2021第三代半导体技术及充电产业合作论坛在深圳成功召开

日期:2021-09-28     来源:半导体产业网    
核心提示:SiC和GaN作为第三代半导体材料的先锋,以其三大特性:开关频率高、禁带宽度大、导通电阻低,使得新一代通用电源在缩小容积以及提
SiC和GaN作为第三代半导体材料的先锋,以其三大特性:开关频率高、禁带宽度大、导通电阻低,使得新一代通用电源在缩小容积以及提升充电速度方面都有了长足进步。与此同时,我国电动汽车市场发展迅速,与之配套的充电设施产业却尚处于发展的初级阶段,需不断进行产业升级和技术迭代。同时,充电桩布局仍存巨大缺口。同时,消费电子领域智能快充与Type-C市场持续爆火,高品质快充供不应求局面亟待破解。
 
9月28日,由半导体产业网、第三代半导体产业(公号)、博闻创意会展(深圳)有限公司共同主办的“2021第三代半导体技术及充电产业合作论坛”在“ELEXCON深圳国际电子展暨嵌入式系统展”同期举行。论坛特别邀请到第三代半导体及充电桩、PD快充产业链相关专家和企业代表,共同探讨第三代半导体技术及充电产业机遇与挑战。
 
深圳大学微电子研究院院长助理、材料学院研究员刘新科,南方科技大学研究员、荷兰代尔夫特理工大学访问教授叶怀宇,华盛新能源科技(深圳)有限公司市场总监万江山、山东力冠微电子装备有限公司销售总监孙军伟、英诺赛科科技有公司高级产品应用经理邹艳波,深圳市国投创新科技有限公司副总经理叶木林、深圳市贝思科尔软件技术有限公司总经理邱志国、深圳市先进连接科技有限公司副总经理胡博、南京芯干线科技有限公司数字电源应用总监周阳等嘉宾出席峰会并作论坛主题报告。并特邀南方科技大学副教授汪青,深圳大学刘新科研究员,南方科技大学叶怀宇研究员担任嘉宾主持人。
 万江山
论坛的主题报告环节,华盛新能源科技(深圳)有限公司市场总监万江山分享了“新能源汽车浪潮下的充电桩产业及创新方案”的主题报告。他介绍,充电桩是新能源汽车行业发展的基石,随着电动车的不断放量,充电桩作为配套设施必须跟上。伴随着新能源车保有量的增长,充电桩的保有量也将增长,二者相关性系数0.9976,体现出很强的相关性。不管从现实需求,还是政策支持,充电桩都迎来了光明的前景。整体来看,今年8月新能源汽车渗透率已提升至17.8%,新能源乘用车渗透率更是接近20%。中汽协预计,按照目前的态势发展,我国有望提前实现2025年新能源汽车20%市场份额的目标。我国乃至全球新能源汽车市场前景乐观,发展潜力巨大。随着新能源汽车的迅猛增长,与不断增加的新能源汽车的保有量相比,充电桩建设仍显不足,未来充电桩基础设施建设的发展必将进入加速增长期。

他表示,当下车端、桩端都实现了规模化,可利用的直流快充模式一般功率在60~120KW,而要进一步缩短充电时间,未来有两个发展方向:一、大电流直流快充;二、高电压直流快充,通过加大电流或提升电压,进一步提高充电功率,达到250~350KW。采用高电压实现大功率直流快充,从现有的400V平台到800~1000V高压平台,车端与桩端都需要进行产品部件的优化设计与重新适配。在车端,电动汽车的电池包、电驱动、PTC、空调压缩机、车载充电机等需要重新选型。目前,SiC等能够承受更高电压的器件及其他部件已不断被开发,通过技术快速迭代。
 刘新科2
深圳大学微电子研究院院长助理、材料学院研究员刘新科做了题为“基于氮化镓单晶衬底的半导体器件”的主题报告,首先介绍了氮化镓单晶衬底材料的优点,他表示,氮化镓材料具有高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐照等优越性能;切合国家 “新基建”的国家战略需求,例如5G/6G、智能电动汽车,大数据中心等,氮化镓是支持新一代移动通信、新能源汽车、高速轨道列车、能源互联网等产业自主创新发展和转型升级的重点核心材料和电子元器件。他指出,GaN-on-GaN技术路线的独特特点:1)缺陷密度极低(约103cm-2); (2)横行器件和纵向器件的双可能性; (3) 相同器件面积下,更大的输出电流和更高的器件耐压;(4) 超强的器件可靠性,无电流崩塌等。

随后,报告详细介绍了基于氮化镓单晶衬底的垂直电力电子器件(SBDs, PNDs, FETs);基于氮化镓单晶衬底的水平HEMTs器件; 2D/氮化镓单晶的(2D-on-6H)范德华异质结的半导体器件等角度,分享了最新研究成果。并指出,一种核心材料,一代关键技术,一代奋斗。展望未来,随着技术的不断进步,良率将实现80-90%,成本将大幅度下降,产业竞争也会加速,关键科学问题更加聚焦,产业一定是在中国。
 孙军伟
第三代半导体设备技术是第三代半导体技术发展的重要支撑和基础。其中,山东力冠是一家专门从事晶体生长设备、半导体工艺装备的一家专业装备生产商,其中主要产品有晶体生长设备(提拉炉、下降炉),半导体工艺设备(6"/8"氧化扩散炉、LPCVD、PECVD),第三代半导体设备(PVT设备、HVPE设备、高温氧化炉、LPCVD)会上山东力冠微电子装备有限公司销售总监孙军伟做了题为“第三代半导体晶体生长及相关装备进展”的主题报告,并介绍了各种设备新的进展状况。其中,6寸碳化硅单晶生长难点(感应加热方式):原料区和生长区的温度需要独立控制;腔室真空度及泄漏率难以降低背景氮杂质浓度,导致掺杂不可控;高温下,保温损耗和变形,导致温场稳定性、一致性差。山东力冠的解决方案是双线圈分区控制,优化密封技术,减少氮杂质,独特的坩埚旋转,降低对坩埚温场的影响。最后,她还表示山东力冠一直致力于装备国产化,以前很多厂商不太信任国产装备,但是随着我们装备工艺的不断进步,设备的性能指标已经得到企业很好验证,已经应用到众多知名厂商产线,并得到了许多国际贸易订单。
 邹艳波2
随着市场对快充适配器功率密度的不断追求,适配器的开关频率逐渐提升,以缩小内部元件体积,传统的Si MOS器件,开关损耗和驱动损耗已经明显拉低了适配器的转换效率,器件限制不能继续提高工作频率,限制了磁性元件的缩小,不能进一步提升适配器的功率密度。英诺赛科科技有公司高级产品应用经理邹艳波分享了All-GaN系列方案在快充领域的应用。他表示,大功率快充期望功率密度进一步提高,InnoGaN 30W~120W 功率段终端产品上市,更多中大功率的设备将使用GaN PD快充。同时,报告还详细介绍了65W、120W、240WAll-GaN 创新解决方案,其中,65W2C1A,开关频率:400KHZ功率密度:25W/in3;120W 单C,开关频率:400KHZ,功率密度:38W/in3;240W 48V/5A,开关频率:500KHZ,功率密度:41W/in3。他表示,英诺赛科是全球首条8英寸硅基氮化镓IDM量产线,全球专利700+,产品主要为30V-650V GaN FET,目前在珠海和深圳拥有研发生产基地,深圳拥有市场和应用基地,2021年底产能可达1万片晶圆/月。未来,氮化镓的应用将在消费类电子、工业和汽车领域的创新应用值得期待。
 于怀宇1
作为第三代半导体材料,碳化硅(SiC)与硅(Si)相比,介电击穿强度更大、饱和电子漂移速度更快且热导率更高。因此,当用于半导体器件中时,碳化硅器件拥有高耐压、高速开关、低导通电阻、高效率等特性,有助于降低能耗和缩小系统尺寸。碳化硅可以广泛应用于电动汽车、逆变器、轨道交通、太阳能、风力发电、消费类电源等领域。南方科技大学研究员、荷兰代尔夫特理工大学访问教授叶怀宇做了题为“碳化硅快充/逆变器的先进微纳金属烧结封装技术”的主题报告,并分享了研制的一种性能优良的纳米铜基浆料,设计并制造了两代低电感碳化硅功率模块(3nH和2.5nH),设计并制造了一种1 kA/10 kV半桥高压大电流压接式IGBT功率模块等最新研究进展。
 叶木林
在新基建政策的加持下,拥有巨大潜力的充电桩市场受到了关注,充电设施的大规模建设带来了技术进步和产业升级,一批新技术、新模式开始加快落地和应用。深圳市国投创新科技有限公司副总经理叶木林带来了题为“充电桩的发展及运营趋势”的主题报告。他表示,我国新能源汽车产业经过了10多年的发展,消费者对电动车的认可度不断提高。并且,新能源汽车产业由之前完全靠政策推动,转向了由政策和市场双驱动。在保有量方面,截止2020年底,全国共有新能源汽车保有量492万辆,同比增长29.13%。新能源汽车需求量及保有量地进一步增长,对于电动汽车充电桩的需求量也在不断扩张。充电桩发展趋势将朝着大功率超级充电,能源路由器和换电发展方向迈进。未来充电桩不仅仅是一个充电接口,也将具备与自动驾驶、自动充电、自动停车相配套的智能属性,成为智慧城市、汽车网络的重要节点。
 邱志国
半导体器件仿真技术能有效突破器件实验表象,可视化器件内部最根本的物理机制,加深对半导体器件物理的理解,助力于半导体器件架构的优化和制。深圳市贝思科尔软件技术有限公司总经理邱志国分享了第三代半导体器件的热测试与仿真解决方案。报告主要介绍了基于Simcenter T3Ster/PWT的热可靠性测试解决方案,基于Simcenter FloTHERM/FloEFD的热仿真解决方案和贝思科尔(BasiCAE)助力第三代功率半导体行业数字化创新进程。
 胡博
国产电动汽车正在迅速发展,核心技术竞争激烈,电控模组制造是关键技术之一。低温烧结纳米银膏及散热封装互连工艺是电控模组制造的关键材料技术。会上,深圳市先进连接科技有限公司副总经理胡博带来了题为“基于SiC器件的低温银烧结方案”的主题报告,具体分享了纳米银膏技术发展(有压烧结、无压烧结、双峰纳米银颗粒、银颗粒与银片)、热压烧结应用场景、热压烧结材料性能、热压烧结材料可靠性研究、无压烧结材料应用场景、无压烧结材料性能、无压烧结材料可靠性研究、热压烧结设备等内容。
 周阳
氮化镓广泛应用于LED照明,并在无线应用中发挥越来越重要的作用。随着工艺的进步和缺陷率的不断降低,氮化镓在交直流电力转换、改变电压电平,并且以一定数量的函数确保可靠电力供应的电子电源中的优势越来越明显。基于氮化镓的开关功率晶体管可实现全新电源应用,与之前使用的硅材料晶体管相比,在高压下运转时,性能更高,损耗更低。南京芯干线科技有限公司数字电源应用总监周阳做了题为“氮化镓功率器件及在数字电源中的应用”的主题报告。报告中介绍,从大类来看,氮化镓的应用可以分为消费类,工业类及汽车类。就消费类而言,目前氮化镓超过一大半的应用都在快充适配器领域。这是因为快充适配器要求便携性,氮化镓正好解决了这个痛点。就工业类而言,氮化镓将在两千瓦以下的应用中,广泛取代传统的650V硅MOS管。这其中比较让人垂涎的是服务器电源。因为服务器电源有海量的市场而且又有效率、散热和体积方面的痛点。类似目前的快充领域,伴随大数据时代的到来,未来氮化镓将逐步替代硅MOS管,在服务器电源领域占据较大的市场份额。

为了更好的比较和说明氮化镓在PD适配器行业的应用,我们比较了近5年来有代表性的65W超小型适配器。拓扑结构有普通反激,准谐振反激,有源钳位反激,甚至三电平LLC。主开关管也涵盖了超结硅MOS管,氮化镓甚至碳化硅MOS管。功率密度从11到接近20瓦每立方英寸。价格分布也从20多美元一直到100美元以上。我们看到虽然氮化镓功率器件的价格仍然高于硅超结MOS管,但从PD适配器的价格/成本而言,并非比硅更贵。相反,做的特别小巧的硅基PD适配器成本最高,价格也最为昂贵。报告还介绍了芯干线的65瓦适配器方案使用的是QR方案,130W 、180W 、200W GaN适配器解决方案(PFC+LLC)及1KW数字控制双向储能电源模块。
 
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