虚拟圆桌讨论 | 工业领域会是下一代功率半导体的新机会市场吗？（一）

序言

近年来，随着新能源汽车、新能源发电、智能电网、轨道交通等诸多新兴应用领域的蓬勃发展，带动了对于功率器件的强劲需求，尤其是以SiC、GaN为代表的新一代功率器件，在工业领域中的应用也越来越广泛。为此，探索科技特别邀请了来自安森美（onsemi）、罗姆半导体（Rohm）以及意法半导体（STMicroelectronics）的专家就工业功率器件的相关问题进行了讨论，这是第一部分。

受访嘉宾

• Ajay Sattu，安森美工业电源方案产品营销总监

• 苏勇锦，罗姆半导体（深圳）有限公司技术中心高级经理

• Gianfranco DI MARCO，意法半导体汽车和分立器件产品部(ADG)，功率晶体管事业部市场沟通经理

Q1

工业用功率器件相较于其它行业的功率器件，最主要的区别有哪些？

Ajay：主要区别在于可靠性、品质和产品生命周期要求方面。与消费类产品相比，工业产品的应用条件更严格，产品设计导入周期也更长。另一方面，汽车产品要多进行一些可靠性测试，以确保具备车规级稳定可靠性。不过从性能的角度来看，采用硅或碳化硅进行设计要用到的基本技术都差不多。

Gianfranco：工业功率器件相较于其他行业的功率器件的主要区别在于行业要求和工作环境。工业用功率器件通常需要更高的功率、更强的鲁棒性，因为工业应用通常是在恶劣环境中，所以要求功率芯片具有更高的工作可靠性。此外，工业用功率器件通常需要承受更高的电压、电流和温度。鉴于此，ST按照严格的安全标准和长期耐用性要求来设计功率器件。工业用功率器件的主要应用领域包括可再生能源、储能、充电设施、智能电网、轨道交通等高能效和高性能至关重要的工业领域。

苏勇锦：工业用功率器件要求高品质、稳定供应（十年以上）、技术实力。罗姆汇集消费电子设备和汽车相关设备领域中积累的技术，不断推进工业设备领域高速、小型化、节能、高效的革新性产品的开发，并通过高品质、稳定供应的放心生产体制，持续不断地为工业设备的发展做出贡献。

Q2

目前在低碳减排的政策下，对于工业用功率器件的需求有哪些变化？贵司有哪些产品或技术满足这些需求？对于这种需求变化，对于功率器件提供商来说，会面临哪些挑战？

Gianfranco：在低碳减排政策的影响下，市场对工业功率器件的需求确实发生了变化。为应对这些需求变化，意法半导体提供各种产品技术，包括以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)为代表的能效和功率密度都更高的新一代功率半导体。这些新材料的物理特性可以让应用减少能耗和温室气体排放。要想满足低碳应用的严格要求，功率半导体供应商必须解决一系列技术挑战，例如，越来越高的系统复杂性，更高的热管理和可靠性要求。

Ajay：随着政府强制要求低碳减排，对汽车、工业和数据中心特定的功率器件的需求已经相当大。例如，Si IGBT、FRD和SiC MOSFET、二极管器件已成为设计主驱逆变器、光伏逆变器、电动汽车充电桩和工业自动化必不可少的产品/技术。挑战在于满足激增的需求和维持强大的供应链，同时提供合理的价格。比如安森美(onsemi)的端到端供应链是满足这些需求的最佳方式。通过垂直整合，安森美可以很好地控制成本，并提供供货保证。

苏勇锦：随着全球电动化技术的快速发展，对功率模块的需求已经达到了前所未有的程度，相关产品的市场规模急剧扩大，几乎超出了芯片制造商的产能提升速度。

在这样的背景下，罗姆开发出适用于工业设备的1200V IGBT “RGA系列”产品，成为业内先进的IGBT解决方案，并在IGBT多源供应方面进一步加强与赛米控丹佛斯的合作，扩大了对赛米控丹佛斯的裸芯片供应范围。赛米控丹佛斯向低功率领域推出的功率模块中，采用了罗姆的新产品——1200V IGBT “RGA系列”。

Q3

在工业应用中，MOSFET、IGBT以及第三代半导体功率器件（如SiC、GaN等）之间的关系是怎样的？是互补还是替代？

苏勇锦：功率器件的功率容量和工作频段优势因材料和原件结构而异。目前，市场上基本按下图划分几种材料功率半导体器件的应用场景 。

虽然碳化硅材料具有比硅更好的特性，但并非可以完全取代硅。作为广泛的半导体材料，硅仍然具有不可替代的应用领域。目前来看，基于碳化硅材料的功率半导体适合应用于高频、高功率、高工作电压的应用场合。

Gianfranco：SiC和GaN功率半导体产品与传统的硅基MOSFET和IGBT相比具有明显的优势，SiC的高压性能更加优秀，而GaN开关频率更高。尽管硅基功率器件在某些领域仍然在用，但SiC和GaN正在成为大功率和高频应用的最佳选择。

当然，硅基MOSFET和IGBT更经济实惠，品种型号更多，客户的可选面更大。总的来说，SiC、GaN和硅技术可能会继续共存，并根据各自的优势满足应用需求。

Ajay：与传统的硅材料相比，SiC和GaN是相对较新的技术和宽带隙材料。在各种不同的终端市场，不同的材料有着不同的价值优势。例如，电压在650V和1200V之间的应用是硅基IGBT的最大机会，且近期都会如此。

另一方面，虽然SiC不会在650V-1200V范围内与IGBT竞争，但却被视为2000V以上应用的明显赢家。在较低的电压方面——任何低于650V及以下电压的应用，我们可以预期Si MOSFET和GaN将争夺市场份额。总之，我们可以看到，这些技术既是互补的，同时也是互相竞争的。

Q4

目前SiC功率器件最大的应用市场是电动汽车，未来SiC功率器件在工业领域的应用会不会越来越多？目前限制其广泛应用的主要因素有哪些？

Ajay：虽然SiC的最大终端市场显然是汽车电气化，但下一个最大的机会在于工业领域。电动汽车采用SiC，加速了SiC技术的发展和成本的降低，因此我们预计会有很多增长来自工业领域，如电动汽车充电、太阳能、伺服电机、暖通空调(HVAC)和电子制动器。与Si IGBT等传统技术相比，在一些工业应用中，限制采用SiC的主要因素仍然是成本。

苏勇锦：近年来，以中国市场为代表的电动汽车市场快速增长引爆了SiC增长的第一个爆发点。但是SiC凭借其优异的材料和器件特性，在工业领域的应用很有可能成为其第二个爆发点。目前在工业领域大量采用各类电源转换装置以及电机驱动装置，在节能减排的大环境下，SiC将成为各种能源转换的电子电力装置向高效化不断进化的原动力。

据悉，电源和电机占全世界用电量的一大半，为实现无碳社会，如何提高它们的效率已成为全球性的社会问题。而功率元器件是提高它们效率的关键，SiC和GaN等新材料在进一步提升各种电源效率方面被寄予厚望。比如，罗姆的SiC MOSFET和SiC肖特基势垒二极管已被成功应用于大功率模拟模块制造商Apex Microtechnology的功率模块系列产品中。

Gianfranco：汽车市场比工业市场大很多，同时由于技术标准和车型的原因，汽车市场需求相对单一，不像工业市场那样多样化。因此，汽车市场顺理成章迅速成为SiC功率器件的最大市场。

而现在工业市场的前景也是一片光明，在高性能工业应用领域，SiC功率器件有望提高能效和整体生产率。不断进步的制造工艺和不断扩大的产能正在克服供应链供需失衡难题，促进碳化硅的广泛应用。

以ST为例，我们正在积极建设新厂，同时扩大现有晶圆厂的产能，方便更多客户使用SiC解决方案。从硅材料和碳粉，到SiC衬底和晶圆，ST的供应链垂直整合战略让我们能够对市场动态变化做出灵活、快速的响应。

END