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，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
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
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
