隨著功率半導體的發展趨勢,寬能隙器件:SiC 和 GaN 改變了電源設計的方程式,實現了效率、可靠性和外形尺寸方面的突破。英飛凌擁有涵蓋Si、SiC及GaN完整的產品組合和應用專業知識,可根據客戶的需求引領市場,在汽車應用及電源供應、再生能源領域提供最適合的系統性解決方案及技術支援。

在技術方面,英飛凌在功率半導體的技術發展取得領先,例如:是最早將超接面 (Super Junction) 技術商用化,以及最早採用12吋晶圓生產高壓功率半導體的廠商,同時其 SiC 元件採用溝槽式設計,兼顧柵極層的強固性與元件效能。

在製造方面,英飛凌也完整橫跨從前端到後端的製造,完全掌握產能及品質控管。同時也持續擴展對於晶圓廠的投入,英飛凌位於奧地利菲拉赫 (Villach) 的全自動化12吋晶圓廠預計將於今年下半年完工啟用,稍早並透過併購Siltectra公司取得冷切割 (Cold Split) 技術,將有助於產能提升及成本優化,維持長期競爭力,為客戶提供穩定,可靠的品質與供貨能力。

定位於功率、效率和密度

英飛凌科技公司提供基於Si,SiC和GaN的電源產品。 這使客戶有機會應用在交流到直流的整個線路設計,針對這三種產品技術的定位,以圖示的方式來作為解釋:

定位於功率、效率和密度

CoolMOS™ 7、CoolSiC™ 和 CoolGaN™ 相得益彰。在重疊區域,英飛凌可以為每個用例提供最佳解決方案。

CoolMOS™:
  • 在各種應用中保持成本/性能優勢
  • 某些功率密度限制下的高效率表現(高達97%)
  • 易於設計和實現
  • PFC拓撲和諧振拓撲,涵蓋從45 kHz到300 kHz的開關頻率
  • 評估時間短,在PSU中使用矽的經驗豐富
CoolGaN™:
  • 最高效率和密度的實現
  • 最適合在增加頻率的同時保持高效率
  • PFC圖騰式(totem-pole)架構以及在更高頻率的任何諧振硬開關拓撲技術
  • 使用子卡小版/ SMD優化設計方法
CoolSiC™:
  • 高效率和高密度:將高功率與高溫工作條件相結合的應用
  • PFC圖騰式(totem-pole)架構和任何諧振硬開關拓撲技術
  • 堅固性

功率半導體發展及市場需求

全球數個重大趨勢,包括有限的能源、政府規範、物聯網及大數據的發展,將帶動更多用電需求等,使整體功率市場持續成長。其中第三代半導體材料SiC 與GaN也開始進入成長期,根據市調機構預估,每年的CAGR都將是非常可觀的。 SiC 與GaN分別憑藉其耐高壓及高頻的特性,應用範圍相當廣泛,例如:發電、工業馬達、電動車等,將與矽功率元件一同在整體市場中擁有各自的利基點。

SiC 元件耐高溫高壓的特性,已在EV應用中嶄露頭角,將成為最大宗的應用,而在能源及工業應用也將逐漸發酵。而GaN功率元件的高頻特性有助於縮小系統尺寸,降低功耗,消費性市場及電信設備應用將成為主力。而大量的數據產生,會另一步推升數據中心運算和電源的需求,包括人工智能的應用以便更有效地處理和應用數據。

第三代半導體的應用趨勢

  • 太陽能逆變器:SiC 可實現更高的功率密度及效率,特別適合大功率應用。功率密度的提高有助於縮小設計的體積。高效率則意謂被浪費的能量(熱量)減少了,降低了整體系統的尺寸、重量和成本。太陽能逆變器的重要指標就是效率,隨著逆變器的功率越來越大 (商用建置達300kW),且這類應用的運作時間非常長,採用SiC設計所帶來的系統性效益將更為顯著。
  • 電動車充電站:電動車的普及,同步也需要各種充電站的建置。SiC在充電站的應用也具有相當的潛力,尤其是在快速充電站的部分,需要在例如15分鐘內充滿80%的電力,因此對效率及體積特別要求,SiC在這方面就能發揮其特有的優勢。
  • 數據中心和5G的電源設計:數位化與5G時代的到來,讓我們將更仰賴數據中心所提供的服務 -- 越來越多與頻繁。這將造成數據中心建置需求的增加,從而也推升了所需的電源供應。第三代半導體(GaN 和 SiC ) 的導入,可以讓數據中心的電源轉換效率提升(降低電源的損耗) ,當損耗降低,冷卻系統的功耗自然變少。
  • 行動裝置電源:消費者都希望有一個輕薄短小的充電裝置,因此希望攜帶的充電器是越小,越輕,越高轉換效率愈好。第三代半導體(GaN) 由於切換的速度更快,能有效地降低切換損失 ( 增加效率) ,也可以把操作頻率變高,降低磁性元件的大小,就可以實現輕薄短小,而且高效的充電裝置。

功率半導體的趨勢問答

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Q1: 英飛凌在高壓功率半導體市場中,擁有那些產品?

CoolMOS™ CoolSiC™ CoolGaN™ 以上皆是

Q2:英飛凌 CoolSiC™ 解決方案具有下列哪些優勢:

將高功率與高溫工作條件相結合的應用高功率密度 PFC圖騰式(totem-pole)架構和任何諧振硬開關拓撲技術 堅固性 以上皆是

Q3:英飛凌 CoolGaN™ 解決方案具有下列哪些優勢:

最適合在增加頻率的同時保持高效率 PFC圖騰式(totem-pole)架構以及在更高頻率的任何諧振硬開關拓撲技術 使用子卡小版/ SMD優化設計方法 以上皆是

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