日立能源 2023-2024 回顾与展望
公司：日立能源
受访人：Christian Winter – 全球产品经理BiPolar
Tobias Keller – 全球产品市场总监
Virgiliu Botan – 全球产品经理BiMOS
在2023年，贵公司在电力电子和功率半导体领域取得了哪些重要的成就或突破？请分享一些具体的业绩或亮点。
Zeekr的RoadPakTM电动汽车模块
TK：RoadPak SiC电动汽车模块已达到C样提交阶段，并已准备好进行批量。我们非常自豪RoadPak被用于吉利旗下VREMT的ZEEKR汽车。RoadPak模块通过采用多个并联SiC芯片和来自SiC芯片供应商的各种芯片，甚至芯片代，支持各种功率级别。
HVDC应用的最高性能
TK：最近的开发工作旨在进一步提高IGBT（绝缘栅双极晶体管）和快恢复二极管的电流能力。我们采用相匹配的双极快恢复二极管实现了5kA IGBT压接器件，创下了额定功率的记录。该模块采用了新一代平面栅IGBT芯片技术，通过优化，降低通态损耗，从而获得更高的电流容量和更低的集电极-发射极漏电流，实现更高的结温。新型双极快恢复二极管具有100kA的浪涌电流能力，带来了更多的系统设计自由度和增强的热性能。
VB：Dogger Bank风电场建成后，将成为世界上最大的离岸风电场，面积超过8660平方公里，为600多万英国家庭供电。将有近180台额定功率为12至14MW的风力发电机，转子直径为220米。该风电场通过3条高压直流（HVDC）输电线路与大陆电网相连，运行电压为+/-320kV，总容量为3.6GW。在换流站中，使用了我们创纪录的3000A StakPak压接器件。该压接器件采用了我们独特的双向绝缘栅双极晶体管（BIGT），将IGBT和二极管（FWD）集成在同一芯片中，提供最高的电流密度、更低的温度纹波和最高的故障保护。
IGCT在海上风电中的应用
CW：海上风电的应用正在蓬勃发展。许多风电场正在建设中，未来几年还会建造更多的风电场。
由于其卓越的可靠性和紧凑性，IGCT器件被广泛用于为世界上最大的风电场供电的风力涡轮机转换器。2023年，日立能源半导体公司的海上风电变流器出货量创下历史新高。一年内交付的IGCT数量足以把海上风电转化为600多万户家庭的电力。
在过去的一年中，贵公司是否引入或开发了任何创新技术或产品？这些创新如何影响了您的业务和客户？
SiC碳化硅
VB：碳化硅的引入是高压半导体最令人兴奋的消息之一。它不仅可以在一个器件上达到非常高的电压（即>10kV），而且最值得注意的是，它具有非常低的、与温度无关的开关损耗。尽管如此，这些新器件的可靠性仍有待提高。栅极电介质使器件特别敏感。为了提高其鲁棒性，日立能源公司正在引入基于高k材料的栅极电介质，通过降低该层对退化的敏感性来提高电性能（即RDSon）和可靠性。
功率模块中SiC的并联
TK：如上文Virgiliu所述，碳化硅同时被很好地引入电动汽车和许多其他应用中。我们在不使用分箱法的前提下，在功率模块中并联SiC芯片方面投入了大量时间和专业知识。因此，我们优化了可用于SiC的LinPak和RoadPakTM封装。
4.5 kV额定电压L型快恢复二极管
CW：在我们的第3代4.5 kV IGCT平台成功升级后，我们在2023年推出了相应的快恢复二极管（FRD）。新的恢复二极管产品在安装压力和性能方面与IGCT相匹配，并能够充分利用第3代IGCT的优势。它应用了我们新的阴极分段技术，即使在较低的电流、较低的温度和较高的直流母线电压下，也能提供反向恢复软特性。由于与上一代FRD相比，该器件可以在更薄的硅上制造，因此新一代的FRD由于阴极分段而提供了改进的技术权衡。
2023年对于贵公司在市场定位和客户关系方面有何重大影响？您是如何应对行业竞争和市场变化的？
TK：电气化无处不在。电力电子和功率半导体是这种电气化的主要组成部分，能够实现各种新的、极其高效的解决方案。例如，回顾20年前，一次电网中没有多少功率半导体，现在已经完全改变了，我们看到这一趋势在继续，甚至在加快。功率半导体行业以前从未有过这样的增长，凭借我们的经验和专业知识，我们正在进一步推动这些电气化的发展。
可再生能源整合推动功率半导体需求
CW：可再生能源生产市场是世界上功率半导体增长最快的市场之一。例如，海上风电已达到每年30%以上的增长率，预计未来几年将继续增长。除了越来越多地配备IGCT半导体器件的风力涡轮机转换器外，风电场还需要与海岸的电缆连接，用于电能传输。由于其距离较长，100公里或更长，因此需要HVDC技术来限制途中的功率损耗。我们的压接IGBT模块StakPak在HVDC应用的可靠性、性能和鲁棒性方面树立了全球标准。得益于日立能源公司凭借IGCT和StakPak器件在该市场的最佳定位，我们在2023年的需求强劲增长，预计未来几年还会进一步增长。
对于即将到来的2024年，贵公司有哪些重要的战略规划或目标？您预计哪些趋势或变化将在新的一年中影响电力电子和功率半导体行业？
VB：如上所述，碳化硅半导体的引入是高压功率半导体行业在过去几年中发生的最大变化。大约自2018年起，在低压（Viso<6.0kV）和高压（Viso<1.2kV）封装中提供了SiC-LinPak模块，我们现在看到这些模块已经成熟并达到商业用途。在牵引应用中，当列车需要能够通过车载能源（即电池、燃料电池）运行时，会使用DC-DC转换器。对于该转换器，使用尽可能高的开关频率极大地减小了电感的尺寸，补偿了碳化硅模块的较高成本。这些应用将进一步推动高压（即3.3kV）碳化硅模块的应用。
加强我们的IGCT平台
CW：我们的IGCT产品组合包括几种器件类型、电压等级和尺寸。目前的产品范围从2.5kV到6.5kV，我们提供反向导通、非对称和反向阻断三大类型器件。
然而，未来市场将要求更大尺寸，额定电压达到10kV。此外，成本压力使得有必要通过统一的转换器平台覆盖广泛的应用范围。在电压和功率方面使用可扩展模块对于提供有竞争力的解决方案至关重要。未来几年，日立能源公司将推出一个新的技术平台，该平台由高压和大尺寸IGCT器件组成，包括配套的二极管。这些产品将使我们的客户能够设计出一个模块化转换器系列，紧凑、高度可靠，并针对特定配置和应用进行成本优化。
较小的RoadPakTM XS
TK：我们拥有丰富的RoadPak经验。我们目前正在开发一款较小的RoadPak模块，即RoadPak XS，它可以支持多达4个碳化硅芯片并联，而且支持多个芯片供应商和芯片代。这种功率的降低使RoadPak平台也适用于小型汽车或充电应用。