征作为一家功率半导体芯片设计、模组封测、检测设备自主可控的Virtual-IDM企业,在芯片制造环节上,我们是通过与国内一流代工厂达成战略合作的方式实现了产业链的整合。正因为芯长征采用了该模式,所以缺芯现象对我们的冲击会小一些。随着不断加强与战略合作伙伴关系,芯长征今年的芯片产能将会比去年增长20%,采购成本的涨幅也会在可控范围之内。

其次,通过技术的升级与迭代,也可以缓解当前大环境给企业带来影响。先进技术的研发,不仅是为了在拓展应用领域的时候,使产品在不同的使用环境下满足客户需求, 也是为了采用新一代技术的产品在保证性能的前提下,减小芯片面积,从而提高芯片产量,降低产品成本。

不管是在多么严峻的环境下,芯长征在产品和技术上会不断地寻求突破与完善,尽全力满足客户需求、市场需求。这也应了我们的那句口号,《一往无前长征路,自强不息中国芯》。

王思亮---成都森未科技有限公司COO

首先,从供应角度,森未科技在此前对新能源市场有一定预判,所以产能储备,尤其是晶圆流片的产能,相对比较充分,可以很好地满足当前以及潜在客户对IGBT器件的需求。其次,从研发角度,森未科技作为设计公司,一直坚持以市场为导向,持续增加研发力度,虽然疫情对整个宏观经济带来负面影响,但是我们坚持认为长期来看,新能源市场对高端功率半导体器件的需求一定会持续上涨,因此作为本土企业,我们有热情也有使命加大对新能源市场的研发资源投入,以最快速度和最高要求向更多客户提供高性能的国产化IGBT等功率半导体器件。

吴毅锋---珠海稼未来科技有限公司CEO&CTO

随着新能源的蓬勃发展,电动汽车及充电桩的需求进一步加大。近年大功率MOSFET、IGBT都处于短缺中,个别型号交期拉长到一年以上。对于以上困境,镓未来持续扩充GaN HEMT产能,包括对晶圆厂追加投资,预计3年内GaN晶圆产能扩大4倍以上;同时与国内头部封测代工厂深化合作,提升封测产能。另外,镓未来已经启动开发新一代技术平台的方案,每张氮化镓晶圆的芯片数量进一步提高从而显著降低成本。我们认为只有持续的研发投入,才能保证镓未来在大功率氮化镓市场的领先地位,用性能更强的氮化镓方案替代硅超级结方案,帮助客户提升产品竞争力。

Doug Bailey---Power Integrations市场营销副总裁

Power Integrations的生产有序进行,产能正常,我们不存在明显的缺芯问题,并且我们相信我们有足够的能力来满足市场需求。

在电路板级别,Power Integrations绝不会使用劣质元件损害我们产品的质量和可靠性,而且由于我们采用自研ASIC技术,我们的BOM数量远低于同行产品,从而在质量、性能和供应安全方面具有优势。

  Q7:随着越来越多的功率半导体厂商加入新能源市场,行业竞争将进一步加剧,请问贵公采取怎么样的发路线?请从技术、产品和市场定位方面谈一下公司的战略面局。

陈子颖---英飞凌科技工业功率控制事业部市场总监

我们持续在开发新一代的芯片技术,采用微沟槽技术的TRENCHSTOP? IGBT7产品系列已经全面建立,从单管封装到大中小功率模块全面覆盖,在PCIM的展会上你能感觉到IGBT7的时代已经到来。

这是为各类应用定义的芯片,譬如按照电机驱动的过载条件定义,使得产品的输出电流能力充分得到利用,系统的功率密度可以相应提高,降低系统成本。

英飞凌引领着SiC的工业应用市场,并以业界最广泛和最可扩展的产品组合成功地推动SiC在汽车领域的应用。公司直接或通过分销向3,000多个客户供货。20多年来,碳化硅(SiC)对英飞凌来说一直很重要。我们预计,本财年碳化硅业务将增长90%,到2025年左右销售额将达到10亿美元,占有30%的市场份额。

陆思清---大中国区三菱电机半导体应用技术中心副经理

随着功率半导体市场竞争加剧,三菱电机将利用现有技术的优势,致力于低功耗和高功率密度的模块开发。

苏勇锦---罗姆半导体(深圳)有限公司技术中心高级经理

在功率半导体方面,相比硅,碳化硅具有高效率等特性,因而可以更有效地利用电动汽车电池的电能。这将非常有助于延长电动汽车的续航里程并削减电池体积和成本。

作为碳化硅元器件的领军企业之一,罗姆一直致力于先进产品的开发,早在2010年便于业界首次量产SiC MOSFET。在车载领域,罗姆于2012年推出了支持AEC-Q101认证的车载品,并在车载充电器(OBC)领域拥有很高的市场份额。此外,罗姆碳化硅产品还应用于车载DC/DC转换器等领域。2020年6月,罗姆发布了业界先进的第4代低导通阻抗碳化硅MOSFET。与以往产品相比,在不牺牲短路耐受时间的前提下,成功实现业界较高水平的低导通电阻。此产品非常适用于包括主机逆变器在内的车载动力总成系统和工业设备的电源。业界预计2023年开始碳化硅在主机逆变器上的应用需求会增加,现在是重要的时间窗口,罗姆第四代碳化硅MOSFET已经获得很多厂商的评估和询价。

与此同时,以SiC功率器件为核心,罗姆提供各种充分发挥功率器件性能的模拟IC(绝缘栅极驱动器和电源IC等),提供适合各个应用的更佳解决方案。

小田切 亨---富士电机(中国)有限公司副总经理、半导体营业本部 本部长

良性的竞争对企业来说既是一种挑战,也是一种激励。在政府提出的“双碳”战略目标的指引下,新能源市场长期利好的背景下,凭借着多年的技术积累,丰富的行业应用经验和良好的客户口碑,我相信我司的产品在追求高可靠性及高效率的中高端市场有良好的应用前景。

贾鹏---安森美(onsemi)全球方案中心应用市场工程师

功率半导体市场加速发展,是受可持续发展和抗击气候变化的大趋势所推动的。新能源也是安森美重点关注的细分领域之一,我们的战略是以高度差异化的智能电源和智能感知技术,推动颠覆性创新,赋能可持续的生态系统。安森美的智能电源和智能感知方案提供相辅相成的力量和最先进的功能以达至最佳效果。我们的智能电源方案使客户以更轻的重量超越功率范围目标,以无与伦比的能效降低系统成本,以实现最高能效的太阳能电池组、工业电源、储能系统和推进汽车功能电子化,赋能高能效的快速充电系统。

第三代半导体SiC技术,进入的门槛很高,安森美是全球屈指可数的少数几家具备从晶体生长到晶圆制造再到成品封装全产业链整合的供应商之一,这赋予了我们独特的竞争优势。此外,安森美正进一步优化供应链和制造网络,包括对300mm晶圆厂和SiC的不断扩产,以为战略客户提供长期的供应保证。





胡少伟---南京芯长征科技有限公司市场部经理

功率器件是否成功应用于特定系统,至少包含两个维度:参数特性(“能不能用”)和可靠性特性(“能不能长期用”)。在解决”能不能用”的问题上,芯长征有一套成熟的研发体系,按照生产一代、研发一代、预演一代的体系进行产品的代际更新;比如目前采用G3技术开发的用于汽车的IGBT模块,参数特性可直接对标业界主流的第七代产品;同时,我们在研发中的G4技术,功率密度将进一步提升,通过我们市场搜集,该技术目前国外同行均处于研发阶段,在IGBT技术层面我们走在了前列。

在“能不能长期用”的问题上,芯长征做了以下布局,首先,划分了不同等级的可靠性标准(分别针对车归类、工规类、消费类),实施分类管理;其次,在可靠性设备上做了大量通用设备的采购以及专用设备的开发;再次,更为重要的是,芯长征结合特定领域对可靠性的要求,以及标杆客户的特定需求,制定可靠性项目和实验方法,保证产品的长期可靠性。补充说明一点,第三代半导体SiC产品,芯长征也一直在布局,目前在芯片端以及产品的可靠性方面也取得了一定突破,待信息可以披露,及时分享给大家。

王思亮---成都森未科技有限公司COO

作为以芯片设计和销售为主营业务的公司,森未科技的特点在于:首先,具有自主设计开发的芯片,截止目前已超过100款,适用于新能源市场的各个方面,目前已经应用于光伏、储能、充电桩、电机驱动等各个细分领域。丰富的自主芯片库使我们具备了应对市场竞争的最基础和最关键的要素。其次,芯片技术的快速迭代。森未科技团队专注于IGBT等功率半导体芯片研发,迄今已超过10年,从平面栅&NPT到现在的沟槽栅&FS,持续不断地进行芯片技术迭代。针对新能源市场,森未科技已经开发完成并正在优化高速H系列和U系列产品,并有强有力的应用团队协助与支持,将为新能源客户提供更适合的解决方案和专业服务。

吴毅锋---珠海稼未来科技有限公司CEO&CTO

在新能源市场,新兴的功率半导体厂商还是以硅基为主,其产品主要是MOSFET和IGBT。我们坚信提高转换效率和功率密度是新能源产业永恒的追求。氮化镓方案的转换效率和工作频率比MOSFET高,远超IGBT,符合行业发展趋势。因此镓未来从一开始的定位就是大功率氮化镓器件制造商及高功率密度应用服务商。我们用栅极高可靠性、易于驱动的氮化镓HEMT来满足客户对设计鲁棒性的要求。在双向储能市场,大部分的氮化镓方案采用的都是镓未来的器件。我们也跟国内头部的光伏企业、充电桩企业合作,发挥氮化镓的高频性能,开发更高功率密度的电源产品。

Doug Bailey---Power Integrations市场营销副总裁

PI的理念是不断提高自身产品的集成度。这不仅有利于提高产品性能、质量和可靠性,而且对于供应链管理中的组件分配也特别有益。Power Integrations将继续开发具有定制功能集的市场特定产品,以满足注重成本优势的大批量市场以及高端应用的需求。

编者结语

在碳达峰、碳中和的双碳目标指导下,新能源汽车、光伏、风电、储能等新能源应用开始崛起,随着电动汽车渗透率的快速提升、智能化领域需求的扩大以及新能源光伏、风电、储能等产品的推广普及,功率半导体业务有望进入较长时间的高速增长阶段。

IGBT、SiC是新能源产业关键零部件逆变器的核心元件,随着新能源市场的不断发展落实,以IGBT、SiC为代表的功率半导体市场空间得以进一步打开。

当下,功率半导体已经成了风口,行业内一些技术领先的企业正在强势崛起。

“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”,我们相信,在功率半导体厂商最好的时代,国内外厂商必将披荆斩棘,通过创新技术以及更高品质的产品打开广阔的应用市场,迎来新的发展契机。

PCIM Asia 2022 砥砺前行二十载 电能驱动新未来

作为全球电力电子顶尖展会PCIM Europe的姐妹展,PCIM Asia上海国际电力元件、可再生能源管理展览会是一场在亚洲领先的电力电子国际展览会及研讨会。PCIM Asia 作为一个涵盖组件、驱动控制、散热管理及终端智能系统的全方位展示平台,向业界人士呈现一条完整的产业价值链。来自工业电子、汽车电子、超大功率应用、智能家居、可再生能源管理等领域的买家齐聚一堂,参与这场年度电力电子盛会!