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尚陽通:新應用爆發,如何持續突圍功率半導體細分賽道

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功率半導體是電子電力裝置電能轉換與電路控制的核心器件。


作者|集微網    校對|團團

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集微網消息,功率半導體是電子電力裝置電能轉換與電路控制的核心器件。根據Yole數據,中國已經成為全球最大的功率半導體消費市場。預計至2021年,全球功率器件市場規模將增長至441億美元,年化增速為4.1%。但無論國內市場還是國際市場,這一領域廠商的競爭十分激烈。而占功率半導體器件最大份額的IGBT和MOSFET產品方面,目前仍是歐美廠商占主導地位。但近年來在高壓超級結MOSFET賽道,中國企業已經有搶占新賽道的機遇。


成立于2014年的尚陽通聚焦于功率器件,如今已經在國內這一賽道嶄露頭角。2019年,尚陽通的超級結MOSFET在國內市場,尤其是汽車充電樁電源和通訊電源市場名聲大振。這些市場的主流設計以往都被英飛凌、東芝等公司的器件占據,但現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計。

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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品系列,包括中低壓的SGT MOSFET/高壓的超級結MOSFET以及IGBT和其模塊。尚陽通首席科學家曾大杰告訴集微網,公司從2015年開始從事研發工作,產品系列是逐漸完善的過程?!肮境闪⒅醍a品是主要賣到LED和礦機,后面隨著產品種類和系列的不斷完善,現在在充電樁電源、通信服務器電源、LED電源、電視機電源以及快充和家電方面都有大量的出貨?!?/span>

“啃硬骨頭”突圍功率半導體市場

尚陽通是國內為數不多的專注于功率半導體IC設計的公司。功率器件領域長期以來都被國際大廠牢牢占據大部分市場,同時加上客戶對功率器件的極其謹慎,中國本土企業進入該市場要比其他IC類別的門檻和難度都更高。如果技術和產品不能落地,公司談不上生存和發展。

正是出于這一現狀,尚陽通一開始就就基于自己的平臺,在產品的創新和定義上作了策略布局,配合應用市場和營銷方式,抓住機遇,先切入了LED電源,再進入電視機電源、充電樁電源和礦機和服務器電源市場。尚陽通創建了自主IC品牌SNOWMOS?,產品方向是MOSFET、IGBT、SIC和GaN,其創新和開發能力已經獲得市場認同。

值得一提的是,超級結MOSFET及IGBT產品因其設計技術難度高,此前一直都是國內產品短板,工藝制造復雜,存在較高的技術壁壘,特別是IGBT一直被稱作為電力電子領域的“CPU”。尚陽通敢“啃硬骨頭”,通過技術創新,使核心技術不斷提升,爭取更多核心元器件國產化,助力國內電力電子產業鏈的升級和發展。目前尚陽通的SNOWMOS?產品廣泛用于新能源汽車充電樁、OBC通訊和服務器、LED TV電視機等。

對于未來尚陽通在超級結MOSFET方面的發展方向上,曾大杰指出,目前超級結MOSFET有兩種不同的技術路線,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MOSFET上主要的發展方向是,首先是平臺化設計。同時也會根據不同的應用,推出不同的產品系列?!拔覀儸F在已經退出了第三代超級結MOSFET,未來會推出第四代和第五代,它的Rsp更低,相同導通電阻情況下,成本更好?!贝送?,在中低壓MOSFET產品方面,目前主要有Trench MOSFET和SGT MOSFET兩種不同的技術路線,SGT MOSFET其比導通電阻更低,開關速度更快。目前尚陽通已經推出了第二代SGT MOSFET,這一代的性能達到了國際主流水平。

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“硅器件和第三代半導體材料未來是競爭關系”

尚陽通在第三代半導體材料GaN和SiC上也已經開始布局。曾大杰介紹,尚陽通目前已經推出了SiC的SBD,后續也會推出相應的MOSFET,同時GaN器件也在研發中?!斑@些新型的功率器件跟硅器件相比,都有一些固有的缺點,如可靠性和抗雪崩耐量的能力等?!痹蠼苤赋?,而硅器件的成熟性和大規模量產的能力,已經得到了廣泛的驗證。

“總之,硅器件和第三代半導體未來是競爭關系,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品。對于原廠來說也是一件好事情,能夠督促我們不斷進步,推出更符合客戶需求的產品?!痹蠼鼙硎?。

比如,最近最熱門的話題之一快充,超級結硅技術的快充在能量密度上已經接近GaN。曾大杰介紹,目前硅器件與GaN器件相比,其優勢主要是:硅器件更加成熟,其長期可靠性得到了充分的驗證,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;目前可以生產的硅器件公司很多,其大規模生產的能力得到了充分驗證。而相比之下,GaN器件的產能瓶頸也是一個大問題。因而,在他看來,在未來相當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速度。據悉,尚陽通的F系列器件,其開關速度已經做了優化,未來還會在F系列的基礎上,推出更快速度的器件,其開關品質因子Rsp*Qg會在F系列上進一步降低30%,以更好地服務快充客戶的需求。

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國產替代、新基建、下游應用爆發 ,功率半導體繼續點燃

進入2020年以來,國產功率器件市場進一步被點燃。

隨著中美貿易爭端的持續,國產替代浪潮興起,國內服務器、新能源汽車、智能家電客戶隨著產品穩定性的提高,已經有能力替代國外品牌,也更傾向使用國產功率器件來穩固供應鏈資源,提升產品性能。同時,中國政府大力推動“新基建”建設,也帶動功率器件市場爆發。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、大數據中心、人工智能和工業互聯網七大領域,對于功率器件的需求也呈現爆發之勢。此外,在車用功率器件領域也有新進展。比如此前特斯拉中國工廠落地并量產,特斯拉首次將碳化硅功率器件用于電動車,也都將帶動國內功率器件廠商的跟進。

最近,新能源汽車充電樁的加速發展頻頻被各地政府提及。據曾大杰介紹,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MOSFET在這兩級都有應用,并都實現了海量發貨。據悉,目前尚陽通的600V導通電阻在22豪歐到40豪歐的器件主要是服務15~30KW的充電樁模塊。同時,尚陽通也在準備更低導通電阻的器件,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:隨著工業、汽車、無線通訊和消費電子等領域新應用的不斷涌現以及節能減排需求日益迫切,我國功率半導體有龐大的市場需求,容易催生新產業新技術,在國家政策利好下,功率半導體將成為“中國芯”的最好突破口。


深圳尚陽通科技是一家專注功率器件的半導體設計公司,是深圳市高新技術企業,國家高新技術企業,中國半導體協會成員之一。
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