憑借高效領先的功率半導體技術，英飛凌不但在節能減排方面一直走在全球科技公司的前列，還在積極提出了自己的“2030年碳中和承諾”——即相較于2019年，通過減少和替代的方式，在2025年實現二氧化碳排放量減少70%的目標；到2030年，將主要通過避免排放來實現碳中和。
自信的承諾與英飛凌“低碳化和數字化”戰略之間存在著高度契合。作為“連接現實世界與數字世界”的領導者與踐行者，英飛凌將“未來出行”、“物聯網”和“能源效率”視作未來三大主攻方向之一，認為這會給包括功率器件在內的半導體產業提供更多的市場機會。
IoT Analytics的最新報告印證了上述判斷。以物聯網市場而言，數據顯示，物聯網半導體市場規模將有望從2020年的330億美元增長到2025年的800億美元，復合年增長率高達19%。其中，物聯網微控制器（MCU）、物聯網連接芯片組、物聯網AI芯片組和物聯網安全芯片組和模塊，將成為增長最為迅猛的四大領域。
有意思的是，這與英飛凌所定義的物聯網設備五大硬件元素：“感知、計算、執行、連接和安全”間，形成了巨大的默契。在英飛凌看來，“感知”是物聯網的起點；“計算”等同于物聯網設備的“大腦”；“執行”是智能化數字世界的賦能者；“連接”扮演著物聯網世界彼此溝通的紐帶角色；而“安全”則給予“物”可信賴的身份。
釋放功率半導體的魅力
之所以要特別聚焦功率半導體，是因為它是電能/功率處理的核心器件，主要用于電力電子設備的電能變換和控制。典型的功能是在接收到微控制器的計算結果和指令后，進行變頻、變壓、變流、功率放大和功率管理，對設備正常運行起到關鍵作用，物聯網“執行”這一關鍵過程就高度依賴功率半導體。
作為同時擁有涵蓋硅器件和碳化硅、氮化鎵兩種第三代半導體器件的全產品組合的企業，英飛凌連續18年占據全球功率半導體市場占有率第一的寶座，通過MOSFET（Si/SiC）、IGBT、HEMT（GaN）、智能功率開關、照明驅動芯片、電機控制芯片、電源管理芯片、智能功率模塊（IPM）組成的功率產品矩陣，提供涵蓋瓦至兆瓦功率范圍的高能效解決方案。
截止到2020年的統計數據顯示，英飛凌是分立式IGBT和IGBT模塊的“雙料冠軍”，且大幅領先于競爭者。此外，英飛凌還是2020年智能功率模塊市場的第三名。
（圖片來源于英飛凌于Q2 FY2022發布的Investor Presentation）
·電機控制
電機控制系統是功率半導體器件在物聯網領域中最典型的應用場景之一。在傳統的電機控制中，當主控MCU發出控制信號后，需要通過門極驅動器驅動MOSFET、IGBT或SiC，如果采用更集成的方案，就會形成智能功率模塊方案。
目前，電機控制系統能效管理正呈現三大發展趨勢：一是高效化，即從感應電機向BLDC/PMSM電機轉變，電機本體能效提升，功率器件開關高頻化，功率器件發熱量低，溫升小；二是小型化，主要體現在PCBA、散熱器減小，功率器件封裝減小；三是智能化，通過雙核，可以實現AI智能分析，提升系統效率功能，并實現遠程控制。
隨著“雙碳”、“減排”理念越來越受到重視，傳統耗電大戶的電機控制系統正朝著高效化、高頻化、小型化、智能化方向發展，受可靠性、可維護性、用戶體驗影響，未來BLDC/PMSM無刷電機將持續替換有刷電機，市占率將進一步提升。
·機器人
以工業機器人、服務機器人為代表的機器人行業，是一個擁有巨大潛力的市場，涉及功率管理、電機控制、安全性、通信、環境感知、定位和狀態感知等多項技術。在這里，包括650V/1200V TRENCHSTOP IGBT7單管器件、Easy IGBT功率模塊、600V CoolMOS P7 SJ MOSFET， SiC MOSFET系列在內的功率器件，正默默為縮小控制箱尺寸，提供更高功率密度做出努力。
·智能家居
當前，真空吸塵器、掃地機器人、吹風機、榨汁機/攪拌機、電磁爐、吊扇、凈水器、空氣凈化器、除濕器為主的小家電市場增長迅猛，它們普遍希望以同等體積實現更高功率，或以更小體積實現同等功率。而以CIPOS智能功率模塊、iMOTION系列、TRENCHSTOP IGBT系列為代表的英飛凌功率器件組合，可以確保將功率器件的損耗降至最低，同時集成監測和控制，簡化設計導入，使成本保持在可以接受的水平，有效推動了市場對更高效率驅動系統的需求。
同樣的趨勢也體現在用于私人住宅的家用空調設備上，它們也同樣強調智能化、小體積、強功能、更節能，高效節能的CIPOS? Mini智能功率模塊就十分合適。它不但具有最高功率密度，還集成了多種功率和控制元件來提高可靠性，并優化PCB尺寸和降低系統成本，適用于空調、洗衣機、冰箱、真空吸塵器、壓縮機等多種應用場合中的控制變頻器。
此外，為了加快冰箱、洗衣機等較大型家用電器的壓縮機設計，英飛凌最新還推出了逆導型IGBT的壓縮機評估板或采用CoolMOS? MOSFET的壓縮機評估板，兩者都使用了集成電機控制器和柵極驅動器的iMOTION?驅動器。
·智能樓宇
經濟增長和氣溫升高是全球電力消費增加的主要原因。在這種背景下，面對功率范圍從3千瓦到75千瓦的商用暖通空調系統（HVAC），制定更高的冷卻效率標準將有助于減少排放和降低成本。于是，面向商業智能樓宇中的HVAC系統，英飛凌的Econo模塊和Easy模塊系列為控制壓縮機電機提供了最適合的解決方案組合，尤其是帶有全新Easy 3B封裝的IGBT7技術；對于較小容量的壓縮機或風扇控制，智能功率模塊和Easy模塊則更加合適。
新一代IGBT器件IGBT7是英飛凌專為變頻驅動而設計的，尤其適用于通常以中等開關頻率工作的電機驅動應用。微溝槽（MPT）技術是IGBT7能夠顯著降低正向電壓，增加漂移區導電率的關鍵，在其加持下，與前幾代芯片技術相比，IGBT7的損耗得到了顯著降低。
不斷升級換代的IGBT模塊
乘風破浪的第三代功率半導體
作為新材料的SiC和GaN，與傳統硅材料相比，有哪些特性？如下圖所示，從物理特性來看，SiC與硅材料的電子遷移率相差不大，但其禁帶寬度、臨界場強、熱導率和電子遷移速度分別是硅材料的3倍、7倍、3倍和2倍。這意味著基于碳化硅和氮化鎵材料的功率半導體具有高耐壓、低導通電阻、寄生參數小等優異特性，當應用于開關電源領域中時，具有損耗小、工作頻率高、散熱性等優點，可以大大提升開關電源的效率、功率密度和可靠性，也更容易滿足器件輕薄短小的要求。
Si、SiC和GaN關鍵參數對比
以英飛凌600V/650V CoolSiC、CoolMOS與CoolGaN的應用定位為例，硅在電壓范圍為25V-6.5kV仍是主流技術，適用于從低到高功率的應用；碳化硅適用的電壓范圍是650V-3.3kV，適用于開關頻率從中到高的大功率應用；而氮化鎵適用的電壓范圍是80V-650V，適用于開關頻率最高的中等功率應用。因此，在600V和650V電壓等級，CoolMOS、CoolSiC和CoolGaN是可以實現共存的。
Si、SiC和GaN在600V和650V電壓等級的價值主張
那么在實際應用中，面對Si、GaN和SiC三種器件共存的情況，IC廠商及產品設計師又該如何進行選擇？從總的應用趨勢看，傳統的硅材料開發時間最久，技術成熟度最高，產品范圍最廣也最完善，性價比最高，未來依然會是各個功率轉換領域的主要器件；氮化鎵器件由于其在快速開關性能方面的優勢，會在追求高效和高功率密度的行業有較快增長，但相比之下價格缺乏優勢；碳化硅耐高溫，溫度系數變化比較小，如果要考慮“易用性”和堅固性、耐用度，碳化硅會是不錯的選擇。
截至目前，英飛凌已發布200款CoolSiC?產品，其中有超過130個型號針對客戶的創新需求進行了開發，在全球范圍內更是擁有超過3,000家的活躍客戶。公司為SiC業務制定的目標是到本世紀20年代中期，SiC產品的銷售額達到10億美元水平。
用于伺服驅動器的1200V CoolSiC? MOSFET就很具代表性。它的開關損耗要比相應的IGBT選件低80%，且不受溫度影響。除了提高整體效率和減少損耗外，碳化硅技術還能提供更高的開關頻率，這可以在更加變化多端的控制環境中，給外部和集成的伺服驅動器帶來直接優勢。
而氮化鎵器件不僅可降低耗電和總系統成本，還能提高工作頻率、功率密度以及系統整體效率，正日益受到充電器市場和廠商的重視。這一點，也可以從市場上不斷涌現的氮化鎵充電器新品得以印證。
自2018年起，英飛凌的氮化鎵開關管的產品就已實現量產，在通訊和服務器領域持續、穩定地為客戶提供電源支持。考慮到大功率、高功率密度、通用性、以及合適的成本是未來充電器市場的主要發展方向，英飛凌推出了包括CoolGaN? IPS系列、控制器、協議、高壓硅MOS、低壓硅MOS在內的一站式USB-C充電器解決方案，涵蓋功率級、原邊、副邊驅動，支持客戶打造高性能、高可靠性且高成本效益的充電器產品。
英飛凌CoolGaN? IPS 產品
最新的產品則是采用CoolGaN? GIT HEMT 600V和一個新型PFC和Hybrid反激式組合IC的100W USB-PD演示器，具有行業基準的功率密度，可在整個輸入和輸出電壓范圍內實現最高的效率水平，同時采用小尺寸設計。
結語
“日新月異，行而不輟”。
從碳達峰到碳中和，無疑是需要付出艱苦努力的。對于半導體行業從業者們來說，則意味著一系列與新能源、電子轉換、節電相關的技術產品需求會在未來幾年內迅速升溫。我們有理由相信，面對浩瀚如海洋星辰的物聯網產業，通過持續的材料、技術與應用創新，英飛凌將為產業帶來更多低碳、高效的互聯解決方案。
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