來源
作者：邵樂峰?
轉(zhuǎn)載自：《電子工程專輯》
不斷提高可再生能源在我國能源結(jié)構(gòu)中的比重，不斷推進(jìn)各行各業(yè)節(jié)能減排的進(jìn)程，是實現(xiàn)中國政府提出的30/60目標(biāo)的兩大必要條件。作為全球功率半導(dǎo)體領(lǐng)軍企業(yè)，英飛凌非常看好新能源行業(yè)未來的發(fā)展前景，并正積極參與其中。
千萬里“風(fēng)”“光”，點亮千萬家燈火
剛剛結(jié)束的北京2022年冬奧會和冬殘奧會，讓北京作為全球首個“雙奧之城”享譽世界。在此光環(huán)背后，更值得我們關(guān)注和自豪的，是本屆冬奧會也是歷史上首個“全綠電”的奧運會——北京冬奧會三大賽區(qū)、26個場館，歷史性的首次實現(xiàn)100%綠色電能供應(yīng)，標(biāo)志著中國新能源發(fā)電和電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入了快速發(fā)展的新時代。
據(jù)張北縣政府統(tǒng)計，截止2021年4月，張北地區(qū)新能源裝機總規(guī)模為560萬千瓦，其中風(fēng)電裝機規(guī)模358萬千瓦，并網(wǎng)334萬千瓦；光伏建成202萬千瓦，并網(wǎng)202萬千瓦。未來，經(jīng)張北柔性直流輸電工程，每年可向北京輸送約225億千瓦時(KWh)綠色電能，相當(dāng)于北京年用電量的十分之一。而在用電側(cè)，北京冬奧會示范運行超1000輛氫燃料汽車，配備30多個加氫站，是全球最大的一次燃料電池汽車示范。
相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，到冬殘奧會結(jié)束，北京冬奧場館共消耗綠電約4億度，由此減少標(biāo)煤12.8萬噸，減排二氧化碳32萬噸。這表明，中國在以實際行動踐行“碳達(dá)峰、碳中和”承諾的同時，也在讓綠色發(fā)展理念逐漸成為全社會的共識
讓我們將時鐘撥回到2021年3月15日，當(dāng)時正在召開的中央財經(jīng)委員會第九次會議，為我國能源電力行業(yè)的下一步發(fā)展奠定了基調(diào)，指明了方向，即：
“構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)?！?/strong>
很顯然，中央給出的最新定調(diào)——“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”，與能源電力行業(yè)包括國家能源局此前對“新一代電力系統(tǒng)”的定義——“構(gòu)建適應(yīng)高比例可再生能源發(fā)展的新型電力系統(tǒng)”在表述上有著明顯差異。
這意味著，低碳發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)成為了一項國家戰(zhàn)略。以風(fēng)電、光伏、水電、新型儲能技術(shù)為代表的新能源電力體系將很快上升為主體，傳統(tǒng)煤電要從電力系統(tǒng)的主體位置上離開，我國傳統(tǒng)電力能源結(jié)構(gòu)比例將發(fā)生徹底改變。
“中國政府提出的2030碳達(dá)峰和2060年碳中和目標(biāo)，是新能源行業(yè)發(fā)展的重要支撐，不斷提高可再生能源在我國能源結(jié)構(gòu)中的比重，不斷推進(jìn)各行各業(yè)節(jié)能減排的進(jìn)程，是實現(xiàn)30/60目標(biāo)的兩大必要條件?！庇w凌科技高級副總裁、工業(yè)功率控制事業(yè)部(IPC)大中華區(qū)負(fù)責(zé)人，英飛凌集成電路(北京)有限公司執(zhí)行董事于代輝在接受《電子工程專輯》獨家專訪時表示，作為全球功率半導(dǎo)體領(lǐng)軍企業(yè)，英飛凌非?？春眯履茉葱袠I(yè)未來的發(fā)展前景，并正積極參與其中。
英飛凌科技高級副總裁
工業(yè)功率控制事業(yè)部大中華區(qū)負(fù)責(zé)人
英飛凌集成電路(北京)有限公司執(zhí)行董事
于 代 輝
以本屆冬奧會為例，從國家風(fēng)光儲輸示范工程二期風(fēng)電變流器、國家速滑館“冰絲帶”320kW光伏電站光伏逆變器中的IGBT，到張北柔性直流電網(wǎng)±500kV張北換流站高壓直流斷路器中的4.5KV高壓碟式快速二極管、電路輸運系統(tǒng)中無數(shù)的電能質(zhì)量(APF有源濾波，SVG靜態(tài)無功發(fā)生器)設(shè)備，再到氫燃料客車所使用的SiC?MOSFET、AURIX?MCU+EiceDRIVER?IGBT驅(qū)動+1200V/900A雙IGBT模塊整體解決方案，英飛凌攜手多家國內(nèi)電力設(shè)備領(lǐng)域的佼佼者，深度參與到各類冬奧綠電建設(shè)和用電保障項目中，一起為綠色冬奧做出貢獻(xiàn)。
于代輝指出，目前風(fēng)電和光伏的發(fā)展無疑是一日千里，隨著可再生能源比例的提升，為了維持供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，穩(wěn)定高效的輸配電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的重要性也將逐漸凸顯，它們對綠色高效的追求正成為功率半導(dǎo)體發(fā)展的重要驅(qū)動因素。
但依靠功率半導(dǎo)體實現(xiàn)綠色高效目標(biāo)的行業(yè)又何止新能源一個，從傳統(tǒng)的變頻器、工業(yè)電源，到新能源汽車、充電樁、高鐵，以及日常生活中所使用的家用電器，功率半導(dǎo)體的身影無處不在。正如IPC部門對自家產(chǎn)品的描述，“雖然看不見，但是卻致力于讓大家的生活更美好；雖然摸不到，但是卻默默的建設(shè)可持續(xù)的未來”。
例如，變頻器廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)中，對于系統(tǒng)節(jié)能減排具有顯著的作用；數(shù)字化時代帶動的數(shù)據(jù)中心發(fā)展提高了對UPS(不間斷電源)的需求；電動汽車、高鐵、各種變頻家電在讓生活變得更加便捷、綠色的同時，也帶來了更多的市場機遇。
調(diào)研機構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，2021年新能源汽車單車平均半導(dǎo)體含量為600-950美元，其中PHEV和BEV車型的動力總成半導(dǎo)體含量最高，約75%來自逆變器，25%來自O(shè)BC、DC-DC、BMS、模擬及其它輔助器件。這意味著，伴隨著電動化程度的加深，新能源汽車的功率半導(dǎo)體含量和經(jīng)濟價值正在不斷增加。
當(dāng)然，不同行業(yè)對功率半導(dǎo)體的需求不盡相同——有的追求更高的功率密度，有的追求更高的頻率，有的追求更高的可靠性，還有的追求最新的技術(shù)(如碳化硅)，如何非常深刻的理解上百種不同的應(yīng)用場景？如何加快產(chǎn)品的更新迭代速度，來適應(yīng)數(shù)字化的挑戰(zhàn)？對于代輝所領(lǐng)導(dǎo)的IPC事業(yè)部來說，既是挑戰(zhàn)，也是機遇。
為世界注入無限綠色能源
英飛凌連續(xù)18年蟬聯(lián)全球功率半導(dǎo)體市場占有率第一的殊榮，是當(dāng)之無愧的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，其IPC部門在英飛凌“連接現(xiàn)實與數(shù)字世界，讓人們的生活更便利、更安全、更環(huán)?！边@一宏大愿景中扮演著非常關(guān)鍵的角色，也為本土的特高壓、高鐵城鐵、新能源充電樁、大數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用不斷添磚加瓦。
“電氣化和數(shù)字化是驅(qū)動我們業(yè)務(wù)發(fā)展的兩個長期動力?！庇诖x對記者說，如果把一個系統(tǒng)比喻成一個人的話，IPC的產(chǎn)品更像是心臟，是系統(tǒng)的電流中轉(zhuǎn)站和動力中心，通過一次次的跳動(on-off switch)，為包括電動汽車、智能家電、服務(wù)機器人在內(nèi)的各級各類系統(tǒng)注入源源不斷的動力，這也是IPC部門那句著名的slogan：“為世界注入無限綠色能源”的來歷。
?我們這里所說的“無限”，其實包含兩層意義：
第一是指綠色能源(風(fēng)電、太陽能)本身的無限性，也就是我們常說的“取之不盡，用之不竭”。但綠色能源本身雖然是無限的，但卻不能方便的直接使用，所以“無限”的第二層含義，則是說要通過相關(guān)的產(chǎn)品將綠色能源轉(zhuǎn)化為更便于使用的形式，而不僅僅局限在古老的風(fēng)車磨坊或者陽燧取火，從而充分釋放綠色能源的無限潛力。
于代輝用下圖為我們簡單描述了英飛凌功率半導(dǎo)體產(chǎn)品在提升整條能源全價值鏈效率，包括可再生能源發(fā)電、能源傳輸與配送、能源儲存與能源使用三個環(huán)節(jié)中扮演的角色——發(fā)電端，促成可再生能源到電能的轉(zhuǎn)換，并不斷提高能源轉(zhuǎn)化的效率，減少損耗；輸配電網(wǎng)絡(luò)中，處于換流閥中的功率半導(dǎo)體是實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵單元，同時也大量優(yōu)化電能質(zhì)量設(shè)備(無功補償，有源濾波等)的核心組成部分；用電端則覆蓋廣泛，包括了前文中提到的眾多應(yīng)用。
“英飛凌是唯一一家在能源效率方面，可以面向發(fā)電、輸電、配電和儲能領(lǐng)域提供完整產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案的功率半導(dǎo)體公司。”他強調(diào)道。
請注意這里所提及的“系統(tǒng)解決方案”。也許您會認(rèn)為，“將單獨的器件組合，以高度系統(tǒng)化的方式運作”，并沒有什么值得大書特書之處。但如果回顧英飛凌過去20年的轉(zhuǎn)型之路，從早期非常專注于元器件產(chǎn)品的技術(shù)供應(yīng)商(Technology Provider)，到FY09財年以后系統(tǒng)集成商(System Integrator)的定位，再到轉(zhuǎn)型成更加趨向于應(yīng)用為導(dǎo)向，為客戶提供系統(tǒng)解決方案，幫助他們在差異化競爭中取得領(lǐng)先的解決方案供應(yīng)商(Solution Provider)，就會明白這條路走的并不輕松。
2021財年(2020年10月1日至2021年9月30日)，英飛凌的總營收首次超過110億歐元，同時盈利能力也顯著提升。用英飛凌公司首席執(zhí)行官Reinhard Ploss博士的話講，就是“得益于這種轉(zhuǎn)型，我們現(xiàn)在比以往任何時候都更強大”。?
這種自上而下的，“從產(chǎn)品到系統(tǒng)”的戰(zhàn)略方針在IPC部門也得到了很好的貫徹。一方面，英飛凌在傳統(tǒng)硅IGBT產(chǎn)品上持續(xù)投入，不斷推陳出新，滿足各種新興應(yīng)用提出的新需求；另一方面，不斷加大在第三代寬禁帶功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的投入，與本土市場共同成長。
但從產(chǎn)品技術(shù)到解決方案，是一項龐大的系統(tǒng)工程，并非僅靠一己之力就能順利實現(xiàn)，需要構(gòu)建一個完善的全價值鏈生態(tài)系統(tǒng)。于代輝對此表示認(rèn)同，他指出，今后，英飛凌將會繼續(xù)深化與客戶的合作，傾聽客戶的聲音，推出更多滿足客戶需求的產(chǎn)品，助力他們成為本土市場的技術(shù)引領(lǐng)者，甚至是邁向全球市場的先行者。同時，也會繼續(xù)和功率半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)中廣大的合作伙伴們一起，構(gòu)建更完善的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，開發(fā)更創(chuàng)新的方案，為用戶提供更全面的服務(wù)。
持續(xù)發(fā)力第三代半導(dǎo)體
過去的一兩年里，晶圓供應(yīng)短缺一直是制約寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大瓶頸之一。面對不斷增長的市場需求，包括英飛凌在內(nèi)的眾多重量級玩家已經(jīng)意識到必須擴大投資，以支持供應(yīng)鏈建設(shè)。
于是，2022年2月，英飛凌宣布斥資逾20億歐元，在馬來西亞居林工廠建造第三個廠區(qū)。建成之后，新廠區(qū)將用于生產(chǎn)碳化硅和氮化鎵功率半導(dǎo)體產(chǎn)品，每年可為英飛凌創(chuàng)造20億歐元的收入。
而再向前追溯6個月，也就是2021年9月，英飛凌宣布位于奧地利菲拉赫的300毫米薄晶圓功率半導(dǎo)體芯片工廠正式啟動運營，有望為英飛凌帶來每年約20億歐元的銷售額提升。這座以“面向未來”為座右銘的芯片工廠，總投資額16億歐元，是歐洲微電子領(lǐng)域同類中最大規(guī)模的項目之一，也是現(xiàn)代化程度最高的半導(dǎo)體器件工廠之一。
兩家擁有寬禁帶半導(dǎo)體量產(chǎn)能力的工廠將極大增強供應(yīng)鏈彈性。英飛凌方面預(yù)計，到本世紀(jì)20年代中期，其碳化硅功率半導(dǎo)體的銷售額將提升至10億美元。同時，氮化鎵市場預(yù)計也將迎來激增。根據(jù)Yole發(fā)布的2021年第三季度化合物半導(dǎo)體市場監(jiān)測報告，氮化鎵市場規(guī)模將從2020年的4,700萬美元增至2025年的8.01億美元，年復(fù)合增長率高達(dá)76%。
但其實除了英飛凌之外，不斷加碼以SiC為代表的第三代半導(dǎo)體的國際國內(nèi)大廠還有很多，收購、擴產(chǎn)的新聞不絕于耳。英飛凌的核心競爭優(yōu)勢體現(xiàn)在哪里？除了擴充產(chǎn)能，英飛凌今后還有哪些計劃以確保自身在SiC市場的優(yōu)勢自然成為行業(yè)關(guān)心的熱點。
對此，于代輝回應(yīng)稱，從戰(zhàn)略層面來看，英飛凌競爭優(yōu)勢的形成主要依托于此前提到的“從產(chǎn)品到系統(tǒng)”的戰(zhàn)略方針，以及在該方針指導(dǎo)下所實現(xiàn)的技術(shù)領(lǐng)先性、全面的產(chǎn)品組合以及對應(yīng)用的深刻理解。而從產(chǎn)品角度來看，從1992年開始研發(fā)包含SiC二極管在內(nèi)的功率半導(dǎo)體，到2001年發(fā)布世界上第一款商業(yè)化SiC功率二極管，30年來，英飛凌一直走在SiC技術(shù)的最前沿，各種性能優(yōu)異的SiC功率器件層出不窮。
除了產(chǎn)品本身，英飛凌還在2018年收購了Siltectra公司，其出色的冷切割技術(shù)優(yōu)化了工藝流程，可大幅提高對SiC原材料的利用率。
根據(jù)規(guī)劃，未來幾年，英飛凌會將位于菲拉赫的開發(fā)能力中心與居林工廠高成本效益的寬禁帶功率半導(dǎo)體生產(chǎn)制造進(jìn)行有機結(jié)合，并將通過改造菲拉赫工廠現(xiàn)有的硅晶圓制造設(shè)備，進(jìn)一步強化其作為寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)全球能力中心和創(chuàng)新基地的角色。
熟悉SiC領(lǐng)域的專業(yè)人士都比較清楚，SiC最初的應(yīng)用場景主要集中在光伏儲能逆變器、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器UPS電源和智能電網(wǎng)充電站等需要轉(zhuǎn)換效率較高的領(lǐng)域。但人們很快發(fā)現(xiàn)，碳化硅的電氣(更低阻抗/更高頻率)、機械(更小尺寸)和熱性質(zhì)(更高溫度的運行)也非常適合制造很多大功率汽車電子器件，例如車載充電器、降壓轉(zhuǎn)換器和主驅(qū)逆變器。尤其是特斯拉(Tesla)在其Model 3主驅(qū)逆變器中采用了SiC器件之后，示范效應(yīng)被迅速放大，使xEV汽車市場很快成為SiC市場興奮的源泉，被認(rèn)為是重塑碳化硅和氮化鎵等新型功率半導(dǎo)體的關(guān)鍵。
但同時，他們對SiC器件往往是“又愛又恨”。一方面，SiC器件具有高壓、高頻和高效率的優(yōu)勢，在縮小體積的同時提高了效率，給市場帶來的機遇也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于挑戰(zhàn)。但另一方面，SiC在制造和應(yīng)用方面又面臨很高的技術(shù)要求，如何降低使用門檻成為業(yè)界熱議的話題。
“每一項新的技術(shù)從試用到使用，再到大規(guī)模商用，都要經(jīng)過一段很長的時間，這里面既有技術(shù)的成熟度原因，也有產(chǎn)品的成本和供應(yīng)原因。“于代輝說，技術(shù)方面，碳化硅能夠帶來更好的性能，但未必適用于所有的應(yīng)用，因此應(yīng)用范圍還不夠廣泛，市場還有待開發(fā)。
在成本和供應(yīng)方面，和傳統(tǒng)的硅器件相比，碳化硅生長緩慢，尺寸小(6英寸為主，少量8英寸有商業(yè)化，而硅則是12英寸)，因此成本居高不下。加之目前應(yīng)用領(lǐng)域有限，而且是最近一兩年才開始爆發(fā)式增長，因此產(chǎn)能的擴張明顯落后于需求的增長，規(guī)模效應(yīng)還沒有發(fā)揮出來。
理論上而言，隨著各種碳化硅項目紛紛上馬、上游供應(yīng)量提升、以及在更多領(lǐng)域得以應(yīng)用，碳化硅產(chǎn)品的使用門檻應(yīng)該將會有所降低。而且即便最終“單個SiC器件的成本還是會高于傳統(tǒng)Si器件”，由于節(jié)省了系統(tǒng)級成本，這對包括新能源汽車在內(nèi)的很多市場而言反而更具吸引力。
近年來，不少SiC廠商選擇了從晶圓制造，到封裝測試，再到最終成品的“垂直整合”模式，在與記者討論這是否是降低價格，加速產(chǎn)品上市的最好方法時，于代輝指出，半導(dǎo)體行業(yè)是一個重資產(chǎn)的行業(yè)，生產(chǎn)線投資巨大，對于新進(jìn)入者來說，巨大的投資就意味著更高的風(fēng)險，這也是為什么很多公司都是從fabless設(shè)計公司開始，通過與專注于代工生產(chǎn)的foundry合作來生產(chǎn)自己的產(chǎn)品。IDM模式未必能降低產(chǎn)品價格，但是卻可以讓廠商有更高的自主性來迭代改善產(chǎn)品，改進(jìn)生產(chǎn)工藝。因此有實力、并有志于在SiC領(lǐng)域建立長期領(lǐng)導(dǎo)力的企業(yè)，一般都會選擇垂直整合模式。
?不過，于代輝也同時提醒業(yè)界說，盡管現(xiàn)在寬禁帶半導(dǎo)體的熱度非常高，SiC儼然已經(jīng)成為功率半導(dǎo)體行業(yè)的“頂流”，但“好鋼要用在刀刃上”，并不是所有的應(yīng)用都需要碳化硅的這些特性，畢竟現(xiàn)階段SiC器件的價格比傳統(tǒng)硅器件貴很多。
“目前比較適合SiC應(yīng)用的行業(yè)有光伏發(fā)電、電動汽車和充電樁，算是邁出了從傳統(tǒng)硅器件轉(zhuǎn)向碳化硅器件的第一步，至于其它行業(yè)是否會跟進(jìn)，還要通過更長時間來檢驗，同時也有賴于碳化硅器件成本的下降速度。”于代輝堅持認(rèn)為，今后很長的一段時間之內(nèi)，IGBT和SiC將會是一個共存的狀態(tài)，會各自在最能發(fā)揮他們產(chǎn)品性能的應(yīng)用中繼續(xù)扮演關(guān)鍵的角色。
為此，英飛凌還在無錫擴建了IGBT模塊和功率半導(dǎo)體生產(chǎn)線，準(zhǔn)備將其打造成為英飛凌最大的IGBT生產(chǎn)基地之一，以更豐富的IGBT產(chǎn)品線，滿足快速增長的可再生能源、各工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能減排、新能源汽車、高鐵、變頻家電、新興行業(yè)(比如e-truck, e-marine, e-plane等)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
從人口增長與社交方式的改變，到氣候變化與資源的逐漸匱乏；從大幅加快的城市化進(jìn)程，到全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型，過去的兩年里，全球經(jīng)歷了巨大的轉(zhuǎn)變，社會和企業(yè)對半導(dǎo)體技術(shù)的態(tài)度也已經(jīng)從此前的“漸進(jìn)式采用”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白兏镄圆捎谩?。那么，如何緊握“電氣化”和“數(shù)字化”機遇，將自己鍛造成為行業(yè)真正的領(lǐng)導(dǎo)者、踐行者和創(chuàng)新者，是低碳互聯(lián)新時代給業(yè)界出的一道難題，也是一道好題，而英飛凌則給出了自己的答案。
活動快訊：
2022年6月7-8日，Aspencore將在上海國際會議中心舉辦IIC Shanghai (國際集成電路展覽會暨研討會)，屆時英飛凌將參加7日舉辦的2022 國際“碳中和”電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇，英飛凌工業(yè)功率控制事業(yè)部大中華區(qū)高級技術(shù)總監(jiān)?陳立烽將作為演講嘉賓發(fā)表演講。歡迎掃描下方二維碼參與報名，到場共同探討中國新能源發(fā)電和電網(wǎng)建設(shè)大趨勢，發(fā)現(xiàn)大商機。
掃描上方二維碼關(guān)注我們
