英飞凌：踏“绿”前行，引领能源变革新时代

随着绿色、环保、低碳理念日渐深入人心，以及低碳发展战略成为国家战略，涵盖新能源发电、输送、储存、使用全链条的“绿色能源”，已经成为引领新时代的潮流，并展现出前所未有的活力与潜力。

踏“绿”前行，“碳”新路

这是英飞凌科技高级副总裁、工业与基础设施业务大中华区负责人于代辉日前在一场媒体见面会上的演讲主题。他援引IEA(国际能源署)最新的报告指出，预计到2030年，全球光伏产业还需要再额外装机超过5000GW；在电网基础设施领域的投资将达到每年6000亿美元以上；电池储能容量将增加1000GW以上，在电动汽车充电领域的投资将超过1万亿美元。

英飞凌科技高级副总裁、工业与基础设施业务大中华区负责人于代辉

作为唯一一家在能源效率方面，可以面向发电、输电、配电和储能领域提供完整产品和系统解决方案的功率半导体公司，近年来，英飞凌凭借深厚的行业积淀和技术创新，成为了绿色能源价值链中的佼佼者。

以风力发电为例，英飞凌的产品目前应用于国内约90,000台风力发电机中，2023年，这些风机的发电量可满足4.5亿人/1.5亿家庭的用电需求。在光伏领域，英飞凌的产品应用在总计超过220GW的光伏发电机组中，装机容量相当于10个三峡水电站装机量的总和；在如火如荼的储能领域，英飞凌的产品应用在总计约15GW/30GWh的新型储能系统中，装机容量约等于1个白鹤滩水电站的装机量。 

接下来，随着可再生能源安装量的持续增长，以及电力基础设施的不断完善，绿色能源产业将有望迎来更加蓬勃的发展。数据显示，2024年光伏领域新增装机量预计将达到190~220GW，继续维持高位；2023年，充电基础设施累计数量859万台，同比增长65%，预计到2024年底这一数字将达到1200万台；2024-2030年间，新型储能累计装机规模的复合增长率将超过30%。

在绿色能源的发展中，碳化硅技术扮演着至关重要的角色。于代辉表示，作为“满足可持续性能源生产和消费的核心技术”，碳化硅产品的升级和创新对于提升系统能效、降低系统成本、提高系统可靠性具有重要意义，尤其是在可再生能源发展和电网升级、电动汽车普及和扩展、以及工业/消费类应用的能效与智能提升三大领域。

从目前的趋势来看，2024-2029年，全球SiC市场规模预计将从31亿欧元增长到90亿欧元，年复合增长率超过24%。个别领域，例如固态断路器和风能，未来5年，碳化硅市场的年复合增长率将分别达到76%和95%，十分惊人。

作为全球SiC领域最重要的“玩家”之一，英飞凌方面希望凭借以下几方面的优势，在2030年末占据全球SiC市场30%的市场份额，成为该领域的领导力量。

• SiC原料供应+冷切割(Cold Split)技术。2018年，英飞凌收购了初创公司Siltectra，通过冷切割技术，大幅减少SiC晶圆生产过程中的原材料损耗，来提高产量，降低成本。
• 优异的沟槽工艺，较平面式技术拥有更好的性能。
• 封装方案组合方面，拥有一流的内部封装解决方案，全新的.XT技术，能够实现更高功率密度。
• 基于三十余年的丰富经验和深厚技术积淀，英飞凌可以为客户提供极为广泛的产品组合，包括现成产品加定制化方案。

产能方面，考虑到SiC市场对产能有着更高的需求，早在2021年9月，英飞凌就宣布位于奥地利菲拉赫的300毫米薄晶圆功率半导体芯片工厂正式启动运营；2022年2月，宣布斥资逾20亿欧元，在马来西亚居林工厂建造新厂区用于200毫米碳化硅功率半导体。该工厂的一期项目于今年8月正式启动运营，根据规划，二期项目投资额高达50亿欧元，建成后将成为全球规模最大且最高效的200毫米碳化硅功率半导体晶圆厂。

“一致性、领先性、创新性、经济性和适应性，不仅是我们对SiC产品的期望，也是客户在使用SiC过程中感受最深的五个痛点。”于代辉用“稳”、“先”、“卓”、“优”和“融”这五个关键字，传递出英飞凌希望通过稳定的产品质量、多元化的供应链保障、领先的技术创新、卓越的产品性能和优化的产能布局，来不断满足和解决客户的痛点需求，推动碳化硅市场快速发展的决心和能力。

作为英飞凌科技工业与基础设施业务大中华区负责人，于代辉特别强调了“融”字的重要性。“仅仅拥有强大的技术和市场团队是远远不够的。”他认为，只有高度融入本土生态圈，能够针对中国客户的需求提供定制化服务、不断加强本土产品开发团队、充分利用中国生产基地、加快本土化进程等措施，外资企业才能够在激烈的市场竞争中立于不败之地。

一个目标，两个误区，三个持续

众所周知，虽然可再生能源是免费的，但每一次的能源转换都会存在能效损失。因此，追求更高效的能源转换效率变得至关重要，而碳化硅恰恰就是这样一种提升能效的功率半导体技术。其核心目标就是帮助我们在低碳化转型框架下，将两个过去尚未被满足的需求变为现实：一是能效创新，尤其是提升光伏、储能、充电桩等应用的能效；二是设计创新，重点是如何将系统尺寸做得更小、成本更低、更加节能高效。

“全社会都在进行低碳化转型，英飞凌希望能够成为客户首选的零碳技术创新伙伴，这是我们坚定不移的目标。”英飞凌科技副总裁、工业与基础设施业务大中华区市场负责人沈璐表示。

英飞凌科技副总裁、工业与基础设施业务大中华区市场负责人沈璐

她同时澄清了关于碳化硅技术的两个最常见的误区：可靠性与性能评价原则，前者涉及碳化硅平面栅与沟槽栅架构之争，后者涉及多元化评价体系。

就SiC MOSFET而言，英飞凌很早就决定投资沟槽栅结构。这一决定主要有两个动机：首先，与平面型相比，垂直SiC晶面的缺陷密度较低，这是SiC材料的普遍特性。因此，与平面型MOSFET相比，沟槽型具有更好的沟道电导率，这也确保了栅极氧化层的可靠性，从而保证最低的SiC MOSFET现场故障FIT率。

打一个形象的比喻，沟槽栅架构实际上是通过“下挖一个隧道”，避开了“坑洼不平的碳化硅门极氧化层”，如果平面栅也想达到一样的性能，就需要将门极氧化层做得更薄。但从专业的角度来讲，碳化硅器件的筛选电压与门极氧化层厚度成正比，由于沟槽栅架构使用了更厚、更可靠的门极氧化层，因此，可以执行更加严格的筛选程序，从而获得可媲美硅基产品的器件可靠性。

其次，沟槽栅的优势，非常适合未来的可持续缩小（shrink）技术路线图。在功率MOSFET的半导体制造过程中，在垂直维度上的关键尺寸(例如沟槽长度)也比水平维度更好控制。

性能评价原则方面，沈璐建议放弃单一的“单位面积导通电阻(Rsp)”评价标准，转而投向包括开关损耗、导通损耗、封装热阻/杂感、鲁棒性及可靠性在内的多元化综合考量体系。

在她看来，“Rsp是重要的参数，但并非唯一重要”，因为在光伏、储能、充电桩等实际应用中，碳化硅高频开关带来的开关损耗开始越来越接近，甚至超过导通损耗。另一方面，随着温度的升高，沟槽栅导通电阻高温漂移是SiC的物理特性，英飞凌为用户提供了非常详尽的设计参数，可以帮助设计工程师用足器件性能。此外，功率器件模块的封装热阻/杂感优化，对于增加功率转换效率和密度、保持功率输出和频率振荡稳定性也起到重要的作用。因此，多元化评价体系将更加客观。

在此基础上，沈璐重申了英飞凌的“三个持续”承诺：

• 持续布局，步履不停。从2018年收购冷切割技术，到CoolSiC^TM G2最大工作结温提高到200摄氏度，再到专利的.XT超级扩散焊技术，以及不断升级的8英寸产线，每隔1-2年，英飞凌在SiC产品布局上都会呈现新动向。
• 持续创新，超越期待。近年来，英飞凌推出不少有代表性的产品，包括2kV碳化硅分立器件、全球首款基于沟槽栅技术的3.3kV碳化硅高功率模块、汽车级HybridPACK™ Drive G2 Fusion器件、以及CoolSiC^TM MOSFET 650V和1200V G2器件。更丰富的产品组合，既能满足不同行业/市场/客户的不同需求，也是创造规模经济的基石。
• 持续深耕，穿越周期。按照沈璐的说法，“了解客户的需求是本分，挖掘客户的需求是本事”，一家能够真正穿越周期的企业，不但要有实力、有价值，还要能够在长期和短期目标之间找到平衡。所以，对碳化硅企业来说，好的商业模式应该是与客户、应用做协同创新，通过更多差异化举措为用户创造价值。

CoolSiC^TM MOSFET G2的神奇之处

英飞凌在2017年正式推出了第一代沟槽栅SiC MOSFET，即CoolSiC^TM MOSFET Generation 1(G1)。在CoolSiC^TM MOSFET G1中，英飞凌采用沟槽栅的设计解决了SiC MOSFET中栅极氧化物的可靠性问题，并克服了常见的SiC MOSFET在控制和驱动方面的限制，这加速了SiC MOSFET上车的节奏。

英飞凌科技高级技术总监、工业与基础设施业务大中华区技术负责人陈立烽指出，英飞凌专有的垂直沟道技术能够保证低界面态密度与氧化层陷阱，进而提升了载流子的迁移率。这对于降低导通电阻以及开关损耗而言，具有显著效果。此外，深P+阱结构增强了器件氧化层的可靠性，并在沟槽拐角处屏蔽高电场，起到了保护作用。

英飞凌科技高级技术总监、工业与基础设施业务大中华区技术负责人陈立烽

更低功耗，更高能效

与上一代产品相比，全新的CoolSiC^TM MOSFET 650V和1200V Generation 2(G2)技术在确保质量和可靠性的前提下，将MOSFET的主要性能指标(如能量和电荷储量)优化了20%，快速开关能力也提高了30%以上，为光伏、储能、直流电动汽车充电、电机驱动和工业电源等功率半导体应用领域的客户带来了巨大优势，更进一步推动了低碳化进程。

与前几代产品相比，CoolSiC^TM G2技术再次在降低功耗和提升能效方面取得了巨大突破。例如，采用CoolSiC^TM G2的电动汽车直流快速充电站最高可减少10%的功率损耗，并且在不影响外形尺寸的情况下实现更高的充电功率；基于CoolSiC^TM G2器件的牵引逆变器可进一步增加电动汽车的续航里程。在可再生能源领域，采用 CoolSiC^TM G2的太阳能逆变器可以在保持高功率输出的同时实现更小的尺寸，从而降低每瓦成本。

与硅基产品相比，碳化硅可将快速充电站的效率提升2%，将充电时间缩短25%左右。这可能听起来算不了什么，但实际上，如果为1000万辆汽车充电，每年就能节省600 GWh的电量，避免20多万吨二氧化碳的排放。而在CoolSiC^TM G2的加持下，充电效率有望再提高0.3%，这意味着，每为1000万辆汽车充电，每年还能额外节省大约90 GWh的电量。 

小尺寸，高功率

结合SiC具有的低功耗和小尺寸优势。SiC MOSFET的导通电阻越小，导通损耗就越低，从而可以提高能源效率和功率密度，并减少部件数量。CoolSiC^TM G2产品组合拥有市场上同类产品中最低的导通电阻——采用SMD封装的650V CoolSiC^TM拥有7mOhm导通电阻，是业界工艺密度之最；采用TO263-7封装的1200V CoolSiC^TM拥有8mOhm导通电阻；采用TO263-7和TOLL封装的CoolSiC^TM拥有11mOhm导通电阻。

此外，CoolSiC^TM G2还采用了优异的.XT技术，用于将芯片粘合到封装上。这种技术将芯片的瞬态热阻降低了25%甚至更高。与传统的键合技术相比，.XT技术将芯片性能提高了15%，并其使用寿命延长80%。

陈立烽解释说，在传统器件中，无论是单板还是模块，通常采用标准焊接方式，即将芯片焊接到芯片引线框架(Lead Frame)或者DCB等载体上。然而，通过X光或者显微镜观察，标准焊接过程往往难以达到完全平滑的焊接效果。

相比之下，采用.XT扩散焊技术则能显著改善这一情况。该技术使得芯片与载体之间的结合处变得非常紧密，这种紧密的结合不仅有助于降低热阻，提高散热效率，还能显著提升焊接的可靠性，从而增强器件对于温度热应力的抵抗能力。

测试数据显示，在D2PAK的封装形式中，采用.XT封装技术后，最大稳态热阻值可从0.68K/W降低到0.5K/W，最大瞬态热阻表征值能从0.28 K/W降到0.18 K/W，意味着热量能更高效地从芯片结点散出，进而降低结点温度，或提升器件的输出功率。

.XT封装技术的优异性能不仅体现在单管器件上，在模块中也同样表现出色。以某款器件为例，采用.XT封装技术后，其输出功率从标准焊接的145W提升至188W，增幅约10%到20%。由于输出功率的提升，进而导致器件开关频率和开关损耗也随之提升，有利于进一步缩小被动器件的尺寸，并降低成本。

CoolSiC^TM G2的另一项优势在于它更加坚固耐用。作为1200V电压等级功率器件的特性之一，CoolSiC^TM G2的最大工作结温从过去的175摄氏度提高到了200摄氏度，这意味着客户有了更大的灵活性，可以在过载条件下进行开发设计，这是上一代产品所不能做到的。

结语

即将过去的2024年是不平凡、不容易的一年，高库存、市场需求放缓等多重不利因素给企业造成了不小的经营压力。但于代辉强调说，过去的十多年里，英飞凌走过了一条从产品技术供应商到系统集成商，再到解决方案供应商的转型之路。虽不平坦，但事实证明，“一家优秀的公司，往往更善于把复杂留给自己，把方便留给客户。”面对2025年，做好产能、研发和产品路线图长期规划和投入的企业，将赢得更稳健的发展机会。