华微电子的功率半导体应用范围?求介绍
在半导体领域,功率器件的总体表现一向以平稳著称,然而近段时期产业热度却在迅速提高,相关投资扩建的消息不断涌现。这与市场需求的迅速增长密切相关。
“新基建”的激励之下,市场对电力电子设备的需求越来越强烈,这为功率半导体器件行业的发展添了一把火。在功率半导体领域深耕多年的华微电子,也携带自身优势,率带烂先入局新基建赛道,助推行业发展。
在过去的半个多世纪中,华微电子持续突破诸多关键技术,加速推动功率半导体器件的国产化替代,助力我国工业强基与民族产业发展,成为具有国际竞争力的功率半导体企业。
现如今,华微电子厚积薄发,在国内功率半导体器件市场低端产品竞争加剧且中高端产品大量依赖进口的形势下,华微电子也加快高端产品的推广和研发布局,从2016 年开始,华微电子便开始规划生产高性能功率器件,包括超结MOSFET、CCTMOSFET、Trench FS IGBT、超高压快恢复二极管、Trench肖特基产品和大功率IGBT模块等。
未来几年,随着新能源汽车、5G通信等新兴产业日益崛起,功率半导体市场需求势必会持续增长,而作为国内主要功率半导运销体生产商之一的华微电子,其具有全系列的功率半导体器件门类,随着国内功率半导体器件市场保持快速且稳定的增长,华微电子也将迎来发展的快车道。
替代进口的有力竞争者
作为全球汽车和工业大国,中国是全球最大的功率半导体器件市场。然而,在经济的快速发展中,国外在极力阻止中国的崛起特别是美国对中国高科技技术发展制造了障碍,中兴、华为事件给我国功率半导体行业的发展敲响了警钟,目前中国功率半导体市场被美国、欧洲和日本品牌掌控,在国内市场占有绝对的优势,市场占有率60%以上。
华微电子自成立以来,一直致力于建设芯片制造能力,扩大生产线规模及提高芯片交付能力,目前拥有4英寸、5英寸与6英寸功率半导体芯片生产线,加工能力为每年400万片,在建8英寸生产线,设计产能96万片/年,具有单管封装资源为24亿只/年,IPM模块封装1800万块/年。
经历了半个多世纪的技术积累,华微电子在终端设计、工艺制造和产品设计方面拥有了多项专利及工艺诀窍,尤其在IGBT薄片工艺、Trench工艺、寿命控制和终端设计技术等方面拥有独特的核心技术达到国内领先,国际同行业先进水平。其中,IGBT产品五大关键技术,包括薄片制造技术、透明集电极IGBT制造技术、纵向和横向结构设计技术、背面注入及激活和硅片测试技术均已攻破难关,研发完成600V-650V,1200V-1350V的IGBT产品,产品采用国际主流的Trench-FS技术,主要应用在新能源电动汽车、变频家电和电磁炉等领域。Trench MOS先后经历了几代产品开发后,成功解决了深Trench刻蚀技术、阻挡层金属化淀积技术、W回刻技术等,已经完成了30V-250V的产品开发。
“要实现国产化替代,目前公司面临的主要困难是客户对国产半导体功率器件的接受度,主要是在新的应用领域和高端应用领域,需要客户给予一定的机会和时间,给予国产品牌与客户磨合的机会。”华微电子表示,当下,公司主要解决的问题是,在产品应用方面加强与客户的交流和改进,同时根据客户的实际应用需求开发更加契合应用场景的定制化产品。而这也逐渐在实现,华微电子的产品广泛应用于消费类电子、汽车电子、电力电子、工业控制与LED照明等领域,并不断在新能源汽车、光伏逆变、轨道交通等战略性新兴领域快速拓展,是飞利浦、松下、日立、海信、创维、长虹等国内外知名企业的配套供应商。
向高端细分领域迈进
在国内功率半导体器件市场低端产品竞争加剧且中高端产品大量依赖进口的形势下,华微电子也加快高端产品的推广和研发布局,在工业、汽车电子、5G、充电桩等领域产品的应用,已经取得一定的效果,并获得了国内知名企业的认可。
谈及未来的发展,华微电子表示将继续以公司传统的功率半导体芯片制造为核心,继续做大做强芯片制造能力,纵向发展建立8英寸芯片生产线,实现高端VDMOS、IGBT器件制造,满足快速增长的市场需要,横向扩展建立硅外延生产线,保证材料安全供应,建立封装测试生产线,重点建设模块生产线,向高压大功率方向发展,打造功率半导体产业制造基地,完善功率半导体产业链,加速功率半导体国产化进程。
“华微电子会继续发展自主蠢悄漏研发、平台建设的IDM优势,不断升级硅基功率器件的性能和品质。公司具有IGBT、MOSFET、二极管、可控硅和BJT等全功率器件工艺平台,包括单管、IPM及PM等各类封装形式的产品,未来公司仍会把功率半导体作为主要的技术发展方向,结合公司市场领域,逐步建立配套的驱动IC生产线。”华微电子表示,在中低压MOSFET上,公司将进一步升级现有技术平台,不久将会推出第二代CCT MOSFET,以100V产品为例,单位面积导通电阻达到40毫欧。完善产品电压等级,建立起从10V~250V产品的全系列的电压平台,除了在消费类领域内应用外,拓展到服务器电源、5G、工业、人工智能和汽车电子。
对于高压MOSFET,今年年底会推出第二代超结MOSFET产品,进一步提升该系列产品的耐用性和效率,应用于充电桩和基站电源。在未来2~3年我们会继续提升超结MOS平台,采用多层外延结构,开发第三代超结MOS平台,达到与国际品牌一致的性能,产品系列涵盖了500V-900V,4A-72A全系列,能满足各个领域的产品需求。
“FRD二极管和IGBT一直是我们的核心产品,在未来2~3年,我们将致力于开发用于轨道交通和电网领域内需求的超高压产品系列,电压涵盖1700V~6500V。”华微电子还表示,Trench肖特基方面,公司已完成45V、60V、100V产品Trench SBD平台建设,正在开发80V、150V产品平台,具备势垒高度可调技术,可满足客户对于使用效率的更高需求,比平面产品具有更高的可靠性能力,应用在光伏领域和电源领域。此外,华微电子积极布局GaN和SiC器件,研发和生产增强型GaNHEMT,先在快充领域做GaN器件和应用方案,然后过渡到工业和通信电源领域;对于SiC器件,目前已经研发出了650V SBD二极管产品,将进一步拓展到1200V二极管和SiC MOSFET,主要应用于新能源汽车及充电桩。
市场红利渐释放
近几年来,中国功率半导体器件在工业控制、汽车电子、网络通讯等多领域应用带动下,需求持续上涨,中国功率半导体器件市场保持快速且稳定的增长。
“受新冠肺炎疫情影响,2020年功率半导体市场将会面临一定幅度的回落,之后将迎来快速复苏,预计到 2022年,中国功率半导体市场规模将达到 1960 亿元,2019~2022年年均复合增长率将会达到3.7%。”华微电子认为,未来几年,国内市场对功率半导体的需求仍然强劲。
这对华微电子来说,公司利润持续稳定增长已经有迹可循,公司具有全系列的功率半导体器件门类,随着市场需求的增长,公司也将会迎来发展的快车道。
而从细分市场结构来看,工业控制、汽车和网络通信,需求将大幅增长,其中 MOSFET和IGBT 成为最大受益产品。业内预计,2022年,MOSFET和IGBT 的市场份额合计占比超过30%,其MOSFET复合增长率为5.4%,至2022年市场规模将达到365 亿元;IGBT年市场规模达到251亿元,复合增长率7.4%。
“ MOSFET 和IGBT 已成为最主流的功率器件之一,广泛应用于汽车电子、工业电子、新能源汽车、充电桩、物联网、光伏新能源等领域。”但是,高端的MOSFET和IGBT绝大部分进口,只有华微电子等少数厂商可以生产,目前先进的生产技术基本被国外厂商垄断,全球最大的功率器件生产商有德国的英飞凌、美国的安森美、日本的三菱机电等。
2019 年初,华微电子计划投资新型电力电子器件基地项目建设,本次投资主要是为了建设8英寸生产线,以满足公司新型功率器件的生产,项目生产的产品主要有IGBT、低压Trench-MOS 、超结MOS 以及IC芯片,针对的市场是目前国内相对空白的高低功率半导体市场,产品下游市场增长迅速,进口替代空间巨大。投资项目产品性能和技术水平虽然与国际大厂的产品还略有差距,但是其主要性能已经和国际主流公司的产品相当,个别参数还具有一定优势。业内预测,未来几年,随着中高端技术产品在市场规模化应用,新产品、新领域重点项目指标的达成将带动华微电子整体业绩持续稳步增长。
怎样改装排气管让摩托车跑得更快?
照引擎的四个往复动作一吸气、压缩、爆炸、排气来看,如果摩托车改装排气管无法迅速排光燃烧后的废气,则接下来的进气行程必定也没办法快速、完全地吸入新鲜空气;尤其此刻残留在燃烧室内的废排气,还会影响到下一次的燃烧效益,这样一来,马力表现自然不会理想,这便是为何要改装排气管的目的。
排氧性能关键在於速度回压
虽然四行程引击原本就是可完全燃烧的设计,但由於的缸数多、各缸没有独,同时还有噪音、空间、整体配置与量产成本等的考量,相形摩托车改装排气管只是单纯的消音及冷却排废气之用,於是就会有不够顺畅的问题产生,进而降低引擎的应有性能。所以与其形容改装排气管是在於增加马力,倒不如说是为了找回马力、发挥原本轮出较为适当。
排气管的通畅程度,也即是大家所熟知的「回压」 一词一或可称背压、反压一简言之它就是内部的阻力,此和邑蕉头设计、中段管径粗细、髑媒、总体长度\弯角、消音筒大小都有关联,摩托车改装同时直接反映在排氯效能上。改装排气管的主要用意便在於减低回压让吸摩托车改装排气的交琶更畅快,而这亦属於变相的延长气门重叠时间来增进肺活量,因此可以改变引擎的特性,从而提升高转域的反应和威力。
不过,减低回压这回事并不是说越低越好,因为假使排气过份无阻碍的话,中低转时混合气根本未燃烧完便被排出,扭力势必会桉牺牲掉,甚至当回油时管内墼力变低,还有废气逆流回燃烧室的可能,所以一定的背压仍然是需要的。
管径扩大率以10—15%为恰当
一股来说,排氯管的改装大多是从中、尾段做起,常见的方法不外乎是加粗管径、缩小消音器等,强调竞技类的裂晶更会—朝直线化努力。提到直线型摩托车排气管的特点上(碍於底盘千扰,做到真正的笔直有困难),路径缩短且弯角平滑减少阻碍的关系,颢阳性一定很不错,不过大家要知道的是,相短的排气管乃诉求於高转马力(回压低),细长型擅长的是低转扭力( 回墅高丫曹有这楼的差别,道理就是后者管内的压力高,中低转速废气会很迅速地排出,但高转时则会面临阻塞的弱点,而相形前qo便有中低转流速慢的问题,可是到了高转嗫摩托车排气即能通畅无比。
以道路使用为前提的排气管,其实应先选择全长较长的式样,作为畜气增速的条件,然后才是在管径上变化比较能兼顾到全转速域的表现依照大多数人的经验来看,中段管径的增加,差不多是比原厂多10-15%为最佳(引擎无改装),也就是自然吸气引擎在55—60左右,涡轮引擎约为65—70上下;当然,阁下的爱车若排氯量够大,又经过一番重度升级具备合400hp over的实力,那么亦有摩托车排气管改装必要用到80以上的管径。
关於管径的配置上,由粗变细或从头至尾一样口径,对重视扭力的人而言比较恰当,但假使你是马力派的追求者,则适合渐次放大的型式,这种「喇 叭 口 』 型 的 设 计(megaphons),是采慢慢扩大管径的方式,驱使越往后方越急速膨胀的构废氯增速气流,特别是在持续高转速的情形下益发有威力,这亦为目前日系改装排气管的一项趋势。
尾消内部构造分隔板舆直线式两种
身负主要消音工作的尾段排气管,自然是一个发生阻力的所在,摩托车排气管改装这便牵涉到消音筒内部的设计。尾消的构成大髅上可分成两类,第一种是利用交错隔板造成反射波的方式减低音量,原厂晶几乎都是此种型式:第二种则为改装晶常见的直线型吸音绵式,由流体力学的立场观之,隔板式的排气阻力一定较大,马力提升也就不如直线型来得占优势了。
要想降低尾消的排气阻碍,不单单是需通路直线化以及内管口径扩大,整个消音器小型化同时是必要的(n一类排气管的筒身仅二o,;o曰而已),而且这里还可以加入些巧思,如在进入尾消前安装一活动阀门;integr-r嚣有这项装置),或者是如无限设置双回路加速气流(twinloop),让背压视转速提高而递减等,旨是不错的变通方法。
直线构这的改装排气管尾财,噪音的吸收需要藉消音绵达成,在此之中,大部份厂家都是单纯采玻璃绵对 应(细玻璃纤维绵加少量石绵i中消、代髑媒亦然),但是时间久了以后,长时间处於高热环境的玻璃绵,必定会囚劣化而出现共振、謦音变大的问题,故现在也有些制晶会标榜内岂提高耐久性的不锈钢丝,此种设计的变 更点,差别是先用不锈钢丝包覆内管的打孔外套,然后才是玻璃绵的填入,其用慧即是以不锈钢丝防止热传导到玻璃绵上,进而延长总体寿命。这里附带一提的是,为了防止临检、验车等不必要的麻烦,现在也有厂一样,但它的性能仍是相当不错,主要的原因就是其乃利用大简身、加多吸音绵来彻底抑制噪音,内部的构造则依旧以直线型为主,然后在消音筒的头尾端加入隔板,如果你有自行订做尾消打算的话,
不妨参考一下找们的附田,较容易取得出力兴譬浪的平衡,摩托车排气管改装另外,最近颇流行的ecv调音阀,建义大家最好要装在进尾段前,如此才会有最大的静音效果。
芭蕉头段改装主要在於等长化
在排气管的改造中,最重要的部份要算星芭蕉头了,由於原厂头段百分之八十都是大量开模的铸铁制品,内 管粗糙不说,各歧管长度也不相同,加上接合的方式、距离、形状同样不够周全,因此非常容易产生排气干涉现象,使得各缸排出的废气相互冲突而阻滞:尤其是此处又最*近汽缸头,可想而知对进气、燃烧有多么不 利了。
通常由改装厂所制作的芭蕉头,绝大多数会使用内壁平滑的不锈钢材质,讲究的厂商则还在歧管连底座和接角的部位,实施无段差的熔接研磨并尽量缓和銮角,藉此取得减少阻力、加速气流的功效。接著他们会尽可能的将歧管长度统一,讲究的当然是 致化且彻底消除各歧管的压力差,这样一来,不仅是利於后段排气管的回压 设定,整体吸排气的效率也能大幅提升。最后,关於集合部位的型式上,最普遍的四缸引擎一股公认四合一为强调高转马力的式样(不易干涉),四合二合一是童视中低转扭力的型式(易千涉),不过这主要还是取决於 原厂引擎的轮出特性与设计者个人喜好,很难真正判断出两者的优缺点。
等长头段非但是na车的一大利果,*摩托车芭蕉头导引废气驱动叶片的涡轮,等长的优点在於各缸排废气质量相等后,叫turbine便能遭受到定量、顺畅而持续的冲击,这样增压的界限、效率、稳定度都会提高,特别在工hi-boost设定时更是明显。等长之外,歧管总长度的决定(含downpipe),亦为叫turbo芭蕉头制作时需考量的地方,大体上来看,歧管长度短的话,叫turbine运转的反应就会随之加快,但相对后续的流量就不如长歧管饱和,这依然是要视涡轮的容量与引擎排气量而定。
涡轮引擎用的芭蕉头,另一个设计上的重点是叫turbine入口处排压的降低,减低这里的排压也才能让涡轮运 转更为快速,同时增加田oost的最大且长的形状,用意即在此,同样的道理,turbine出口相连的frontpipe,换装大口径式样将二次排压减低亦有其必要性,毕竟涡轮是藉废气推动,排气顺畅增压速率自然会提升,因此若以追求性能为出发点。车的全段排气管皆是需要粗径化的。
道路用适合材质推不锈钢制品
摩托车随著材料技术的发达,排气管的用料也不再局限於以往的钢、生铁类材质,轻薄漂亮的stainless、鈇合金亦渐渐占有一席之地,不过售价偏高的关系,反而使得「半不锈钢」晶成为主流(看得到的出口或尾筒是stainless,其余为普通钢铁)。先天就便宜的钢、生铁,由於厚度、管径种类极多,再加上弯管、烧焊容易的缘故,摩托车改装使得其制造成本低廉而能以售价吸引大众,可是粗鞑、重量高、易锈蚀等缺点则避免不了,尤其是此等素材的熔点较低,耐热性更是不理想,拿来做涡轮车的芭蕉、前喉可说不太合适。
与生铁、钢相比较,具备细致、轻量、耐热、耐腐蚀等特性的不锈钢(sus304),改装算是很适合当摩托车排气管的素材,管壁极薄的它(na车1.6-2.omm;turbo车2.5 -3.omm,用於芭蕉还需更厚,因为要悬挂涡轮并承受高温),单单中尾段就能轻上5公斤左右,而且声浪极为清脆(头段则尖锐、高亢),谈到stainless排气管的耐热性,在芭一蕉头包披覆带的状态下最能证明其优越性,一股我们加诸披覆带的目的,不外乎是为了隔绝引擎室热源(turbo车还有一个用意是维持撞击turbine的热效率,所以原厂即装置有隔板),如此管内的温度便会提高很多,若是钢铁质的歧管一定发生裂损的情形,就算厚度很厚也一样,摩托车改装但不锈钢制品就不致受到影响(仅表面泛黄),摩托车除非是焊接不良。
尽管stainless排气管有这么多优点,不过材料本身价格较高(口径愈粗愈贵,有些特殊规格更要由卷曲钢板 制作起)、加工较困难造成的高价位比普通晶高约一倍),还是无法让其真正普及化,但因为现在不少厂家都投入此类型排『气管的制作,售价已有慢慢下降的趋势,最近引起性能迷注目的排气管,要属从窦车衍生而 来的钴合金制品了,摩托车改装排气管来自於航太科技的高价金属—鈇合金,最大的特徵是薄(厚度约1mm丫),极度轻量化、质地坚硬,用於排气管上除了声音清澈徵,也更加深与众不同的分格。然而钛合金本身不能弯折(据说日本已发 展出专门的弯管技术)、不容於其它金属的特性,相对亦大幅增加制作时的难度与成本,它不但需一截一截的焊接,连消音内室都要使用到同等材质,故全鈇排气管可是非常昂贵的。考量到接受度的问题,现在市售的鈇合金多半只贩售消音筒的部份,有些甚至只是在尾管、筒身铆上一层鈇皮,可是价钱依旧古同出stainless品许多。
改装前课题确认喜好特性
看完了以上的说明后,大家一定要在改装排气管之前,确认你自己所想要的特性,好比自排车就不能更换太 通的排气管,否则丧失低转扭力不谈,只怕连高转马力都累积不上去。此外,判别一支排气管的效能优良与否,其实从謦音下手是一个不错的办法,排气顺不顺畅的条件,首要自然是声音不能闷在里面,可是这也不代 表大声就是好现象。假使声音大却很空、不扎实,必然是其回压过小,而声浪饱满浑厚的排气管,亦间接表示了它能将废气快速地排乾净,所以背压应是适当且正确的。
最后值得大家注意的是,当你更换时,产生的共振有可能会偏大,让摩托车排气管发生左摇右晃的情形,这时候最好顺带换上加硬型的吊耳橡皮(过重时也需要),才不致使接合处龟裂。能够把握住这些原则,你也一定能享受改装排气管带来的乐趣