功率半導(dǎo)體是電子電力裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心器件。

作者｜集微網(wǎng)    校對｜團(tuán)團(tuán)
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集微網(wǎng)消息，功率半導(dǎo)體是電子電力裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心器件。根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，中國已經(jīng)成為全球最大的功率半導(dǎo)體消費(fèi)市場。預(yù)計(jì)至2021年，全球功率器件市場規(guī)模將增長至441億美元，年化增速為4.1%。但無論國內(nèi)市場還是國際市場，這一領(lǐng)域廠商的競爭十分激烈。而占功率半導(dǎo)體器件最大份額的IGBT和MOSFET產(chǎn)品方面，目前仍是歐美廠商占主導(dǎo)地位。但近年來在高壓超級結(jié)MOSFET賽道，中國企業(yè)已經(jīng)有搶占新賽道的機(jī)遇。

成立于2014年的尚陽通聚焦于功率器件，如今已經(jīng)在國內(nèi)這一賽道嶄露頭角。2019年，尚陽通的超級結(jié)MOSFET在國內(nèi)市場，尤其是汽車充電樁電源和通訊電源市場名聲大振。這些市場的主流設(shè)計(jì)以往都被英飛凌、東芝等公司的器件占據(jù)，但現(xiàn)在越來越多的電源工程師把尚陽通的功率器件作為首選設(shè)計(jì)。



在今年的慕尼黑上海電子展期間，深圳尚陽通科技帶來了其硅基產(chǎn)品系列，包括中低壓的SGT MOSFET/高壓的超級結(jié)MOSFET以及IGBT和其模塊。尚陽通首席科學(xué)家曾大杰告訴集微網(wǎng)，公司從2015年開始從事研發(fā)工作，產(chǎn)品系列是逐漸完善的過程。“公司成立之初產(chǎn)品是主要賣到LED和礦機(jī)，后面隨著產(chǎn)品種類和系列的不斷完善，現(xiàn)在在充電樁電源、通信服務(wù)器電源、LED電源、電視機(jī)電源以及快充和家電方面都有大量的出貨。”

“啃硬骨頭”突圍功率半導(dǎo)體市場

尚陽通是國內(nèi)為數(shù)不多的專注于功率半導(dǎo)體IC設(shè)計(jì)的公司。功率器件領(lǐng)域長期以來都被國際大廠牢牢占據(jù)大部分市場，同時加上客戶對功率器件的極其謹(jǐn)慎，中國本土企業(yè)進(jìn)入該市場要比其他IC類別的門檻和難度都更高。如果技術(shù)和產(chǎn)品不能落地，公司談不上生存和發(fā)展。

正是出于這一現(xiàn)狀，尚陽通一開始就就基于自己的平臺，在產(chǎn)品的創(chuàng)新和定義上作了策略布局，配合應(yīng)用市場和營銷方式，抓住機(jī)遇，先切入了LED電源，再進(jìn)入電視機(jī)電源、充電樁電源和礦機(jī)和服務(wù)器電源市場。尚陽通創(chuàng)建了自主IC品牌SNOWMOS?，產(chǎn)品方向是MOSFET、IGBT、SIC和GaN，其創(chuàng)新和開發(fā)能力已經(jīng)獲得市場認(rèn)同。

值得一提的是，超級結(jié)MOSFET及IGBT產(chǎn)品因其設(shè)計(jì)技術(shù)難度高，此前一直都是國內(nèi)產(chǎn)品短板，工藝制造復(fù)雜，存在較高的技術(shù)壁壘，特別是IGBT一直被稱作為電力電子領(lǐng)域的“CPU”。尚陽通敢“啃硬骨頭”，通過技術(shù)創(chuàng)新，使核心技術(shù)不斷提升，爭取更多核心元器件國產(chǎn)化，助力國內(nèi)電力電子產(chǎn)業(yè)鏈的升級和發(fā)展。目前尚陽通的SNOWMOS?產(chǎn)品廣泛用于新能源汽車充電樁、OBC通訊和服務(wù)器、LED TV電視機(jī)等。

對于未來尚陽通在超級結(jié)MOSFET方面的發(fā)展方向上，曾大杰指出，目前超級結(jié)MOSFET有兩種不同的技術(shù)路線，多次外延和深槽刻蝕。前者以英飛凌為代表，后者以東芝為代表。不過在尚陽通看來，未來采用深槽刻蝕的方案會越來越多。曾大杰表示，尚陽通在超級結(jié)MOSFET上主要的發(fā)展方向是，首先是平臺化設(shè)計(jì)。同時也會根據(jù)不同的應(yīng)用，推出不同的產(chǎn)品系列。“我們現(xiàn)在已經(jīng)退出了第三代超級結(jié)MOSFET，未來會推出第四代和第五代，它的Rsp更低，相同導(dǎo)通電阻情況下，成本更好。”此外，在中低壓MOSFET產(chǎn)品方面，目前主要有Trench MOSFET和SGT MOSFET兩種不同的技術(shù)路線，SGT MOSFET其比導(dǎo)通電阻更低，開關(guān)速度更快。目前尚陽通已經(jīng)推出了第二代SGT MOSFET，這一代的性能達(dá)到了國際主流水平。




“硅器件和第三代半導(dǎo)體材料未來是競爭關(guān)系”

尚陽通在第三代半導(dǎo)體材料GaN和SiC上也已經(jīng)開始布局。曾大杰介紹，尚陽通目前已經(jīng)推出了SiC的SBD，后續(xù)也會推出相應(yīng)的MOSFET，同時GaN器件也在研發(fā)中。“這些新型的功率器件跟硅器件相比，都有一些固有的缺點(diǎn)，如可靠性和抗雪崩耐量的能力等。”曾大杰指出，而硅器件的成熟性和大規(guī)模量產(chǎn)的能力，已經(jīng)得到了廣泛的驗(yàn)證。

“總之，硅器件和第三代半導(dǎo)體未來是競爭關(guān)系，這對客戶來說是一個好事情，能夠有更多的選擇空間和余地，挑選出更符合需求的產(chǎn)品。對于原廠來說也是一件好事情，能夠督促我們不斷進(jìn)步，推出更符合客戶需求的產(chǎn)品。”曾大杰表示。

比如，最近最熱門的話題之一快充，超級結(jié)硅技術(shù)的快充在能量密度上已經(jīng)接近GaN。曾大杰介紹，目前硅器件與GaN器件相比，其優(yōu)勢主要是：硅器件更加成熟，其長期可靠性得到了充分的驗(yàn)證，同時硅器件的魯棒性，其抗雪崩耐量的能力也是好于硅器件；硅器件的價格目前也更便宜；目前可以生產(chǎn)的硅器件公司很多，其大規(guī)模生產(chǎn)的能力得到了充分驗(yàn)證。而相比之下，GaN器件的產(chǎn)能瓶頸也是一個大問題。因而，在他看來，在未來相當(dāng)長一段時間硅器件依然是市場的主流。

此外，曾大杰指出，小體積的快充是目前的一大趨勢，而降低快充的體積，主要是要提高功率器件的開關(guān)速度。據(jù)悉，尚陽通的F系列器件，其開關(guān)速度已經(jīng)做了優(yōu)化，未來還會在F系列的基礎(chǔ)上，推出更快速度的器件，其開關(guān)品質(zhì)因子Rsp*Qg會在F系列上進(jìn)一步降低30%，以更好地服務(wù)快充客戶的需求。



國產(chǎn)替代、新基建、下游應(yīng)用爆發(fā) ，功率半導(dǎo)體繼續(xù)點(diǎn)燃

進(jìn)入2020年以來，國產(chǎn)功率器件市場進(jìn)一步被點(diǎn)燃。

隨著中美貿(mào)易爭端的持續(xù)，國產(chǎn)替代浪潮興起，國內(nèi)服務(wù)器、新能源汽車、智能家電客戶隨著產(chǎn)品穩(wěn)定性的提高，已經(jīng)有能力替代國外品牌，也更傾向使用國產(chǎn)功率器件來穩(wěn)固供應(yīng)鏈資源，提升產(chǎn)品性能。同時，中國政府大力推動“新基建”建設(shè)，也帶動功率器件市場爆發(fā)。具體來看，“新基建”主要為5G基建、特高壓、城際高速鐵路和城際軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)七大領(lǐng)域，對于功率器件的需求也呈現(xiàn)爆發(fā)之勢。此外，在車用功率器件領(lǐng)域也有新進(jìn)展。比如此前特斯拉中國工廠落地并量產(chǎn)，特斯拉首次將碳化硅功率器件用于電動車，也都將帶動國內(nèi)功率器件廠商的跟進(jìn)。

最近，新能源汽車充電樁的加速發(fā)展頻頻被各地政府提及。據(jù)曾大杰介紹，目前充電樁通常包括兩級，即前級的PFC以及后級的DC-DC。他透露，尚陽通的超級結(jié)MOSFET在這兩級都有應(yīng)用，并都實(shí)現(xiàn)了海量發(fā)貨。據(jù)悉，目前尚陽通的600V導(dǎo)通電阻在22豪歐到40豪歐的器件主要是服務(wù)15~30KW的充電樁模塊。同時，尚陽通也在準(zhǔn)備更低導(dǎo)通電阻的器件，以滿足更高輸出功率模塊如40~50KW的需求。而在大功率充電樁模塊方面，曾大杰認(rèn)為，目前在前級PFC端，在效率要求不高的場合，IGBT可以替代超級結(jié)MOSFET，但是在DC-DC端，IGBT的速度還是相對較慢，替代的難度比較大。

總結(jié)：隨著工業(yè)、汽車、無線通訊和消費(fèi)電子等領(lǐng)域新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)以及節(jié)能減排需求日益迫切，我國功率半導(dǎo)體有龐大的市場需求，容易催生新產(chǎn)業(yè)新技術(shù)，在國家政策利好下，功率半導(dǎo)體將成為“中國芯”的最好突破口。