全球变暖是人类面临的最大挑战。全球科学家已经达成共识，必须将温室气体排放足迹减少到 2000 年度水平限制了全球气温上升 1.5oC 只有这样，我们才能有一个可持续发展的未来。为了实现未来的可持续能源网络，绿色转型势在必行，下一代能源基础设施必须有利于环境。安森美认为，下一代能源网络将是主要的Everlight代理以太阳能、风能等可再生能源为基础，结合能源储存能力。此外，我们认为电动汽车必须消耗能源 (EV) 负载迁移等高效零排放，实现可行可持续的能源网络。

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图1 21世纪能源网络

电力半导体需要实现太阳能、风能、储能等可再生能源，以及电动汽车和变频电机的高效负载。绝缘栅双极晶体管主要用于太阳能、风能和储能 (IGBT) 和碳化硅 (SiC)，将间歇性可变能源转化为可持续的一致能源网络，提供零排放的可再生能源。对于新兴的电动汽车和充电基础设施，IGBT 和 SiC 在可预见的未来，它将成为运输能源网络的主力军，促进零排放运输网络的实现。采用工业、建筑和工厂自动化 IGBT 晶体管与金属氧化物的场效应 (MOSFET) 变频无刷直流电机 (BLDC)；人类与云和 5G 网络连接也是如此。最新一代的 MOSFET 技术帮助高效电源 UPS，为全球人类网络提供无处不在的联系。

可再生能源的增长是由法律法规、激励措施和可观的投资回报驱动的

为了实现未来可持续的全球能源网络，世界上所有主要经济体和地区都在采取不同程度的法律法规和激励措施，实现去碳化，限制温室气体排放。在法律法规、激励措施和可观的投资回报的共同驱动下，我们预计可再生能源容量 (GW) 未来十年将翻一番。由于太阳能光伏电池板成本下降，太阳能将成为这一增长的主要驱动力。

在主要化石能源用户和最大碳排放者的运输网络中，鉴于政府法规和汽车制造商将更广泛的产品组合和更长里程的汽车推向市场，这将加速电动汽车 (EV) 改变步伐。加速使用电动汽车的另一个因素是减少化石燃料储量和增加开采成本。

随着工业化进程的加快，特别是在新兴经济和前沿经济中，电机的使用越来越多。在发达国家，建筑和工厂的自动化将保持增长，以抵消更高（持续上升）的劳动力成本。该领域的法律法规将要求使用更有效的电机，这也将需要更有效的逆变器来驱动这些电机，以避免浪费能源。

全球大约有 45% 电力消耗在电机上，因此提高电机效率将对降低能耗产生重大影响。它的相关逆变器对于实现这些改进至关重要，我们预计在未来 10 今年，这些设备的使用和直流电机应用中的使用量将翻一番。虽然降低运营成本将产生有利影响，但预计这里的主要驱动力将是更严格的能效法规。

零排放的关键驱动力

功率半导体的创新将成为 驱动可再生能源和高效负载能源网络的关键驱动力。为了帮助我们继续有效地利用能源，实现零排放，我们需要在开关技术性能、高效包装、成本和容量等关键领域取得进展。

图2 零排放的三大关键驱动力

无论是 MOSFET、IGBT 还是 SiC 为了提高开关的运行效率，降低静态和动态损耗，开关的关键驱动力将是技术创新。另一个关键变量是高效包装，因为没有真正理想的开关，总会有一些损失必须以热量的形式从半导体芯片中释放出来。从商业角度来看，成本一直是一个重要因素。随着电动汽车、可再生能源基础设施和云电源指数的增长，这些技术的供应链弹性成为最关键的因素之一。

功率半导体的技术创新

在半导体技术中，选择最优化的开关技术通常取决于特定应用的功率水平和开关频率，以实现高系统级能效。提供下一代高效可持续网络的唯一途径是在所有这些技术领域不断创新。

图3 开关技术将特定于应用

安森美领先硅 (Si) 技术、MOSFET 和 IGBT 同时，技术正在大力投资以实现 SiC 竞争力的跳跃式发展为市场提供了优秀的开关技术。

SiC 是第三代半导体，又称宽禁带 (WBG) 材料的性能优于硅。其主要性能驱动因素是可以实现更高密度的单元结构。这种更高的单元密度可以提高效率，并允许电动汽车使用相同的电池组提供更长的里程。

对于 IGBT，硅片的晶圆厚度和深停止层对提高效率和功率能力至关重要。 MOSFET，关键驱动因素是单元间距和单元密度。安森美继续减少这两个因素，从而提高效率。

包装的创新有助于提高散热性和可靠性。根据应用程序使用单独的设备或模块。电动汽车等高功率 (150kW-250kW) 主驱模块可能是应用中的理想选择。

包装创新有三个关键领域：互连、材料和模块。从焊料互连到烧结或烧结夹，可以降低接触电阻，提高可靠性。

在材料领域，关键创新包括银铜烧结和最终嵌入，可以延长生命周期，提高功率密度。封装热阻是主驱动模块中的关键参数。在这里，使用双面直接冷却可以显著提高热阻，从而提高功率密度。

可靠、高弹性的供应链

除了开关和包装的技术进步外，安森美还提供了可靠、高弹性的供应链。尽管安森美采用了它 Fab-lite(轻晶圆厂)模式，但它是为数不多的能在内部加工自己晶圆的功率半导体公司之一，能够提供稳定的供应链。最近的 GT Advanced Technologies 收购可确保 SiC 高度垂直整合和弹性供应链，SiC 是实现未来可持续增长的关键技术之一。通过与第三方的长期合作伙伴，包括晶圆厂和OEM厂，提高了供应链的弹性。

总结

下一代高效能源网络将建立在具有存储能力的可再生能源上，并将非常有效地利用由电动汽车、变频电机和高效负载驱动的网络。优秀的硅 SiC 开关技术、高效可靠的包装和弹性供应链是未来实现净零排放的关键驱动力。

安森美是硅基设备领域公认的龙头企业，基于大量投资 SiC 设备领域的领导者继续为行业提供智能高效的功率半导体，帮助行业实现净零排放，构建可持续发展的未来。