瑞能半导体：可靠高效创新，打造中国功率芯！
行业新动向，中国芯势力！由芯师爷主办的第三届硬核中国芯领袖峰会暨2021汽车芯片技术创新与应用论坛近日圆满结束。瑞能半导体科技股份有限公司（以下简称“瑞能半导体”）全球市场部总监谢丰分享了功率器件整体市场情况及公司相关产品规划。
谢丰先生有20年的半导体行业经验，目前主要负责瑞能半导体的产品规划与管理、品牌和市场推广，以及对客户需求和市场发展趋势的研究。在恩智浦和瑞能半导体10年的工作基础上，谢丰对功率器件在消费电子和工业市场的应用有深刻的理解，并对瑞能半导体从恩智浦中分离出后的品牌与市场建设发挥了积极作用。
瑞能半导体全球市场部总监谢丰演讲视频
宏观经济下的功率半导体器件
据第三方调研机构Omdia的市场分数据，2020年整个功率器件市场规模约为145亿美金，预计到2024年将增长到172亿美元，将有近18%的增长率。功率半导体的分立器件的组成中，硅基器件仍将会占有主要的市场份额，约为80%。
同时，第三代半导体包括SiC、GaN都会得到一个长足的发展，从2020年的5%的市占率将会增长到2024年的17%的市占率。
图：2020年功率器件市场
数据来源：Omdia
图：2024年功率器件市场
数据来源：Omdia
这些都得益于终端应用需求的变化。具体来说，宏观经济对功率器件的需求在提升，主要体现在以下几个方面。
包括光伏、风能、水电、生物质发电的可再生能源，以及能源的高效转化，都提升了对功率器件的需求。比如德国到2050年，可再生能源将会达到大于80%的比重；中国也颁布了“双碳”战略，到2060年可再生能源的比重将会超过50%。
智慧城市和智慧家庭的能源方案方面，对功率器件有相当大的需求。如家庭的分布式的光伏系统、智能电网的互通和互联等。
电池和能源的存储的系统，也会促进功率器件的发展。我们可以看到，终端应用更加依赖电池来作为能源的供应；高效的能源存储方案也对功率器件提出新需求。
新能源汽车对电源转化效率的要求一直是在提升，比如以往要求300公里的续航里程，到现在比较主流的500~600公里的续航里程，再到将来1000公里的续航里程，对于功率器件效率的提升要求是越来越高的。
另外，功率器件在整个新能源汽车的比重也在逐步提升，目前，功率器件占到整个汽车的半导体芯片成本的55%，约为400美金的水平。
终端应用的变化，要求现在的半导体供应商，从过去单一产品的提供商变为将来的整体系统方案的提供商。
功率半导体的独特性
相对于我们常说的集成电路，功率半导体有很多独特之处。谢丰先生从产品角度、应用角度、制造角度分别进行了分享。
首先，功率半导体需要有很强的通用性。功率器件是标准产品，需要不同厂商提供的产品有很强的通用性以及可替代性，这样会便于客户去使用。
其次，功率半导体的生命周期非常长。市场上使用了10年20年甚至30年的功率半导体产品也比比皆是。
再次，器件本身的应用环境恶劣严苛。功率半导体器件常用于户外环境，需要承受较高的浪涌电流和高压电冲击，对器件本身可靠性方面的要求就比较高。
首先，功率器件作为电源转换的关键器件，需要有很高的效率转换能力。我们常说的器件的导通损耗以及器件的开关损耗，都是客户关心的地方。
其次，在提升效率的同时，还要做到成本可控，这就需要做技术创新。需要有新的制造工艺，如薄片工艺、银烧结工艺，同时还要引入很多新材料，现在常说的碳化硅以及氮化镓的产品，就属于对材料方面的创新以及应用。
再次，器件在恶劣环境下牢固性方面有很高的要求。这需要器件有很高的可靠性、耐受性。
首先，功率半导体需要有一些特色晶圆工艺，设计需要和Fab的工艺紧密结合，才能制造出非常好的产品。
其次，不能一味的追求线宽。谢丰分享，我们不需要5nm EUV, 不需要最高精尖的半导体设备，我们需要的是对整个制程做更多的研究。对于功率半导体来说，它并没有标准的工艺流程，每个公司可能都会去对自己的工艺进行深入研究，来掌握自己工艺制程的know-how来配合设计达到最佳的性能，制造出最好的产品。
再次，大规模的制造能力尤为重要。所有的设计、工艺的改善，都要为大规模的生产做好准备，这样才能够降低产品的成本，能够做到成本可控。
国产功率半导体芯势力
作为国产功率半导体知名企业，瑞能半导体一直以打造高效可靠的产品作为其研发创新的方向，以使客户在应用中得到最佳的体验。
图：瑞能半导体产品路线
图片来源：瑞能半导体
瑞能半导体全球市场部总监谢丰介绍，2015年之前，瑞能半导体作为恩智浦的一条产品线，产品门类比较局限，主要是集中在可控硅、功率二极管以及高压晶体管这三个主要的大门类里。自2015年11月瑞能半导体从恩智浦独立出来以后，产品线进行了大规模的扩充。
在晶闸管方面，瑞能半导体从传统中低压的晶闸管，到开发出高压的晶闸管以及晶闸管的模块产品。
在二极管产品方面，瑞能半导体从普通的快恢复二极管，到高压快恢复二极管、整流二极管、静电保护二极管和碳化硅二极管。特别是碳化硅产品，目前碳化硅二极管主要是集中在第5代和第6代的产品，其中，第6代的碳化硅二极管技术水平与国际一线品牌保持一致。
相比于前一代的碳化硅二极管，瑞能半导体第六代碳化硅二极管的技术在高温150度下能降低约25%的导通损耗；在系统效率方面，第六代的技术能改善约0.2% 的系统效率（一个20KW的充电桩，一年能省约350度电）。
在传统的硅基产品上，瑞能半导体也一直在升级换代。从2010年至今已经进行了4次迭代，特别是2018年和2020年，瑞能半导体陆续推出了第4代和第5代硅基的快恢复二级管产品，市场反馈良好，目前已经得到大规模应用。同时，瑞能半导体在开发第6代低温度系数的快恢复二极管产品。
图：瑞能半导体快恢复二极管的技术演进
图片来源：瑞能半导体
从应用端来看，瑞能半导体主要聚焦在4类应用——消费电子、可再生能源、大数据以及汽车电子。
消费电子
消费电子作为瑞能半导体非常重视的应用门类，已经有相当多的产品投入使用。主要包含高换向三相限可控硅、钳位电压ACT/ACTT可控硅、高效率的 SABERTM 超快恢复二极管、650V 碳化硅二极管等。
这些产品均可应用在洗衣机、洗碗机等大家电，咖啡机、吸尘器等小家电，以及空调、电视机、电源适配器等应用上。
可再生能源
瑞能半导体1200V EEPPTM 快恢复二极管使用高阻断电压白金掺杂工艺，具有超快的开关速度能提升系统的效率；碳化硅二极管产品具有极低的开关损耗、最佳的系统效率、高质量高可靠性等特点；此外，SiC-MOSFET（碳化硅场效应管）、IGBTs等产品也已经投入使用。
这些产品主要应用在太阳能逆变器、风能、充电桩、车载充电器、功率模块中。
大数据
在大数据领域，瑞能半导体的布局主要集中在电源类产品，其高电压晶闸管具有领先的平面制程工艺，高结温高可靠性，高达1600V的阻断电压；其EEPP & SABER 快恢复二极管使用白金掺杂工艺，具有超快的开关速度以及很高的系统效率；此外还有碳化硅二极管、碳化硅场效应管、静电保护器件等产品。
汽车电子
在汽车电子领域，瑞能半导体主要集中在电动汽车充电桩、车载充电机、摩托车点火器、摩托车调压器、车灯控制等方向。其晶闸管、EEPP & SABER 快恢复二极管、碳化硅二极管、碳化硅场效应管等产品均可应用。
在市场占有率方面，据Omdia 2021年最新报告，瑞能半导体目前在可控硅中国品牌排名第一，全球排名第二；在碳化硅整流器国内排名第一，全球排名第五。
图：第三代半导体需求逐步提升
数据来源：yole 2020
据yole 2020数据，光伏等清洁能源以及5G和大数据对能源效率的需求是第三代半导体器件的重要应用市场。新能源汽车的快速发展将成为碳化硅等第三代半导体器件的主要应用市场；大功率的传输电在未来对第三代半导体器件需求也会日趋旺盛。
2021年，瑞能半导体的出货量将会超过15亿个，有超过5000家的客户，其中不乏国际一线大客户。同时，其产品市占率得益于优秀的产品性能、良好的市场认可度，稳居可控硅市场头部。
谢丰分享，未来，瑞能半导体将加大研发投入，持续开发出更优秀、更高效率、更可靠的功率半导体产品，来服务于终端应用。
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