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半导体行业如何助力“绿色低碳”目标?

2023-03-22 意法半导体 阅读:
——专访意法半导体可持续发展主管

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碳达峰、碳中和已经成为全球关注的话题。国务院日前发布的《扩大内需战略规划纲要(2022-2035年)》多处提到要“大力倡导绿色低碳消费,推进制造业高端化、智能化、绿色化发展”。半导体技术的发展是打造绿色低碳社会的重要动力。同时,半导体行业自身也在积极实现绿色化与低碳化,是碳中和战略目标的积极践行者。UTLednc

我们邀请到意法半导体副总裁、企业可持续发展主管Jean-Louis CHAMPSEIX来谈谈半导体行业如何为国家的“绿色低碳”目标作出贡献。UTLednc

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意法半导体公司副总裁、可持续发展主管Jean-Louis CHAMPSEIXUTLednc

1.集成电路技术(如5G、边缘计算、功率半导体等)在哪些方面可以助力社会经济的绿色化、低碳化发展?公司在低碳绿色发展中的重点是什么?

Jean-Louis CHAMPSEIX: ST研发产品的目的是创造一个可持续发展的世界,采用可持续发展的方式开展研发活动。我们认为,在帮助世界解决环境社会挑战中,技术可以发挥关键作用。因此,我们看好“负责任产品”的开发前景,因为,这些产品可以提高人们的生活品质或用户体验,同时最大限度地降低环境影响。UTLednc

早在上个世纪九十年代初,意法半导体就将可持续发展定为公司发展的指导原则。今天,可持续发展已融入公司业务的方方面,我们能够拿出创新的解决方案,帮助世界解决社会环境难题和挑战。例如,2011 年我们启动了“可持续技术”计划,在全球范围内落实新产品开发必须考虑可持续性的设计原则。这个计划为公司、客户和整个社会创造了价值。可持续技术计划是我们独有的半导体产品生命周期评估(LCA)方法,详见ST宣传册链接¹。这个评估方法已融入我们的产品技术开发过程,贯穿产品的整个生命周期。例如,LCA从温室气体(GHG)排放、用水量和水体富营养化几个方面评估产品。UTLednc

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一般而言,转换效率较高即能耗较少的功率器件对于经济向低碳转型是一个巨大助力,我们可以在混动汽车、电动汽车、基础设施,以及所有使用功率器件的应用领域中看到这种影响。以射频信号传输为例,功耗越低,能效越高。功率转换效率对于太阳能和电池供电等新能源应用的推广应用至关重要。UTLednc

5G和其他低延迟、高吞吐量通信系统支持远程会议/活动,因此,可以减少乘坐汽车、飞机等交通工具出行。UTLednc

意法半导体多年来一直专注电动汽车、电源&能源,以及物联网&连接,这些产品技术有助于智能城市、智能建筑和智能工业发展。我们的努力包括赋能可再生能源和智能电网应用,并更好地利用可再生能源和智能电网。这些是我们的主要增长点,让我们能够在整个市场周期中保持业绩稳定增长。UTLednc

2.宽禁带半导体通常被认为具有节能省电的优势。在社会整体倡导低碳绿色发展下,对其前景如何预期?公司是否有投入宽禁带半导体的计划?

Jean-Louis CHAMPSEIX:意法半导体提供各种功率半导体产品,包括高性能的硅器件和最新的宽禁带技术,以满足可再生能源应用对高能效的要求。我们产品组合的核心是用碳化硅代替硅,利用新型宽禁带半导体的创新特性。这些半导体器件可以实现以前硅半导体无法达到的能效。 事实上,25 年来,意法半导体一直走在SiC 技术发展的前沿。与以前的硅基技术相比,意法半导体的宽禁带器件可以将开关损耗减半,最大限度地减少能源浪费。损耗降低等于热量减少,散热器变小,甚至不用散热器。因此,碳化硅还降低了最终产品的尺寸和重量,从而使安装成本降低约 50%。UTLednc

与硅基功率器件相比,具有开创性的宽禁带半导体开关速度更快,可以取得更高的转换能效,处理比更大的电流和电压。因此,在太阳能电池板中,宽禁带器件支持更多的太阳能电池和更高的功率,提高太阳能板的成本优势。以前,太阳能电池板的控制器与其余组件是分开安装的,现在可以都安装电池板内。这样提高了可靠性和能效,同时也降低了价格。UTLednc

随着低碳行动不断展开,市场对可再生能源及其配套基础设施的需求日益提高。在这一持续的转型中,半导体行业正在证明半导体对新兴清洁能源经济发展的重要性,正在激发开发者的创新力,开发安全、可扩展、可靠的能源解决方案。UTLednc

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经过几年的碳化硅技术研发,意法半导体在2004年推出了首个SiC二极管,2009 年推出SiC MOSFET晶体管,并于 2014 年开始量产。今天,意法半导体以中高压SiC功率产品丰富闻名业界。意法半导体积极扩大产能,开发完整、可靠、稳健的SiC供应链,满足不断增长的市场需求,并通过延长产品寿命计划确保产品供应连续性。UTLednc

意法半导体按照最高标准制造SiC产品,以提升电动汽车(EV)、太阳能逆变器、储能、工业电机和电源的可靠性能和能效。我们的技术超越了工业和汽车应用标准,并有望进军要求更高的空航天应用。UTLednc

通过在碳化硅技术领域深耕多年,我们能够为工业和汽车应用提供行业领先的碳化硅 MOSFET和碳化硅二极管。额定电压达到650V或1200V,具体取决于型号,这些器件将高压电力定位目标应用,可承受当今市场上最高的200ºC结温。然而,开发这些改变行业的元器件远非一帆风顺。UTLednc

碳化硅的禁带是硅的两倍甚至三倍,因为电子需要三倍的能量才能到达禁带,这意味着SiC器件可以承受更高的电压和电场。因此,与硅基解决方案相比,SiC器件的击穿电压要高得多,而导通电阻要低得多。UTLednc

SiC可以降低电动汽车电驱逆变器的整体尺寸。除了尺寸更小外,碳化硅MOSFET还集成了一个非常快的续流二极管。而硅IGBT的尺寸更大,还需要在PCB上安装一个外部二极管。总体而言,SiC 可使电驱逆变器的尺寸减小约 70%,这会引发像滚雪球一样的连锁反应,功率半导体缩小80%,冷却系统和无源元件也随之缩小 80%。UTLednc

SiC 还减小了电动汽车的车载充电器和电池管理解决方案的尺寸。紧凑的SiC可以集成到 DC-DC转换器和配电单元内。这种卓越的四合一解决方案如今已出现在商用电动汽车上,将会在经济型电动汽车上普及。总体上,SiC的耗散功率比硅技术低75%。 UTLednc

简而言之,碳化硅在汽车应用中具有许多优势:减轻车重、增加续航里程(使用碳化硅后续航>600 公里);因为碳化硅充电站把功率处理能力提高一倍(SiC快充:350 Kw),所以,可以缩短充电时间(从16分钟减少到7分钟)。UTLednc

3.当前,集成电路产业进入下行周期。国家推进低碳绿色化发展,是否有助于拉动集成电路产业走出低谷?  

Jean-Louis CHAMPSEIX:肯定有帮助。中国的绿色化发展与意法半导体帮助芯片厂商提供低碳解决方案的努力产生了共鸣。其中,通过赋能汽车电动化及相关的配套基础设施,意法半导体帮助世界从传统燃油车向更智能、更环保的出行解决方案转变。意法半导体的汽车电动化解决方案使车企能够制造出更好、更经济的电动汽车,使驾驶者能够减少空气污染,减缓全球气候变化。UTLednc

支持低碳的第二个关键动因与能源尤其是可再生能源有关。我们助力世界向更绿色的能源转型,利用碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽带隙半导体技术开发大功率、高能效的功率器件,降低太阳能电池板、风力发电机和智能电网中的能量转换损耗。UTLednc

最后,在中国,空气质量和能源管理也是的一个重要课题。我们的产品可以监测、优化和净化汽车和工业发动机的气体排放,测量城市空气污染,以及净化家庭空气。我们还在家庭、城市和工业能源领域提供各种能耗监控产品。UTLednc

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4. 近年来,越来越多集成电路公司积极践行绿色发展,如在芯片制造过程实现绿色与节能、企业数据中心的低能耗等。集成电路产业在绿色低碳发展中有多大的潜力可以挖掘?公司在这方面有哪些发展计划?

Jean-Louis CHAMPSEIX:整个半导体行业长期以来一直致力于尽可能减少经营活动特别是制造过程造成的环境影响。半导体行业减碳行动主要涉及两个方面:使用全氟化气体(PFC)造成的直接排放和消耗能源(主要是电力)引起的间接排放(温室气体协议范围 2)。 在这两个领域,意法半导体长期以来一直走在行业的前面。自1994 年以来,我们一直在积极应对这些挑战。具体来说,我们在所有前工序工厂安装了废气减排系统,通过技术手段尽可能减少 PFC 排放。意法半导体的努力得到了业界同行的认可,在世界半导体理事会主持PFC 减排工作组的工作已经超过15 年。UTLednc

我们还为半导体行业使用再生电力铺平了道路,逐年提高绿色电力的使用比例。2022年,我们的用电量中有 62% 来自可再生能源。我们承诺到 2027 年实现碳中和,并且作为碳中和承诺的一个要素,有望在2025年实现电力需求中可再生能源占比80%,2027 年100%。UTLednc

我们认为,我们全部行动计划可以消除所有可能的排放,并将使用其他方式抵消其余的排放。意法半导体将在2027年实现碳中和,以证实我们是可持续发展领导者的诉求。UTLednc

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参考资料: UTLednc

https://www.st.com/content/ccc/resource/corporate/company_promotion/corporate_brochure/group0/84/9e/cc/c8/25/26/4c/23/Sustainable_Technology_Brochure/files/ST_Sust_Tech_Brochure.pdf/_jcr_content/translations/en.ST_Sust_Tech_Brochure.pdf UTLednc

责编:Franklin
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