據(jù)統(tǒng)計，從我國目前全社會用電結(jié)構(gòu)中來看，工商業(yè)用戶耗電量約占80%，其中電機耗電為用電終端中占比最大的部分，約占工業(yè)用電的75%，全國總耗電的60%。如果將電機用上變頻器，至少能節(jié)能1.8億千瓦以上，如果耗能降低1%，那節(jié)能效果也是十分可觀。而變頻器的應(yīng)用，將大大節(jié)省電機的用電能耗，尤其在風(fēng)機和泵類，節(jié)能效果可以在50%以上，真正做到綠色、節(jié)能。
變頻器除了節(jié)能應(yīng)用以外，還可以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)矩極限，調(diào)整電機的停止方式，減少系統(tǒng)的機械傳動部件，使整個傳動系統(tǒng)啟動時需要的功率更低，啟動電流更小，對電網(wǎng)的沖擊更小，還可以輕松實現(xiàn)加速功能，精確控制速度，如圖下圖1。
圖1：變頻器的不同行業(yè)應(yīng)用
低壓變頻器的拓?fù)浔容^單一，主回路主要以不可控整流+制動（可選）+兩電平三相全橋逆變?yōu)橹鳎ㄈ鐖D2），少量 1140V 的礦用變頻器上會采用三電平結(jié)構(gòu)。士蘭微電子現(xiàn)以多種拓?fù)涞腎GBT模塊，不同電流、電壓和封裝規(guī)格，可以滿足變頻器不同功率段和不同應(yīng)用外觀體積的需求。
圖2：低壓變頻主回路拓?fù)?/span>
士蘭微從2013年開始研發(fā)、生產(chǎn)和銷售低壓變頻器用IGBT模塊，至今已有七個年頭，從當(dāng)初客戶對國產(chǎn)的顧慮重重到現(xiàn)在大量國內(nèi)外頂級客戶頻頻蒞臨公司指導(dǎo)交流互動，功率器件及系統(tǒng)配套半導(dǎo)體芯片的國產(chǎn)化趨勢已勢不可擋。目前，士蘭微應(yīng)用在變頻器應(yīng)用的IGBT模塊電壓覆蓋主流從600V和1200V，電流10A到600A，分別包括A1系列，A3系列，A5系列，A6系列，A8系列，B4系列，E1系列，E2系列，D1系列等等，門類齊全，兼容英飛凌現(xiàn)有封裝，如圖3所示。后續(xù)兼容Vincotech及西門康等封裝也將逐漸完善和推廣，并且電流和電壓規(guī)格還在不斷擴展，適合客戶特色應(yīng)用的不同拓?fù)浜头庋b也在不斷創(chuàng)新和突破。經(jīng)過幾年的努力和產(chǎn)品種類完善，公司IGBT模塊已大量使用在工業(yè)變頻的各個應(yīng)用行業(yè)細(xì)分市場，包括紡織機械、建筑提升、包裝機械、暖通空調(diào)、機床工具、風(fēng)機水泵、空壓機等等，尤其在江浙沿海的機床行業(yè)、建筑提升行業(yè)、海上應(yīng)用、礦用等特殊行業(yè)上廣泛應(yīng)用，正在逐步推廣到電力、石油等行業(yè)，取得良好的客戶口碑。
圖3：士蘭微量產(chǎn)IGBT模塊不同規(guī)格
截止目前，士蘭微產(chǎn)品已成功導(dǎo)入國內(nèi)標(biāo)桿變頻器企業(yè)供應(yīng)鏈體系并批量生產(chǎn)，如圖4。國內(nèi)華東，華南，華北，華中等多省份和直轄市已有眾多變頻器企業(yè)把士蘭微作為其首選IGBT模塊供應(yīng)商、首選IPM供應(yīng)商、首選半導(dǎo)體套片供應(yīng)商（包括MCU、MOS、電源芯片、模擬器件等）如圖5。隨著士蘭微IGBT模塊產(chǎn)品種類的豐富完善，士蘭微和行業(yè)伙伴的配合愈發(fā)默契，在今年半導(dǎo)體供貨緊張的大背景下，隨著終端市場的需求逐漸增加，士蘭微的供貨保障能力優(yōu)勢凸顯，自建的8吋/12吋芯片工廠最大限度地保證了長期供貨的穩(wěn)定性和產(chǎn)品長期競爭力。相信不久的將來，越來越多的行業(yè)用戶將會和公司建立長久、可靠的深度合作伙伴關(guān)系。
圖4：國內(nèi)標(biāo)桿客戶
圖5：不同廠家士蘭微模塊的應(yīng)用
士蘭微作為國內(nèi)少數(shù)的幾家IDM企業(yè)之一，擁有5吋，6吋，8吋，12吋等多座芯片廠，以及投資數(shù)億建立的復(fù)合車規(guī)級IGBT模塊產(chǎn)品封裝要求的自動化封裝廠，從系統(tǒng)研究、芯片設(shè)計、封裝設(shè)計到芯片生產(chǎn)、封裝生產(chǎn)等核心技術(shù)均由公司自主開發(fā)。從2008年士蘭微開始研發(fā)IPM用600V IGBT芯片，至今已有十余年的IGBT技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗，從早期6吋晶圓工藝到8吋晶圓工藝開發(fā)、以及后續(xù)的12吋晶圓工藝轉(zhuǎn)移，一路經(jīng)歷了IGBT各類結(jié)構(gòu)的設(shè)計及工藝研發(fā)過程，封裝也從單管、IPM逐漸拓展到大功率工業(yè)級模塊與車規(guī)級IGBT模塊，扎扎實實地掌握了IGBT核心技術(shù)，如圖6所示。后續(xù)士蘭微將基于12吋晶圓工藝研發(fā)下一代IGBT產(chǎn)品，相應(yīng)的芯片性能、質(zhì)量、成本優(yōu)勢會進一步提升。
圖6：士蘭微IGBT芯片履歷
士蘭微現(xiàn)有量產(chǎn)的IGBT模塊所配套芯片均采用Field-Stop技術(shù)，性能指標(biāo)等同于英飛凌4代水平，無論從波形，損耗，動靜態(tài)各參數(shù)都已和現(xiàn)有英飛凌4代（T4，E4，P4）持平。
性能上士蘭微IGBT模塊均可達到：Tjop=150℃，Tjmax=175 ℃，均通過UL認(rèn)證。車用模塊取得IATF16949質(zhì)量體系要求?，F(xiàn)以在國內(nèi)TOP客戶量產(chǎn)的其中一個100A 7單元模塊為例，動靜態(tài)參數(shù)如下表1，雙脈沖測試波形見表2所示。
士蘭微最新一代的場截止5代（Field-Stop V）技術(shù)更是采用了最先進的精細(xì)溝槽技術(shù)，該工藝平臺較之前常規(guī)IGBT工藝具有更窄的臺面寬度（溝槽間距僅有1.6um），用于降低飽和壓降，提高器件的功率密度，縮小芯片的尺寸，且硅厚度大幅減薄，1200V級IGBT只有110um，大大降低了器件的飽和壓降和關(guān)斷損耗?？傮w損耗相比4代芯片工藝有明顯的降低，讓變頻器客戶可以封裝跨檔使用，同一封裝使變頻器的體積有明顯的減小，既能降低成本，又整體使外觀更加美觀。
質(zhì)量是企業(yè)的生命，士蘭微具有強大的質(zhì)量團隊，從各個維度加強質(zhì)量管理，公司已經(jīng)通過了ISO9001、ISO45001、ISO14001、IATF16949、QC080000等質(zhì)量認(rèn)證體系，BCM正在導(dǎo)入中。同時我們清晰認(rèn)識到可靠性對于產(chǎn)品的重要性，通過分解復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境和苛刻的應(yīng)用工況對IGBT可靠性進行深入研究，對過程缺陷、芯片性能、抗熱疲勞能力、環(huán)境適應(yīng)能力等導(dǎo)致IGBT模塊可靠性的因素，通過降低芯片損耗、提升散熱能力、采用先進封裝技術(shù)等進行有效解決。因此我們對每個型號會嚴(yán)格按照IEC\MIL-STD\JEDEC等標(biāo)準(zhǔn)進行可靠性測試，并對出貨的每一個產(chǎn)品都進行動靜態(tài)測試、雙脈沖測試及短路測試，確保給客戶的每一顆模塊都是參數(shù)性能好，可靠性高的，符合各種行業(yè)及工礦應(yīng)用可靠性的IGBT模塊。做到既對自己負(fù)責(zé)，更對客戶負(fù)責(zé)。
士蘭微對低壓變頻器有充分的設(shè)計和應(yīng)用，內(nèi)部整機系統(tǒng)實驗和環(huán)境測試實驗室建立了完成的整機測試條件，可以測試變頻器的各項功能性參數(shù)、熱應(yīng)力、電應(yīng)力、負(fù)載變化特性、短路極限、電網(wǎng)波動、EMS能力、環(huán)境試驗等等，不僅可以充分驗證我們IGBT模塊和競品的性能、可靠性及極限對比，而且也能協(xié)助變頻器廠家對變頻器性能的評估測試，目前已經(jīng)接受國內(nèi)多家變頻器企業(yè)來公司整機系統(tǒng)實驗室進行整機性能、可靠性及極限測試及分析。
在國內(nèi)TOP客戶量產(chǎn)的其中一個100A 7單元模塊為例，動靜態(tài)參數(shù)如下表1，雙脈沖測試波形見表2圖所示。
士蘭微作為國內(nèi)知名的半導(dǎo)體企業(yè)，產(chǎn)品門類齊全，現(xiàn)有的十余條產(chǎn)品線，基本覆蓋了變頻器應(yīng)用上的絕大部分硅半導(dǎo)體器件，尤其是功率器件。國產(chǎn)半導(dǎo)體的發(fā)展之路還充滿挑戰(zhàn)，需要我國數(shù)代半導(dǎo)體人夜以繼日地秉承“繩鋸木斷，水滴石穿”的務(wù)實作風(fēng)，不斷創(chuàng)新，不斷開拓，不斷突破！
