同城58网 科技 对话“众创”青年:佛山这个团队研发出全球领先的功率半导体

对话“众创”青年:佛山这个团队研发出全球领先的功率半导体

光伏风电设备、电动汽车、储能、轨道交通……不论是传统消费终端、工业控制领域还是新能源行业,随着“双碳”目标的提出和推进,功率半导体在其中的核心地位愈发凸显,而它一直以来也被称为“卡脖子”技术。令人惊喜的是,在今年的广东“众创杯”创业创新大赛之技能工匠争先赛上,有一支来自佛山的团队研发出了全球领先的功率半导体芯片及模块,实现我国在功率半导体领域的原创性突破。

近日,2022年广东“众创杯”创业创新大赛之技能工匠争先赛总决赛在佛山圆满落幕。凭借独具亮点的技术与产品, “全球领先的功率半导体芯片及模块”项目突破重围,夺得广东技工主赛道企业组的金奖,不仅将获得20万元的奖金,还将享受大赛的“12+N”支持政策,包括优先入驻创业孵化基地、创业融资支持、创业担保贷款、银行专项授信等福利。

“全球领先的功率半导体芯片及模块”项目在技能工匠争先赛总决赛中进行路演。

电力电子装置的“CPU”

达成“双碳”目标的利器

功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心,俗称电力电子装置的“CPU”,其功能主要用于调节电压电流,具体用途包括变压、逆变、整流、斩波、变频、变相等。

“以电动车为例,动力电池输出直流电,但若想让汽车动起来,需要依靠功率半导体将直流电转换为交流电。但在逆变功能之外,功率半导体还需要其他电路去配合它,才能完成这个动作。”团队测试总监左安超介绍道。

实现“碳达峰”“碳中和”目标离不开功率半导体的助力。在电子电力系统中,功率模块通过控制电子电力系统的能量输出,将整个系统的能耗限制在最低范围内,从而达到对能量的合理管理,降低能耗,减少碳排放。

然而,功率半导体芯片及模块是一项“卡脖子”技术,市场长期被外国企业垄断。左安超坦言,由于功率半导体是外国企业首先发明的,技术上外国具有先发优势,但与此同时其劣势也比较明显,“功率半导体芯片及模块发展近40多年了,目前市面上主要的产品还是只有逆变功能。”

随着功率模块应用场景增加,若继续以国外的功率模块产品为标准,要实现低功耗的电能转换、达到日渐提高的能效标准,模块外围的电路设计将愈加复杂、元件数量不断增加。这不仅会增加设计成本,还会提高电控装配难度。

为实现我国功率半导体产品的原创开发,团队创始人冯宇翔已在此行业深耕近20年。2005年从清华大学毕业后,冯宇翔前往日本三菱电机全球设计总部工作,2008年他将技术带回国并承担《极大规模集成电路制造装备及成套工艺》国家重大专项,在技术攻克的探索上越走越深。

2020年,冯宇翔带领团队在佛山创立了广东汇芯半导体有限公司,开发出了偃月、青龙等一系列突破“卡脖子”技术的原创产品。

掌握六大关键技术

以高集成度领先全球

“多功能、小型化、高集成度”是汇芯功率半导体芯片及模块实现全球领先的秘诀。

功率器件、驱动IC、材料、集成设计、封装测试、应用技术,要想原创研发出高集成度的功率模块,这6大关键技术缺一不可。此外,要实现高集成、低功耗,还需攻克抗干扰、降低热损的难题。半导体器件在工作时通常都会产生一定的热量,若这些热量不及时散发,将会导致半导体器件内部的芯片结温升高,引发器件产生热击穿、结失效、电迁移扩散等失效现象。

“围绕6大关键技术,公司申请了400多项专利,占中国相关专利的15%以上。我们还率先实现3D叠片封装,量产出了集成度比国际同行高17%的驱动IC、功率密度比同行高13%的开关器件。”左安超说。

在功率器件方面,团队通过采用RC逆导技术,减少功率器件的元素数量以解决上述难点。以上技术使产品的集成度大幅提高,不仅产品功能可增强二到四倍,还能将综合成本降低50%以上,有助于缩短版图设计周期,降低电控的装配难度。

据介绍,汇芯基于完备的专利布局,目前已开发出各个功率段的产品,并做出了全球集成度最高的模块产品——偃月系列。通过高温高湿偏压、EMC11项等测试数据对比,汇芯的偃月系列产品与国外一线品牌相比,功能更强、功耗更低的同时,具备更好的可靠性。

广东汇芯半导体有限公司研发的功率半导体产品。受访者供图

在今年11月举行的广东“众创杯”创业创新大赛之技能工匠争先赛总决赛路演中,团队研发总监华庆提到,目前市面上常见的功率模块以6个IGBT加FRD(快速恢复二极管),或是6个IGBT加FRD加驱动IC的形式为主。“汇芯的高集成模块在此基础上还集成了运放、PFC(功率因数校正)等功能,随着国家能效标准逐渐提高,这项功能在应用端的需求将会提升。”

此外,更高的集成度也为制造工艺增添了压力。为保证制造一致性,汇芯提高了制造产线自动化程度,还曾建成了全球第一条全自动的模块的产线。随着外围电路极大简化,汇芯的功率半导体产品可以使装配工人数量减少50%,客户产品的失效率理论上可降低80%以上。

在接受南都采访时,本届技能工匠争先赛的评委表示,今年有不少海归、高学历人才参赛,汇芯团队正是其中之一。在路演答辩结束后,总决赛评委、广东鼎盛产业集团CEO林建强也给予了项目积极的评价:“目前功率半导体的应用广泛,这是一个很有发展前景的项目,团队突破‘卡脖子’技术的同时还具备了高集成度、可定制化等独特亮点。”

落户广东佛山

希望借助“众创杯”资源孵化更高端产品

粤港澳大湾区是中国电控板公司最集中的区域,其中属佛山一带聚集度最高。左安超告诉记者,公司落户佛山正是基于对市场的考量,“汇芯的客户主要为各大电控板设计公司,我们离客户越近就越能高效、系统地为客户提供信息和服务。”据介绍,公司成立第一年销售额就超过2000万,今年的销售额同比超过4倍,“这是市场给予我们产品的认可。”

广东汇芯半导体有限公司成立两周年时团队合影留念。受访者供图

作为一个初创公司,巨大的研发投入和有限的资金是汇芯目前所面临的最大矛盾,为了让研发工作得以持续开展,公司成立两年已完成了三轮融资。左安超表示,此次参加广东“众创杯”技能工匠争先赛不仅是为了获得融资、借助“众创杯”的资源孵化更高端的产品,更是希望与同行交流技术开发、产品研发的心得。

谈及未来,左安超告诉记者,团队的研发将继续沿着高集成、小型化的方向开发智能半导体模块,并实现产品在工业和消费、汽车和军民融合四大领域的全覆盖。“我们希望偃月、青龙这些原创产品能给行业带来全新的可能性以及革命性的变革,同时让公司成为有行业影响力的智能功率模块供应商。”

统筹:尹来 程小妹

采写:见习记者 杨晓彤 实习生 郑世艾

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