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功率半导体| 国家正在大力推进的新领域



中国在大力推进一个新领域——功率半导体。功率半导体用于控制和转换系统中的电力,用于汽车、计算机和工业产品中。功率半导体是专门的晶体管,允许电流在“开”状态下流动,并在“关”状态下停止。它们提高了效率并最大限度地减少了系统中的能量损失。使用了几十年,功率器件变得越来越重要。国家必须使用技术来保护环境。一种解决方案是混合动力和电动汽车,其中电力电子是关键。由于汽车电气化和数字化的大趋势,功率半导体的需求被多家功率芯片厂家预测将快速增长,例如 IGBT 和 SiC MOSFET。

当今的功率半导体市场由基于硅的器件主导,其中包括功率 MOSFET、超级结功率 MOSFET 和绝缘栅双极晶体管 (IGBT)。功率 MOSFET 用于低压、10 至 500 伏的应用,例如适配器和电源。MOSFET 用于 500 至 900 伏应用。IGBT 是领先的中档功率器件,用于 1.2 千伏至 6.6 千伏系统。

IGBT 和 MOSFET 被广泛使用,但它们也已达到极限。这就是为什么越来越多的供应商正在开发基于两种宽带隙技术(GaN 和 SiC)的功率器件的原因。GaN 和 SiC 基功率器件都比硅更小、更高效,但它们也更昂贵。

几家中国公司正在开发和制造各种类型的功率半导体。尽管如此,国内系统制造商仍然必须从跨国公司进口大部分这些设备。


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#高功率全自动探针台测试系统~功率器件晶圆级芯片



一方面,像 GaN 这样的技术很难开发,碳化硅更坚固,所以中国汽车企业都在向外国公司采购。展望未来,国家希望发展并制造更多自己的半成品。根据 SEMI 的数据,到 2023 年,中国有望成为全球功率和化合物半导体晶圆厂产能的领导者。

目前,中国也正在以其他方式扩张。2017 年,恩智浦将其名为 Nexperia 的标准产品业务出售给了一家中国财团。2019年,中国电信公司闻泰控股控股分立器件和MOSFET供应商Nexperia。Nexperia 现在是 Wingtech 的子公司,总部仍设在荷兰。

2020 年,我国在 SiC 和 GaN 领域投资了 25 个项目,成本为 109 亿美元。根据 TrendForce 的数据,在这些数字中,我国有大约 14 条 6 英寸 SiC 晶圆生产线。HDSC、三安IC、Tankeblue等在中国都有SiC生产线。

国内本土的碳化硅供应商也将目光投向了多个市场。中国和全球蓬勃发展的电动汽车市场正在激励所有 SiC 供应商扩大制造能力,电动汽车市场销量的显着增长正在推动 SiC 器件价格加速下降,从而增加其在光伏组串逆变器、储能、UPS 和电机驱动等其他增长市场的采用率。

现在,所有汽车制造商都在其新 BEV 中为功率逆变器集成或评估 SiC。碳化硅器件还用于 BEV 中的 DC-DC 转换器和车载充电器。随着快速充电和自动驾驶的要求不断提高,车辆将需要高压平台。碳化硅 MOSFET 通过提供更长的距离、更紧凑的尺寸和更好的整体系统成本,将为该系统的未来做出了贡献。

除了 SiC,中国还对 GaN 感兴趣,GaN 是一种用于 LED、功率半导体和射频的 III-V 族材料。对于功率转换,GaN 蓬勃发展的第一个市场是快速充电器领域。基于 GaN 器件的快速充电器是一种小型适配器,可以比传统充电器更快地为智能手机和笔记本电脑充电。快速充电器是中国智能手机厂商的流行配件。最近,小米推出了一款智能手机,以及一款基于纳微 GaN 功率器件的独立 55 瓦快速充电器。

跨国公司在GaN功率器件市场仍占据主导地位,但中国的Innoscience正在蓄势待发。几家中国公司也在建设新的 GaN 晶圆厂。“TrendForce的数据显示,截至1H21,我国已经安装了大约7条GaN-on-Si晶圆生产线,而目前至少有4条GaN功率器件生产线正在建设中,同样,在中国并非所有项目都会成功。