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目前，隨著全球氣候變化問題越趨嚴重，包括全球升溫導致的冰川融合以及物種滅絕等，而造成這些問題最主要的原因就是碳的排放。這些環(huán)境問題的解決已經刻不容緩，因此，全球許多國家都提出了他們各自的碳達峰和碳中和目標，即所謂的雙碳目標。我國設立的雙碳目標為：2030年碳達峰、2060年碳中和。
而實現(xiàn)雙碳目標最重要的就是能源的轉換，即從傳統(tǒng)的石油、煤炭等化石能源，向新能源轉換，如太陽能、風能等。而這樣的轉型即帶來了很多機遇也同時存在著很多挑戰(zhàn)。
ADI中國區(qū)工業(yè)市場總監(jiān)蔡振宇在2024第四屆國際綠色能源生態(tài)發(fā)展峰會上表示：“根據(jù)全球能源機構做的一個調研，2023年我們在新能源轉型上所花費資金大約為17,000億美金，到2030年這一數(shù)字會接近5萬億美金。2023年，中國在新能源方面的投入就達7600億美金，占全球38%的比例，可以說是遙遙領先了。”
而在新能源轉型過程中，半導體技術則扮演了一個較為重要的角色，尤其是第三代半導體材料制成的功率器件（如SiC和GaN）則尤為重要。意法半導體亞太區(qū)功率分立和模擬產品器件部市場和應用副總裁Francesco MUGGERI表示：“SiC器件因為其具有的諸多優(yōu)勢，如高電壓、更快的開關速度等，讓它被越來越多的領域采用，它對于實現(xiàn)能源效率至關重要。”
ST在SiC MOSFET領域布局多年，并具有許多獨特的技術，如MDSiC和SmartSiC等，目前已經處于市場領先位置。目前，ST的SiC MOSFET器件在汽車和工業(yè)領域的市場份額已經超過50%。
作為國內的初創(chuàng)型功率半導體設計公司，蓉矽半導體副總裁、研發(fā)中心總經理高巍也在大會上分享了他們最近的產品研究成果。高巍表示，“目前，中國綠色能源發(fā)展的重點領域分別為電力、工業(yè)和交通，而針對這三個領域，我們需要從風光綠色能源、高效電力設備、新能源車這三個方面來解決碳排放問題，而支撐這三個方面發(fā)展的核心就是功率半導體器件。”
目前，風光儲能系統(tǒng)對于半導體功率器件所需的電壓范圍為1200V-3000V，近幾年，新型的1500V儲能系統(tǒng)成為主流，而它對碳化硅功率器件提出了2000V的耐壓等級。目前蓉矽半導體已經推出了2000V的SiC功率器件系列，主要針對的應用就是1500V的儲能系統(tǒng)。
另外，針對綠色交通能源部分，汽車的電動化會是未來的一個主要趨勢，而從400V向800V平臺的過渡，也會對碳化硅功率器件的性能要求進一步提升。針對這一趨勢需求，蓉矽半導體創(chuàng)新的M-MOS技術，可助力EV與EV充電樁實現(xiàn)更高效率和可靠性。
英飛凌工業(yè)功率控制事業(yè)部大中華區(qū)高級技術總監(jiān)陳立烽表示：“未來的發(fā)展需要更多的能源，未來的發(fā)展也需要更清潔、更高效的能源，這些都是碳化硅能夠賦予的。英飛凌作為SiC功率器件領域的領先廠商，已經從事SiC技術的相關研發(fā)有二十幾年的歷史了，從SiC功率器件的設計、生產以及材料方面也都掌握了一些關鍵技術。SiC也是英飛凌的戰(zhàn)略核心。”
從技術上而言，英飛凌的溝槽柵技術就是一項獨特的技術，另外，.XT技術則是針對SiC的封裝技術，再細分來說，它是一項燒結技術，它可以改善散熱，并提高可靠性；從產能上而言，目前全球的SiC產能還是不足的，隨著它應用的不斷擴大，SiC產能問題在未來可能會越發(fā)突出。據(jù)陳立峰介紹，英飛凌在過去三年也在擴大SiC產能上進行了很多投資。
而安森美中國碳化硅首席專家及汽車應用技術負責人吳桐博士認為，目前SiC技術發(fā)展還面臨的一個痛點是垂直整合的能力，即從SiC襯底、外延，到SiC芯片設計與制造的整個過程的整合能力非常重要，每個環(huán)節(jié)都要有自己的Know-How和需要迭代的過程。
據(jù)吳桐介紹，安森美為了能在SiC領域獲得更好的發(fā)展，在每個領域都進行了很多投資，如針對襯底和外延，2021年，安森美以4.15億美元收購了碳化硅襯底材料公司GTAT；在芯片設計和制造環(huán)節(jié)，安森美的表現(xiàn)也是可圈可點，包括最終的封裝，安森美也會自己進行。吳桐表示，我們是從front end to back end，這樣會對產品的質量和產能都有一個很大的保證。
目前，安森美也是業(yè)界唯一一家可以實現(xiàn)SiC和IGBT兩條垂直整合產品線的廠商。
除了SiC，GaN也是諸多廠商布局的第三代半導體材料。GaN和SiC是兩種互補第三代半導體材料。陳立峰表示：“在電壓相對較低的范圍，如40V-650V，GaN具有更高的頻率，而在600V以上，SiC則更為合適。對于英飛凌來說，GaN技術可以豐富我們的功率器件產品線?！?/p>
近幾年，英飛凌在GaN技術上也進行了很多投資，如在去年10月以8.3億美元收購了氮化鎵系統(tǒng)公司（GaN Systems）。也因為有了GaN技術的，英飛凌延伸了從100V至2kV的第三代半導體各個系列。
另一廠商ST也在GaN領域雄心勃勃，F(xiàn)rancesco Muggeri表示：“GaN器件在諸多領域的應用都存在著很多優(yōu)勢，如高頻率以及高功率密度等。它也可以讓器件的尺寸大大縮小。”
當然，要實現(xiàn)最終能效的提高，不僅需要有更先進的SiC和GaN器件，也需要很多其它器件和技術的輔助，如驅動它們的門極驅動器。博通隔離產品事業(yè)部產品經理陳紅雷在大會上就介紹了博通適用于SiC和GaN功率器件的隔離光耦器件。
陳紅雷表示：“光耦產品是比較新興的市場應用，但它在未來的新能源轉型過程中，也能貢獻一份力，它可以應用于發(fā)電側、消費端、電力能源生產端等方面?！?/p>
他強調：“應用于SiC和GaN的隔離產品需要具備傳輸延遲時間短，需要比較高的CMDI以及操作溫度等方面的要求。博通的新一代產品ACFJ-3161和ACFJ-3262就是很好適用于這些需求的產品，另外他們的驅動電流也非常大，達到了10A?！?/p>
新能源轉型過程還有一個重要的環(huán)節(jié)就是儲能，在這其中，電池管理方案（BMS）就是很關鍵的一個應用。ADI在這一塊擁有非常好的技術積累和產品組合。據(jù)蔡振宇介紹，ADI之前收購了凌力爾特和美信兩家公司，這兩家公司很早就開始BMS產品的研發(fā)和迭代。另外，ADI也在2020年左右成立了中國的研發(fā)和技術團隊，獨立開發(fā)出了一款新的、基于中國儲能應用的BMS芯片。目前，全球有超過65GW的儲能都使用了ADI的BMS芯片。
除了電池管理外，ADI針對新能源應用的技術平臺還有轉換和存儲兩塊，可以說ADI針對新能源領域的開發(fā)平臺是較為全面的。
Qorvo BMS專家劉明認為：“目前，在整個BMS或電池相關的領域，有兩個趨勢比較重要，一是安全；二是更長的運行時間?！盦orvo的電池管理IC針對當今使用鋰離子或鋰聚合物電池的超緊湊電池供電設備，提供完全集成式可配置單芯片解決方案。這些獨特的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案擁有眾多優(yōu)點，包括出色的設備性能、低廉的成本和小巧的設計尺寸、先進的電池保護和快速上市時間。
北京智芯微電子科技有限公司模擬芯片設計中心副總經理王崢認為：“BMIC是一個新興市場，但發(fā)展迅猛。據(jù)QYResearch前年的數(shù)據(jù)顯示，受益于儲能和電動汽車市場的快速增長，2023年-2028年，BMS市場將保持20%以上的增長速度?！?/p>
他表示：“目前的BMIC市場主要由國外廠商主導，近幾年國內也涌現(xiàn)了一些不錯的企業(yè)，但在更方面參數(shù)指標上還跟國外廠商的產品有一定差距。目前，智芯的BMS方案能夠提供各種底層硬件、芯片設計以及驅動軟件算法等，可以面向各類應用。”
雙碳目標的設立推動了整個社會能源應用的轉型，從而也給半導體器件尤其是第三代半導體功率器件帶來了巨大的市場機遇。怎樣抓住這一波市場機遇，是國內外公司都要思考的問題。獨特的技術、完整的方案、良好的服務缺一不可，尤其對于國內公司而言，這是一個機遇也是一個考驗。
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