尚阳通:新应用爆发,如何持续突围功率半导体细分赛道

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尚阳通:新应用爆发,如何持续突围功率半导体细分赛道
浏览:129 发布日期:2020-07-10

功率半导体是电子电力装置电能转换与电路控制的核心器件。根据Yole数据,中国已经成为全球最大的功率半导体消费市场。预计至2021年,全球功率器件市场规模将增长至441亿美元,年化增速为4.1%。但无论国内市场还是国际市场,这一领域厂商的竞争十分激烈。而占功率半导体器件最大份额的IGBT和MOSFET产品方面,目前仍是欧美厂商占主导地位。但近年来在高压超级结MOSFET赛道,中国企业已经有抢占新赛道的机遇。

成立于2014年的尚阳通聚焦于功率器件,如今已经在国内这一赛道崭露头角。2019年,尚阳通的超级结MOSFET在国内市场,尤其是汽车充电桩电源和通讯电源市场名声大振。这些市场的主流设计以往都被英飞凌、东芝等公司的器件占据,但现在越来越多的电源工程师把尚阳通的功率器件作为首选设计。

在今年的慕尼黑上海电子展期间,深圳尚阳通科技带来了其硅基产品系列,包括中低压的SGT MOSFET/高压的超级结MOSFET以及IGBT和其模块。尚阳通首席科学家曾大杰告诉集微网,公司从2015年开始从事研发工作,产品系列是逐渐完善的过程。“公司成立之初产品是主要卖到LED和矿机,后面随着产品种类和系列的不断完善,现在在充电桩电源、通信服务器电源、LED电源、电视机电源以及快充和家电方面都有大量的出货。”

“啃硬骨头”突围功率半导体市场

尚阳通是国内为数不多的专注于功率半导体IC设计的公司。功率器件领域长期以来都被国际大厂牢牢占据大部分市场,同时加上客户对功率器件的极其谨慎,中国本土企业进入该市场要比其他IC类别的门槛和难度都更高。如果技术和产品不能落地,公司谈不上生存和发展。

正是出于这一现状,尚阳通一开始就就基于自己的平台,在产品的创新和定义上作了策略布局,配合应用市场和营销方式,抓住机遇,先切入了LED电源,再进入电视机电源、充电桩电源和矿机和服务器电源市场。尚阳通创建了自主IC品牌SNOWMOS™,产品方向是MOSFET、IGBT、SIC和GaN,其创新和开发能力已经获得市场认同。

值得一提的是,超级结MOSFET及IGBT产品因其设计技术难度高,此前一直都是国内产品短板,工艺制造复杂,存在较高的技术壁垒,特别是IGBT一直被称作为电力电子领域的“CPU”。尚阳通敢“啃硬骨头”,通过技术创新,使核心技术不断提升,争取更多核心元器件国产化,助力国内电力电子产业链的升级和发展。目前尚阳通的SNOWMOS™产品广泛用于新能源汽车充电桩、OBC通讯和服务器、LED TV电视机等。

对于未来尚阳通在超级结MOSFET方面的发展方向上,曾大杰指出,目前超级结MOSFET有两种不同的技术路线,多次外延和深槽刻蚀。前者以英飞凌为代表,后者以东芝为代表。不过在尚阳通看来,未来采用深槽刻蚀的方案会越来越多。曾大杰表示,尚阳通在超级结MOSFET上主要的发展方向是,首先是平台化设计。同时也会根据不同的应用,推出不同的产品系列。“我们现在已经退出了第三代超级结MOSFET,未来会推出第四代和第五代,它的Rsp更低,相同导通电阻情况下,成本更好。”此外,在中低压MOSFET产品方面,目前主要有Trench MOSFET和SGT MOSFET两种不同的技术路线,SGT MOSFET其比导通电阻更低,开关速度更快。目前尚阳通已经推出了第二代SGT MOSFET,这一代的性能达到了国际主流水平。

“硅器件和第三代半导体材料未来是竞争关系”

尚阳通在第三代半导体材料GaN和SiC上也已经开始布局。曾大杰介绍,尚阳通目前已经推出了SiC的SBD,后续也会推出相应的MOSFET,同时GaN器件也在研发中。“这些新型的功率器件跟硅器件相比,都有一些固有的缺点,如可靠性和抗雪崩耐量的能力等。”曾大杰指出,而硅器件的成熟性和大规模量产的能力,已经得到了广泛的验证。

“总之,名人官方登录硅器件和第三代半导体未来是竞争关系,这对客户来说是一个好事情,能够有更多的选择空间和余地,挑选出更符合需求的产品。对于原厂来说也是一件好事情,能够督促我们不断进步,推出更符合客户需求的产品。”曾大杰表示。

比如,最近最热门的话题之一快充,超级结硅技术的快充在能量密度上已经接近GaN。曾大杰介绍,目前硅器件与GaN器件相比,其优势主要是:硅器件更加成熟,其长期可靠性得到了充分的验证,同时硅器件的鲁棒性,其抗雪崩耐量的能力也是好于硅器件;硅器件的价格目前也更便宜;目前可以生产的硅器件公司很多,其大规模生产的能力得到了充分验证。而相比之下,GaN器件的产能瓶颈也是一个大问题。因而,在他看来,在未来相当长一段时间硅器件依然是市场的主流。

此外,曾大杰指出,小体积的快充是目前的一大趋势,而降低快充的体积,主要是要提高功率器件的开关速度。据悉,尚阳通的F系列器件,其开关速度已经做了优化,未来还会在F系列的基础上,推出更快速度的器件,其开关品质因子Rsp*Qg会在F系列上进一步降低30%,以更好地服务快充客户的需求。

国产替代、新基建、下游应用爆发 ,功率半导体继续点燃

进入2020年以来,国产功率器件市场进一步被点燃。

随着中美贸易争端的持续,国产替代浪潮兴起,国内服务器、新能源汽车、智能家电客户随着产品稳定性的提高,已经有能力替代国外品牌,也更倾向使用国产功率器件来稳固供应链资源,提升产品性能。同时,中国政府大力推动“新基建”建设,也带动功率器件市场爆发。具体来看,“新基建”主要为5G基建、特高压、城际高速铁路和城际轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能和工业互联网七大领域,对于功率器件的需求也呈现爆发之势。此外,在车用功率器件领域也有新进展。比如此前特斯拉中国工厂落地并量产,特斯拉首次将碳化硅功率器件用于电动车,也都将带动国内功率器件厂商的跟进。

最近,新能源汽车充电桩的加速发展频频被各地政府提及。据曾大杰介绍,目前充电桩通常包括两级,即前级的PFC以及后级的DC-DC。他透露,尚阳通的超级结MOSFET在这两级都有应用,并都实现了海量发货。据悉,目前尚阳通的600V导通电阻在22豪欧到40豪欧的器件主要是服务15~30KW的充电桩模块。同时,尚阳通也在准备更低导通电阻的器件,以满足更高输出功率模块如40~50KW的需求。而在大功率充电桩模块方面,曾大杰认为,目前在前级PFC端,在效率要求不高的场合,IGBT可以替代超级结MOSFET,但是在DC-DC端,IGBT的速度还是相对较慢,替代的难度比较大。

总结:随着工业、汽车、无线通讯和消费电子等领域新应用的不断涌现以及节能减排需求日益迫切,我国功率半导体有庞大的市场需求,容易催生新产业新技术,在国家政策利好下,功率半导体将成为“中国芯”的最好突破口。(校对/团团)