LEDinside 研讨会直击: SEMI功率电子研讨会预见市场蓝海

随着全球节能环保、永续经营意识抬头,光电半导体产业更积极发展创新技术以达到提高产品效率、降低功耗、减少材料、简化制程等目标,加上电动车及再生能源发电等各种能源传输与转换系统对于高效率与低耗能设计之需求,促使产业转而寻找碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN)等能支持更高功率转换的材料。
 
看好此趋势,SEMI于10月14日于新竹喜来登饭店举办「功率电子技术研讨会」邀请Yole、GaN System、Delta、Toyota等业界技术先驱,针对碳化硅与氮化镓等功率组件、化合物半导体、车用半导体等主题,从上游材料与制程至终端应用,分享最新趋势与技术。
 
Yole Development Pierric Gueguen表示受惠于高速动力市场与节能、绿能市场需求,功率组件模块市场将呈现快速成长的趋势。主要的机会在于市场对功率密度与转换效率要求提升,而挑战则在于其价格与成本。以功率密度来说,要求高电流密度、高工作温度与瞬间开关能力。在效率上,更可见到散热能力将是功率组件封装上最重要的指标。由于高功率密度的需求,工作结温在150℃的产品更能见到效率与高表现。厂商布局上,英飞凌并购WolfSpeed的综效之下,相信市场份额将能更为快速成长。
 
总结以上,预期2020年产品发展上,GaN 功率组件将可达到900V 的表现能力;而SiC 功率组件的产品将更可提升到更高压的市场。在产品应用上,GaN 功率组件更适合应用于电源供应产品;SiC 功率组件则应用在需严苛稳定表现的工业级市场,达到1700V 更高压的产品应用之中。
 
GaN Systems 市场营销资深主管Charles Bailley表示,以散热系数来看,SiC 功率产品拥有绝佳表现。此外,GaN 产品相当适合快速开关、散热、与PCB 电路设计 (Layout),提供小体积的产品设计。因此,未来GaN E-HEMT将更适合替换掉Si MOSFET 与 IGBT 等产品市场,如AC-DC 电源供应应用于消费者产品、信息中心(Data Center)、工业企业市场、太阳能逆变器、车用市场应用等。最后提到在GaN E-HEMT与Si MOSFET上的质量因素比较 (Figure of Merit, FOM),GaN E-HEMT 有更高电流分布可从7A到250A。最后,相信GaN E-HEMT 在JESDE工业测试指标的规范之下,更有明确的产品发展设计,同时车用产品测试也在进行中,未来将更能从指针带动产品规范,进而带动市场需求。
 
Epiworld成立于2011年,专注于SiC 磊芯片生长,主要尺寸为3、4、6吋产品。除了生产产品外,Epiworld 更期待能共同和客户提供相关服务协助。以4吋产品,厚度一致性与稳定性可达到一定指标。
 
冯淦先生指出目前EpiWorld的外延生长主要是在4H-SiC 的基板上,然而基板产品价格相当的高。目前市场主流以4吋为主,为了提高生产的性价比,朝向6吋产品发展。然而6吋产品面临到供给挑战,第一、市场需求虽稳定成长,但未到需要要求供应提升的脚步;第二,产品质量尚未稳定;第三、随着产品尺寸的提升,制造生产上面临的应力也相对面临挑战。
 
台达电技术长张育铭博士指出,工业4.0与机器人带动高速马达的市场需求,过去较多使用IGBT,然而未来在更好的效率与表现上,GaN 与 SiC 功率组件将更受到瞩目。同时,也期望欧洲知名车厂将推出电动车车款,带动快速充电市场需求。
 
功率模块产品除了要求高功率外,也要求高输入电压,以达到再生能源、智慧电网的市场要求。同时产品体积与重量也须达到总成本管理 (Total Cost of Ownership),高频模块也成为主要发展趋势。
 
同时,相较于IGBT,SiC MOSFET 拥有更好的低传导损耗 (Lower Conduction Loss) 与低开关损耗 (Lower Switching Loss)。在功率组件模块设计上考虑,除了可靠度外,降低杂散电感电容 (Stray Inductance and Capacitor)是相当重要的,并且产品设计涵盖栅级驱动 (Gate Drive Circuit) 保护电流 (Protection Circuit)。同时,推出更适用的封装将帮助产品应用于市场。若能有相关云端监测系统帮助工作寿命与可靠度的提升,也是相当符合市场需求。
 
张技术长提到,使用在SiC MOSFET 功率模块上封装应用在电动车市场,富士最新产品上采用6个开关,两个并联,采用定电压,涵盖过电保护,将市场需求考虑其中。
 
Toyota Motor Corporation担当部长滨田公守 (Kimimori Hamada) 提出,目前全球已有900万台丰田混合动力车辆 (Hybrid Vehicles),随着未来燃油消耗规范的更为严苛与降低碳排放量的要求,丰田自身定出2050年车辆零碳排放量。因应随之而来的要求,相信电动车市场将会成为未来市场发展成长动力。功率模块上的设计若采用双边冷却模块 (Double-sided cooling module),散热能力将能明显提升。目前丰田已推出第四代Si- IGBT 的产品,相较于第一代产品,功率损耗已下降至1/5。
 
最后,丰田提到新推出的燃料电动车 (FCV),Mirai最大的输出功率达9kW,续航里程可达到600km左右。因应终端产品的要求,丰田的SiC 功率组件能提供高散热能力、快速开关能力,并于2013年完成SiC 功率组件厂商设立并自有供应产品。若应用在电动公交车中,将使用两组SiC 功率模块。
 
文 Roger, Joanne / LEDinside
 
 
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