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全球變暖是人類面臨的最大挑戰。全球科學家已經達成共識，必須將溫室氣體排放足跡減少到 2000 年度水平限制了全球氣溫上升 1.5oC 只有這樣，我們才能有一個可持續發展的未來。為了實現未來的可持續能源網絡，綠色轉型勢在必行，下一代能源基礎設施必須有利于環境。安森美認為，下一代能源網絡將是主要的Everlight代理以太陽能、風能等可再生能源為基礎，結合能源儲存能力。此外，我們認為電動汽車必須消耗能源 (EV) 負載遷移等高效零排放，實現可行可持續的能源網絡。

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圖1 21世紀能源網絡

電力半導體需要實現太陽能、風能、儲能等可再生能源，以及電動汽車和變頻電機的高效負載。絕緣柵雙極晶體管主要用于太陽能、風能和儲能 (IGBT) 和碳化硅 (SiC)，將間歇性可變能源轉化為可持續的一致能源網絡，提供零排放的可再生能源。對于新興的電動汽車和充電基礎設施，IGBT 和 SiC 在可預見的未來，它將成為運輸能源網絡的主力軍，促進零排放運輸網絡的實現。采用工業、建筑和工廠自動化 IGBT 晶體管與金屬氧化物的場效應 (MOSFET) 變頻無刷直流電機 (BLDC)；人類與云和 5G 網絡連接也是如此。最新一代的 MOSFET 技術幫助高效電源 UPS，為全球人類網絡提供無處不在的聯系。

可再生能源的增長是由法律法規、激勵措施和可觀的投資回報驅動的

為了實現未來可持續的全球能源網絡，世界上所有主要經濟體和地區都在采取不同程度的法律法規和激勵措施，實現去碳化，限制溫室氣體排放。在法律法規、激勵措施和可觀的投資回報的共同驅動下，我們預計可再生能源容量 (GW) 未來十年將翻一番。由于太陽能光伏電池板成本下降，太陽能將成為這一增長的主要驅動力。

在主要化石能源用戶和最大碳排放者的運輸網絡中，鑒于政府法規和汽車制造商將更廣泛的產品組合和更長里程的汽車推向市場，這將加速電動汽車 (EV) 改變步伐。加速使用電動汽車的另一個因素是減少化石燃料儲量和增加開采成本。

隨著工業化進程的加快，特別是在新興經濟和前沿經濟中，電機的使用越來越多。在發達國家，建筑和工廠的自動化將保持增長，以抵消更高（持續上升）的勞動力成本。該領域的法律法規將要求使用更有效的電機，這也將需要更有效的逆變器來驅動這些電機，以避免浪費能源。

全球大約有 45% 電力消耗在電機上，因此提高電機效率將對降低能耗產生重大影響。它的相關逆變器對于實現這些改進至關重要，我們預計在未來 10 今年，這些設備的使用和直流電機應用中的使用量將翻一番。雖然降低運營成本將產生有利影響，但預計這里的主要驅動力將是更嚴格的能效法規。

零排放的關鍵驅動力

功率半導體的創新將成為 驅動可再生能源和高效負載能源網絡的關鍵驅動力。為了幫助我們繼續有效地利用能源，實現零排放，我們需要在開關技術性能、高效包裝、成本和容量等關鍵領域取得進展。

圖2 零排放的三大關鍵驅動力

無論是 MOSFET、IGBT 還是 SiC 為了提高開關的運行效率，降低靜態和動態損耗，開關的關鍵驅動力將是技術創新。另一個關鍵變量是高效包裝，因為沒有真正理想的開關，總會有一些損失必須以熱量的形式從半導體芯片中釋放出來。從商業角度來看，成本一直是一個重要因素。隨著電動汽車、可再生能源基礎設施和云電源指數的增長，這些技術的供應鏈彈性成為最關鍵的因素之一。

功率半導體的技術創新

在半導體技術中，選擇最優化的開關技術通常取決于特定應用的功率水平和開關頻率，以實現高系統級能效。提供下一代高效可持續網絡的唯一途徑是在所有這些技術領域不斷創新。

圖3 開關技術將特定于應用

安森美領先硅 (Si) 技術、MOSFET 和 IGBT 同時，技術正在大力投資以實現 SiC 競爭力的跳躍式發展為市場提供了優秀的開關技術。

SiC 是第三代半導體，又稱寬禁帶 (WBG) 材料的性能優于硅。其主要性能驅動因素是可以實現更高密度的單元結構。這種更高的單元密度可以提高效率，并允許電動汽車使用相同的電池組提供更長的里程。

對于 IGBT，硅片的晶圓厚度和深停止層對提高效率和功率能力至關重要。 MOSFET，關鍵驅動因素是單元間距和單元密度。安森美繼續減少這兩個因素，從而提高效率。

包裝的創新有助于提高散熱性和可靠性。根據應用程序使用單獨的設備或模塊。電動汽車等高功率 (150kW-250kW) 主驅模塊可能是應用中的理想選擇。

包裝創新有三個關鍵領域：互連、材料和模塊。從焊料互連到燒結或燒結夾，可以降低接觸電阻，提高可靠性。

在材料領域，關鍵創新包括銀銅燒結和最終嵌入，可以延長生命周期，提高功率密度。封裝熱阻是主驅動模塊中的關鍵參數。在這里，使用雙面直接冷卻可以顯著提高熱阻，從而提高功率密度。

可靠、高彈性的供應鏈

除了開關和包裝的技術進步外，安森美還提供了可靠、高彈性的供應鏈。盡管安森美采用了它 Fab-lite(輕晶圓廠)模式，但它是為數不多的能在內部加工自己晶圓的功率半導體公司之一，能夠提供穩定的供應鏈。最近的 GT Advanced Technologies 收購可確保 SiC 高度垂直整合和彈性供應鏈，SiC 是實現未來可持續增長的關鍵技術之一。通過與第三方的長期合作伙伴，包括晶圓廠和OEM廠，提高了供應鏈的彈性。

總結

下一代高效能源網絡將建立在具有存儲能力的可再生能源上，并將非常有效地利用由電動汽車、變頻電機和高效負載驅動的網絡。優秀的硅 SiC 開關技術、高效可靠的包裝和彈性供應鏈是未來實現凈零排放的關鍵驅動力。

安森美是硅基設備領域公認的龍頭企業，基于大量投資 SiC 設備領域的領導者繼續為行業提供智能高效的功率半導體，幫助行業實現凈零排放，構建可持續發展的未來。