為搶食低碳經濟帶來的功率半導體商機，英飛凌(Infineon)過去幾年一方面積極發動購併，同時也在產能方面做出大量投資。日前，該公司位於馬來西亞居林的居林3廠一期廠房已正式投入營運，待二期廠房落成後，該廠區將成為全球最大的八吋碳化矽(SiC)晶圓廠，同時也有氮化鎵(GaN)磊晶的生產能力，為英飛凌在寬能隙功率半導體領域的競爭力，打下更穩固的基礎。 英飛凌位於馬來西亞的居林3廠一期廠房正式落成啟用，未來此地將成為全球最大的SiC生產設施   英飛凌居林3廠一期的投資額為20億歐元，將專注於SiC功率半導體的生產，並涵蓋GaN的磊晶製程。SiC半導體因其能更高效率地轉換電力並實現體積更小的設計，為高功率應用帶來了革新。SiC半導體提高了電動車、快速充電樁、軌道列車、再生能源系統和AI資料中心的效率。新廠的一期建設將創造900個高價值就業機會。投資金額達50億歐元的二期建設，將建成全球最大且最高效的8吋碳化矽功率半導體晶圓廠。整項計畫將創造多達4000個就業機會。 英飛凌執行長...

高效能運算、電動車等應用的背後，都需要更先進的電源技術支撐，市場對寬能隙半導體技術的需求亦隨之出現爆發式成長。巨大的潛在商機進一步帶動產學研大舉投入，讓技術、產品快速迭代，讓整個產業呈現出朝氣蓬勃的氣象。 在電動車、高效能運算等應用趨勢的帶動下，業界對電源系統效能、功率密度的要求快速增加，傳統矽基解決方案已未必能滿足這些次世代應用的需求。因此，以氮化鎵(GaN)、碳化矽(SiC)為首的寬能隙(WBG)技術，在過去幾年一直以極快的速度演進，許多原本存在的應用導入障礙，也因為技術進步的緣故而逐漸克服。 陽明交大積極研發單晶片GaN 陽明交大電機系陳科宏(圖1)指出，GaN具有能承受高電壓、低寄生電容、低導通電阻、無反向恢復電流等優勢，因此能實現極高功率密度的電源設計。但GaN的特性也使得設計人員在利用GaN元件實現電源系統設計時，遇到許多挑戰。其中，最為人熟知的是GaN的常開(Normally...

高效能運算、電動車等應用的背後，都需要更先進的電源技術支撐，市場對寬能隙半導體技術的需求亦隨之出現爆發式成長。巨大的潛在商機進一步帶動產學研大舉投入，讓技術、產品快速迭代，讓整個產業呈現出朝氣蓬勃的氣象。 補強GaN缺陷　強弦採取Combo策略 神盾集團旗下專攻電源晶片與相關應用的強弦科技，則進一步對E-GaN與D-GaN的特性做出比較。強弦科技執行長賴致廷(圖3)分析，為了實現常關特性，業界發展出E-GaN技術，透過破壞2D電子氣(2DEG)的方式，實現常關的GaN...

電動車銷售量在過去幾年出現爆發式成長，電動車充電對電網穩定度的影響也隨之浮現。負責為電動車充電的充電樁首當其衝，不僅要持續提高功率密度跟效率，還必須考慮雙向傳輸以及與儲能系統連動等新的需求。 雖然各方均預期2024年將是電動車銷售量成長趨緩的一年，但經歷過去幾年爆發成長(圖1)後，目前全世界已經有數千萬輛電動車在路上奔馳。早在電動車風潮剛興起的時候，就有專家預估，數量龐大的電動車將成為電網穩定的隱憂。 圖1　2016~2023年全球電動車銷量統計 單位：百萬輛　資料來源：IEA   如今，這個問題已經不再是有識之士的「先天下之憂而憂」，而是迫在眼前的問題。負責為電動車充電的充電樁則首當其衝，必須扮演電動車與電網之間的緩衝者。像是雙向供電，甚至是結合電池儲能系統等以往不存在的功能需求，在未來幾年都將陸續出現，為本來就已經充滿挑戰的充電樁設計帶來更艱鉅的挑戰。 充電樁功率密度持續飆升　WBG成唯一選擇 英飛凌(Infineon)工業與基礎設施業務首席工程師邱貴彬(圖2)指出，交通工具電氣化、再生能源與儲能系統，是實現2050年淨零碳排目標的三根支柱，而功率元件則是搭建起這三根支柱的基礎要素。 圖2　英飛凌(Infineon)工業與基礎設施業務首席工程師邱貴彬指出，WBG將是實現淨零碳排願景的必要元素   作為全球主要功率元件供應商之一，英飛凌解決方案的涵蓋範圍跟客戶群遍及上述三大領域。也因為如此，讓英飛凌深刻地認識到寬能隙(Wide...

寬能隙元件能為電源、逆變器等功率應用帶來極大的效益，但在設計導入方面也有相當的門檻存在。因此，如何降低設計導入的門檻，成為供應商必須面對的課題。 寬能隙(WBG)元件能讓電源、逆變器等設備的功率密度大...

提高功率密度是電源應用開發者持續追求的目標，也是寬能隙元件能在高階電源市場上迅速普及開來的主因。但若要發揮寬能隙元件的全部潛力，被動元件也必須與時俱進，許多基於新材料的被動元件隨之誕生。 為什麼提高功率密度是轉換器設計人員之重要目標？不論是資料中心伺服器等能源密集型系統，還是路上越來越智慧的車輛，為其供電的電源轉換電路需要能夠在更小空間內處理更大功率。真的就那麼簡單。 隨著這些應用對效能要求越來越高，系統必須在相同或更短時間內完成更多操作，這意味著電源設備需要對系統輸出更多功率。但是無論在資料中心還是車輛中都一樣，空間都非常寶貴。構建更大電路來提高輸出功率，通常不是最佳選擇方案。然而，在提高功率和能源效率同時，要顯著減小系統尺寸，在技術上是相當有挑戰性的一件事。因此，雖然提高功率密度是設計人員首要目標，但實際上設計人員努力的方向，往往是從提高能源轉換效率下手，以緩解逐步增大的散熱挑戰，間接達成縮小尺寸的目的。隨著世界越來越多仰仗再生能源發電，這對於進一步節約能源也很重要。 電源系統設計中的寬能隙技術 對更高功率密度的追求，是寬能隙(WBG)半導體之所以能迅速獲得業界主流認可的原因。例如，雖然目前電動車還沒有採用寬能隙半導體，但電動車對寬能隙元件而言，已經是非常重要應用出海口。而且伴隨這種趨勢發展，知名品牌正在迅速採取行動，以確保其即將推出的全電動車具有更高競爭力和可比性能。 以碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)和其他技術為代表的寬能隙元件能夠顯著提高功率轉換效率，而且其操作頻率比矽元件更高，還可以在更高溫度下可靠運作，從而緩解熱管理挑戰，減小冷卻系統尺寸、重量和複雜性。其中，寬能隙元件最耀眼的優勢是切換頻率。更高的切換頻率可讓設計人員開發出尺寸更小，卻能夠輸出相同甚至更大功率的電路。具體來說，以更高頻率進行切換操作，會讓設計人員能夠採用體積更小的被動元件，如電容器和電感器來管理和平滑輸入和輸出電路中的能量流動。 然而，更高的切換頻率，會對使用傳統材料的被動元件帶來新的考驗。基於矽功率半導體元件的電源轉換器，其典型切換頻率在數十KHz範圍內，例如30~80kHz這個區間。在這個頻率範圍內，設計人員可以採用被廣泛認可的聚丙烯電容器，這種電容器性能可靠，且成本效益極高。然而，在這個頻率範圍之上，寄生效應就會導致過多電阻損耗和自生熱。因此，與寬能隙元件搭配的被動元件，必須使用新的材料來實現。 材料創新讓被動元件與時俱進 大多數領先電力電子團隊都在開發基於SiC功率電晶體的全新轉換器原型，作為主要的被動元件供應商，KEMET一直在此過程中保持與他們合作。透過研究這些新功率切換技術對支援電路提出的新要求，KEMET開發出新世代的KC-LINK陶瓷電容器(圖1)。 圖1　KEMET的KC-LINK陶瓷電容器   該電容器基於專屬高壓C0G電介質，可確保極低有效串接電阻(ESR)和極低熱阻。它們可以在數MHz的頻率範圍內，以最小損耗運作，並且可以處理非常高漣波(Ripple)電流，而電容相對於直流電壓則沒有變化。電容在整個溫度範圍內也非常穩定。由於能夠在高達攝氏150度的環境下操作，因此在高功率密度應用中能夠靠近快速切換半導體進行安裝。已經上市的產品系列可提供從500V...

提高功率密度是電源應用開發者持續追求的目標，也是寬能隙元件能在高階電源市場上迅速普及開來的主因。但若要發揮寬能隙元件的全部潛力，被動元件也必須與時俱進，許多基於新材料的被動元件隨之誕生。 除了在單體上透過材料創新取得技術突破外，KEMET還開發出一種暫態液相燒結(TLPS)技術。這是一種非焊接互連技術，能夠實現小尺寸高電容...

機櫃空間寸土寸金，雲端服務大廠無不希望PSU的尺寸能越小越好。要實現更小巧的PSU設計，縮小被動元件的體積將是重點中的重點。 封裝進化讓PSU散熱更好解 除了縮小線圈外，如何縮小元件封裝尺寸跟提升散熱性能，也是PSU小型化的重要關鍵。英飛凌日前宣布，其高壓...

機櫃空間寸土寸金，雲端服務大廠無不希望PSU的尺寸能越小越好。要實現更小巧的PSU設計，縮小被動元件的體積將是重點中的重點。  隨著開放運算計畫(OCP)所制定的M-CRPS規範大致底定，未來高階伺服器PSU的功率密度，勢必將突破100W/立方英吋大關。對PSU供應商而言，這是相當大的技術挑戰，因為PSU不只要小巧，還必須同時滿足效率、穩定性與EMI等要求。而且這些設計指標之間，有時是彼此矛盾的。 要挑戰功率密度100W這個技術天險，除了要導入碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)這類寬能隙元件之外，PSU裡面的主要被動元件，例如電感線圈、變壓器、電容、散熱片等，都必須盡可能小型化。而且，在一台PSU裡，這些巨大的被動元件往往才是PSU難以小型化的瓶頸所在。因此，在PSU小型化的道路上，針對被動元件微型化所提出的技術創新，也是不可或缺的要素。 化被動為主動　線圈尺寸縮小很有感 德州儀器(TI)資深應用工程師葉奕杰(圖1)指出，打開任何一個典型的AC/DC電源供應器，裡面體積最大的零組件，不外散熱片、電感線圈、變壓器與輸出電容這些被動元件。因此，要縮小PSU的尺寸，最直覺的方法是從這些被動元件下手。然而，由於被動元件技術的進步速度遠不如主動元件，要縮小這些被動元件是相當困難的。 圖1　德州儀器資深應用工程師葉奕杰表示，化被動為主動的EMI濾波技術，可為PSU帶來非常有感的突破   就以PSU裡面負責抑制EMI的共模扼流器(CM...

近期蘋果(Apple)發表了用於MacBook Pro的全新140W USB-C電源適配器，並首次採用了基於氮化鎵(GaN)的技術，顯示出百瓦級大功率快充產品進入成長期，加速第三代半導體消費應用的發展擴張。根據TrendForce研究指出，在GaN功率電晶體價格不斷下降(目前已逼近約1美元)，以及技術方案愈趨成熟的態勢下，預估至2025年GaN在整體快充領域的市場滲透率將達到52%。 TrendForce進一步表示，從目前快充市場功率規格來看，2020年GaN快充市場以55~65W為主流功率段，約占GaN元件銷售市占率72%，其中又以65W為主流。而百瓦級大功率產品，2020年市占率僅約8%，但市場前景備受期待，越來越多廠商陸續推出大功率快充產品，以應對消費者日益增加的用電需求，目前最高功率已達140W。 其中，在百瓦級大功率快充產品領域內，GaN技術市場滲透率已高達62%，主要由納微半導體(Navitas)與英諾賽科供應，其中納微半導體銷售市占率超7成，已成功應用於倍思、聯想、閃極等廠商旗下產品。另外，為了增加使用效率及縮減體積，PFC+LLC拓撲結構已成為百瓦級大功率快充主流方案，由SiC二極體搭配GaN開關管，以提高功率因素校正(PFC)級開關頻率，進而使得GaN與碳化矽(SiC)寬能隙半導體組合方案迅速被各大廠商採納。 倍思已於2020年推出全球首款120W充電器產品，裡面採用了納微提供的GaN及APS供應的SiC，取得市場巨大反饋，泰科天潤、美浦森、安森美等SiC元件廠也陸續達成在Power...

碳化矽(SiC)功率元件製造商聯合碳化矽(UnitedSiC)於日前發表其第四代產品線的最新成員，其耐受電壓為750V，導通電阻(RDS(on))則降低至6mΩ，從而滿足電源設計人員對更高性能、更高效率的SiC...