功率半導體(ti) 作為(wei) 電子裝置電能轉換與(yu) 電路控製的核心元器件，在汽車和工業(ye) 領域發展潛力巨大，其需求量也跟著水漲船高。

以汽車行業(ye) 為(wei) 例，根據Strategy Analytics數據,相較傳(chuan) 統燃油車，純電動車中的功率半導體(ti) 使用量占比高達55%。除使用量大幅增加外，新能源汽車的單車功率半導體(ti) 價(jia) 值量也在上升，來自英飛淩的一組數據顯示，新能源汽車的單車功率半導體(ti) 價(jia) 值量是傳(chuan) 統燃油車的五倍。勢不可擋的電動化趨勢，量價(jia) 齊升的需求空間，使得功率半導體(ti) 的重要性愈發凸顯。

此前，在無錫市舉(ju) 辦的“2023中國汽車半導體(ti) 新生態論壇”上，中國工程院院士丁榮軍(jun) 出席大會(hui) 並發表了《功率半導體(ti) 技術的發展及應用》主題演講，從(cong) 功率半導體(ti) 的發展曆程、功率器件的技術特點和應用，以及功率半導體(ti) 未來發展的技術趨勢三大方麵進行闡述。

功率器件的發展，推動了工業(ye) 領域的產(chan) 業(ye) 變革

丁榮軍(jun) 院士認為(wei) ，功率半導體(ti) 是“電力、電氣”的CPU，但凡通過能量傳(chuan) 輸，就會(hui) 用到功率半導體(ti) 。從(cong) 1947 年美國貝爾實驗室發明的世界上第 1 隻鍺基雙極型晶體(ti) 管開始，微電子工業(ye) 時代就此展開。

在丁榮軍(jun) 院士看來，全球高鐵的發展史，亦是一部功率半導體(ti) 技術創新與(yu) 產(chan) 業(ye) 進步史。從(cong) 整流二極管到晶閘管，催生了電力電子技術；晶閘管的出現推動了整流機車向相控機車技術的進步；從(cong) 晶閘管到GTO，實現了從(cong) 直流傳(chuan) 動到交流傳(chuan) 動的技術升級；從(cong) GTO到IGBT，實現了數字驅動與(yu) 控製，推動了軌道交通高速、重載技術發展。

“我們(men) 國家最早的老式機車實際上用的就是晶閘管，後麵演進到二極管，再到如今的IGBT。今天我們(men) 看到的高速列車，無論是‘和諧號’還是‘複興(xing) 後’，都是由功率器件的發展演進所誕生的。”丁榮軍(jun) 院士表示。

回顧功率器件的發展曆程，丁榮軍(jun) 院士認為(wei) ：“從(cong) 發現鍺材料到現在，功率器件的發展時間還不到一個(ge) 世紀。但隨著應用需求的拉動，功率半導體(ti) 得到了迅猛發展，使得電子技術取得革命性的突破，進而推動了整個(ge) 工業(ye) 領域的產(chan) 業(ye) 變革。”

“但與(yu) 數字芯片不同，數字芯片追求的是製程的先進性，往往是新產(chan) 品替代舊產(chan) 品。而功率半導體(ti) 中無論是二極管還是IGBT，每種器件都有其不同的特點和應用場合，因此很難說新器件的出現能夠完全替代其他器件，每種功率器件都有其用武之地。”丁榮軍(jun) 院士表示。

IGBT是功率半導體(ti) 器件第三次技術革命的代表性產(chan) 品

在丁榮軍(jun) 院士看來，IGBT是功率半導體(ti) 器件第三次技術革命的代表性產(chan) 品。IGBT的特點是電壓驅動，輸入阻抗高，驅動電流小，開關(guan) 頻率較快，耐壓高，應用範圍 600V~6500V，可以廣泛應用在軌道交通、智能電網、新能源、航空航天、船舶驅動、交流變頻、風力發電、電機傳(chuan) 動、汽車等產(chan) 業(ye) 領域。

從(cong) 需求端看，新能源汽車主要采用750V-1200V IGBT，年需求量超100萬(wan) 隻，呈爆發式增長；軌道交通是高壓IGBT最大需求領域，年需求量在30萬(wan) 隻左右；新能源領域風電變流器和光伏逆變器主要采用1200V-1700V IGBT M和H模塊，年需求量約50萬(wan) 隻；電網應用以3300V焊接和4500V壓接式IGBT為(wei) 主，年需求量約幾萬(wan) 隻。

對比國內(nei) 外功率半導體(ti) 發展現狀，丁榮軍(jun) 院士認為(wei) ，“我國在晶閘管和IGCT方麵已經實現從(cong) 跟跑、並跑到領跑的技術突破；IGBT方麵已形成芯片設計、晶圓製造、封裝測試完整技術體(ti) 係，進入國際先進行列；第三代半導體(ti) 材料方麵，SiC和GaN技術進步快，但與(yu) 國際先進水平相比還有差距，主要受製於(yu) 成本原因。目前SiC器件的價(jia) 格仍然是矽器件的4倍左右，僅(jin) 在一些對體(ti) 積和效率要求比較高的場景滲透較快，所以SiC器件亟需降低成本以加速打入更多應用場景。”

新材料和新拓撲是功率器件未來技術突破的關(guan) 鍵路徑

功率器件技術的發展是由“提高性能”和“降低成本”的內(nei) 在需求推動的，因此對於(yu) 功率半導體(ti) 未來技術的發展趨勢，丁榮軍(jun) 院士認為(wei) ，隨著Si基材料逐漸逼近其物理極限，摩爾定律接近效能極限，新的材料和新的拓撲將是功率半導體(ti) 器件未來技術突破的關(guan) 鍵路徑，未來可以從(cong) “新材料、新結構、新封裝、智能化”四個(ge) 方向著手實現功率器件的技術演進。

來源：和訊網