富致科技功率半導體

 

車用電子及工業控制

 

 

一直以來為富致科技前兩大客戶重要市場.隨著未來能源車將廣泛取代燃油車,新一代車用電力系統將提升至48V,以滿足車用性能提升後各項配置運作的需求,加上周邊EV充電系統電力須滿足240Vac~305Vac及更大的額定運轉電流。

工業4.0全面自動化設備除了更高的精準度,加上AI市場需求,大量且快速的資料訊號傳送,高頻率的I/O訊號驅動,必需仰賴大量的數位開關半導體元件來控制,早期類比式開關已經無法滿足未來設備的需求。

富致科技深耕市場25年從過電流保護元件設計,生產到銷售,總是站在客戶端的角度考量,產品研發的策略計畫也同步制定短中長期針對未來市場提前規劃超前佈局。

 

功率半導體(Power Semiconductor)

 

 

功率半導體是一類用於處理及控制電力的半導體元件,在高功率應用中如電力轉換、能源管理、電機控制,主要的核心角色利器是透過高電壓或大電流的電力條件下依然能高速的切換保持低功耗來提高系統的運轉效率。

 

常見的功率半導體分成幾大類:

1. 二極體:功能常被應用在電路整流,將交流電轉換成直流電。
2. 電晶體:常被應用於大功率交流設備電源控制。
3. MOSFET(金屬氧化物場效電晶體):常被應用於低壓高頻電路中控制小電流,當作電源開關使用。
4. IGBT (絕緣雙閘雙極電晶體):即是一個P型或N型半導體加上一個電晶體組合而成.即特點即是能在高電壓大功率的條件下工作,效率極高。
5. 第三代半導體氮化鎵(GaN) / 碳化矽(SiC):應用於高效電源轉換系統.如電動車充電站,高效能INVERTER,5G基地台。

以上五大類皆為功率半導體,廣泛的被應用於不同電力系統條件下的電子電路中當作數位電子開關來使用,如帶入日常生活上舉例就更容易懂了:

MOSFET就好比水龍頭開關,在低壓條件下控制著小電流,二極體就像是逆止閥門控制著水流的方向也就是限制了電流的方向姓,而IGBT就好比是大型水庫的閘門,在極高的電位差(電壓)下,控制極大的水流(電流).這閘門必需有更大的動力來啟閉水流,也就是電路中元件需要更大遮斷能量,如此說來不同的功率半導體將用有不同的產品市場,區隔可以說以電壓來區分。

文開頭提到富致科技著力於車用電子即工業控制兩大客戶市場,在不同的電壓領域下含蓋著五大類功率半導體各司其職,扮演不同應用角色發揮功效。

提到第三代半導體 氮化鎵(GaN) / 碳化矽(SiC)第三類半導體與車用電子及工控市場連動性如何呢?

依材料特性而言:

功率半導體皆為以矽Si為基礎,後來新一代的寬能隙(Wide Band-gap)半導體材料,又稱為第三代半導體的SiC (碳化矽) 和GaN (氮化鎵)出現,由於能隙更大,這使它們具有耐高電壓、耐高溫、低電阻、低切換損失、適合高頻操作的優越特性,被看好一顆抵傳統功率元件4、5顆,替代商機市場相當被看好,寬能隙加上高熱導率的特點,碳化矽已經開始被廣泛應用在電動車(EV)及其充電系統;再生能源太陽能逆變器風能轉換器;5G高頻設備通信基地台。

 

氮化鎵主要應用在80V-650V應用市場,要到1,200-1,700非常困難,所以1,200V以上的高壓應用以碳化矽為主。

碳化矽(SiC):1000V~1200V; 成本高

氮化鎵(GaN):80V~650V 成本較低

材料特性	氮化鎵(GaN)	碳化矽(SiC)
能隙	3.4 eV	3.0 eV
熱傳導率	低	高
製程技術	新開發	成熟
成本及售價	成本適中,售價較低	成本略高,售價較高
應用領域	中低壓市場	高壓市場

 

據媒體資料報導指出電動車大廠特斯拉是第一家率先使用碳化矽在電動車上,2023年底 特斯拉又宣布要大減75%碳化矽用量,讓氮化鎵躍上檯面。未來在電動車應用年複合成長率近100%下,想必氮化鎵有可能在2025年起大幅替代目前車用及相關中低電壓650V以下的MOSFET市場,而氮化鎵製造商也將再電壓650V推升至800V。

 

 

 

富致科技的技術突破與市場佈局