快充仅是第三代半导体应用“磨刀石”,落地这一领域可每年省电40亿度( 二 ) 众所周知

诚然，从性价比的角度来看，硅基功率半导体仍然是在非常宽的应用范围之内的不二之选。不过，随着“碳达峰、碳中和”概念的全球推行，业界开始转向电力全产业链的能效提升，包括发电、输电、储能以及用电等各个环节，有望通过使用第三代半导体实现更低的碳排放。事实上，英飞凌是唯一一家在电力全产业链上提供能效解决方案的半导体公司。通过英飞凌的产品和解决方案，为社会带来的CO2减排量达到5600万吨/年。
据程文涛介绍，英飞凌对于不同的半导体材料有着清晰的应用定位。 Si是各向同性的材料，从低功率到高功率都适用，是当下最主流的功率半导体材料。 SiC适用于高功率、中高开关频率的应用，如光电、风电、电动汽车、充电桩、储能系统等。 GaN则偏向于中功率、最高开关频率的应用，如服务器、电信、适配器和充电器等。

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图5英飞凌对于不同半导体材料的应用定位
活动现场上，英飞凌还展示了几款面向上述行业应用的大功率电源评估板，如基于CoolSiCTM的3.3kWCCM图腾柱PFC评估板，其突破性地实现了99%的系统效率以及72W/in3的超高功率密度，可用于储能系统的双向充/放电设计；还有基于CoolGaNTM的3.6kWLLC电路评估板，其功率密度达到160W/in3 ， LLC的谐振频率达到350KHz ，且在如此高工作频率下效率仍超过98% ，可用于5G通信电源的设计等。

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图6基于CoolSiCTM的3.3kWCCM图腾柱PFC评估板
“相关数据表明，若美国的所有数据中心都使用英飞凌CoolGaN?产品，那么每年有望节省40亿度电、减排CO2达到200万吨。 “程文涛补充道， ”这是巨大的经济价值和碳减排价值，但由于行业对于SiC、GaN的使用规模还是相对比较小、相关可靠性的验证仍然不充分，因此业界对于替换升级还普遍持有谨慎的态度。 “在这样的背景下，由于GaN生产工艺相对成熟，基于GaN的快充技术在近两年飞速发展，不仅为消费者带来了体积更小、功率更高的充电器产品，另一方面也成为了业界验证GaN失效模式、变化规律的“磨刀石“ 。
程文涛指出， ”GaN制造工艺看似简单、但掌握起来非常困难。例如我们可以采取过度设计的方式，将GaN器件的使用寿命定在50年。但是，一个终端产品使用50年是不现实的，因此我们必须充分了解GaN的瓶颈在哪，像晶体结构大概多久会坏、什么条件下会坏、坏了会影响多少性能等等，这样才能在设计和制造上打造满足市场需求的产品！快充应用是GaN的‘磨刀石’ ，它对可靠性、使用寿命等要求没那么高，英飞凌也推出了专用于快充的CoolGaNTMIPS系列，帮助更好地验证自身的GaN技术，再运用到更高功率、更高可靠性要求的行业应用上。 “
价格稳步下降，英飞凌布局电力全产业链抢占先机
目前， SiC和GaN在2021年的价格相似，但都明显高于Si 。由于规模经济、缺陷密度和产量提高，以及向新一代的技术升级，第三代半导体的价格有望在未来几年迅速下降，但从成本角度来看，短时间内并不会达到硅基半导体的水平。 “值得注意的是，市面上也可能看到一些定价接近硅基半导体的第三代半导体器件，但并不意味着它的成本就接近硅基半导体，这是为了催生市场的商业行为。在可预见的将来，硅基半导体仍然会占据大部分市场。 “程文涛指出。