據(jù)HIS Markit統(tǒng)計，近年來工業(yè)市場是增長較快的市場之一，預計從2018年到2021年的年復合增長率在6%左右，特別是安防和視頻監(jiān)控市場的年復合增長率最高，達到了19%。工業(yè)市場中市場占比最大的是生產(chǎn)與過程自動化應用。

圖1：工業(yè)市場整體行業(yè)和細分市場的年增長率。

在工業(yè)市場中，市場占比比較大的應用主要包括自動化、電機控制，以及電力與能源。最近幾年，電機控制受到的業(yè)界的廣泛關注。ST在電機控制領域的投入有目共睹。目前，ST在亞洲將已設立了7個技術創(chuàng)新中心， 其中電機控制、電力與電源以及自動化技術創(chuàng)新中心專門針對工業(yè)市場，為當?shù)乜蛻籼峁┲С植㈤_展合作，并與技術領先者合作建立聯(lián)合實驗室。

電機方案是重點，低壓電機驅動芯片銷量過10億顆

不久前，意法半導體（ST）舉辦了一場工業(yè)媒體交流會，其亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域營銷和應用副總裁沐杰勵介紹了ST在工業(yè)領域的發(fā)展情況，以及意法半導體的相關產(chǎn)品解決方案。

圖2：ST亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域營銷和應用副總裁沐杰勵。

他特意提到，ST在電機控制領域占有著11%左右的市場份額，特別是低壓電機驅動芯片的銷量已經(jīng)超過了10億顆。

圖3：ST在工業(yè)市場不同細分領域的市場份額情況。

溝通會上，沐杰勵重點介紹了與家電相關的電機控制，比如冰箱和空調的電機控制方案。他自豪地表示，即便是同一種解決方案，ST可以提供多達7種不同的架構。

圖4：ST可以提供多種架構解決方案。

沐杰勵拿1.5kW到2 kW的空調舉例說，ST可以提供4種不同的架構。一是完全分立的解決方案，可以讓客戶以他們自己喜歡的方式設計板子布局；二是采用ACEPACK模塊，可以用3個模塊處理高功率，這樣ST能夠通過緊湊型解決方案提供更高的功率。如果空間有限，還可以使用ST的雙模塊MOSFET解決方案，例如，STM32F3或G4搭配SLLIMM IPM系列智能電源模塊。此外，ST還設計了另一種架構，在STM32內核外圍集成驅動電路以及該分立解決方案，這實際上是一種針對空間稍小應用優(yōu)化的解決方案?！安煌目蛻艨梢赃x擇適合自己的方案?！便褰軇畋硎?。

由于中國從7月1日起，將要實施及其嚴格的新空調系統(tǒng)能效標準（A+）。這意味著在售產(chǎn)品都必須使用新標準解決方案，所有舊空調系統(tǒng)都需要在一定時間內更換相關部件，如逆變器或變頻端電路。

沐杰勵認為ST的解決方案可以完美地滿足這個需求，傳統(tǒng)半導體解決方案換成新的高能效解決方案，成本是在幾美元到十美元之間，這意味著每個方案的成本大約在10至12美元。ST通過用戶界面提供固件更新和cube SDK開發(fā)工具，支持壓縮機電機定制；提供所有STM32、電源模塊、分立和模擬器件、電路板。

在傳統(tǒng)的冰箱市場，如今冰箱能效標準已經(jīng)提高到A類以上，“這意味著我們的ST功率器件、STSPIN、STM32可以開始大展拳腳?！彼硎?。

圖5：ST的250W冰箱解決方案。

在IGBT方面，據(jù)沐杰勵透露，目前空調、冰箱和洗衣機里面有20%以上的產(chǎn)品都使用了ST的產(chǎn)品。而且，他預計ST的市場份額還會繼續(xù)上升。

在電機主控方面，ST的MCU可以支持從步進電機、直流電機到BLDC的各種電機?！霸跀?shù)字控制和模擬控制方面，我們有系統(tǒng)級封裝和嵌入式智能方案，功率密度高達500W /cm2。專門的電隔離驅動技術保護人身安全。從非常低的功率到非常高的功率，從數(shù)字控制器到模擬控制器，從內部嵌入式開關MOSFET，到使用IPM的擴展MOSFET，我們皆可提供豐富的產(chǎn)品組合以及擁有兩種出色的技術：STSPIN和STDRIVE?！便褰軇顚?電子發(fā)燒友網(wǎng)>表示。

其中，他重點介紹了ST SPIN32F0。據(jù)沐杰勵介紹，該產(chǎn)品有兩個版本：第一個是最高45V的低壓驅動器，用于電池供電的解決方案，也可以用于設計某些電動工具或小型家電；第二個是最高電壓600V的高壓產(chǎn)品，最高電壓250V的中壓產(chǎn)品，這些板子覆蓋多個電壓區(qū)間。

圖6：ST SPIN32F0產(chǎn)品系列介紹。

寬輸入電壓意味著控制內部MCU有多種可行方法。單電阻和三電阻電流檢測意味著可以在不同的拓撲內驅動外部單相或三相電機。這個方案和基于STM32的方案有些不同，如果使用STM32，則需要標準組件和內部尺寸大于38 mm X 38 mm的電路板，而這個方案可能只需要17 mm X 17 mm的面積，面積減少約80％。因此，對于關注空間問題的應用，例如機器人和無人機，這個方案是非常理想的。如果需要減小冰箱等大家電的尺寸，這個方案也可以提供非常靈活和優(yōu)化的性能。

沐杰勵坦言，ST目前專注家電市場，但不局限于家電市場。電力與能源、自動化也是他們關注的重點。

加大SiC和GaN等第三代半導體技術投入

近年來，基于硅(Si)、砷化鎵(GaAs)半導體材料的功率器件受材料性能所限，正接近物理極限，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入瓶頸期。而以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導體材料，具有禁帶寬度大、擊穿電場強度高、熱導率高、電子飽和速率高等特點，得到越來越廣泛的應用。工業(yè)市場對產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性有更高要求，因此SiC和GaN器件在工業(yè)市場有著更大的市場應用空間。

在工業(yè)市場，SiC器件主要應用于直流充電樁及智能電網(wǎng)、工業(yè)用電等領域，如SiC功率器件在智能電網(wǎng)的主要應用包括高壓直流輸電換流閥、柔性直流輸電換流閥、靈活交流輸電裝置、高壓直流斷路器等電力電子變壓器裝置中，可以帶來高效率、大功率、高頻率的優(yōu)勢。其中，2018-2025年SiC MOSFET在工業(yè)領域預計將保持在12%的平均增長速度。

圖7：采用ST SiC器件與數(shù)字控制的15kW雙向PFC方案。

沐杰勵表示，意法半導體在SiC器件方面，擁有廣泛的解決方案，包括分立器件、裸芯片、模塊和持續(xù)擴大的產(chǎn)能，以支持市場的加速擴張。本次交流會上，意法半導體展示了采用SiC器件與數(shù)字控制的15kW雙向PFC(3級T型)，解決方案涵蓋32位MCU STM32G474、SiC MOSFET SCTW35N65G2V、電氣隔離柵極驅動器STGAP2S、模擬溫度傳感器STLM20W87F、高壓變換器VIPer26K。SiC MOSFETs搭配STM32G474可實現(xiàn)70kHz高開關頻率運行，實現(xiàn)更高的運行效率，預計一年內將會至少節(jié)省330千瓦的能量(以每天運行12小時為例)。

意法半導體對于SiC器件的發(fā)展非常重視。去年12月，意法半導體完成了對瑞典SiC晶圓制造商Norstel的整體收購。當前SiC晶圓存在供貨短缺的情況，意法半導體收購Norstel股權，一方面是擴大SiC的貨源，另一方面也是看中了它的新技術。意法半導體總裁兼首席執(zhí)行官Jean-Marc Chery表示：“在全球碳化硅產(chǎn)能受限的大環(huán)境下，整體并購Norstel將有助于增強ST內部的SiC生態(tài)系統(tǒng)，提高我們的生產(chǎn)靈活性，使我們能夠更好地控制芯片的良率，進行質量改進，并為我們的碳化硅長遠規(guī)劃和業(yè)務發(fā)展提供支持?！?br />
據(jù)悉，Norstel正在開發(fā)一種可提高SiC晶圓質量且降低成本的制造技術。收購Norstel后，意法半導體將可以加強SiC的垂直整合，形成成本優(yōu)勢。Norstel被整合到意法半導體的全球研發(fā)和制造業(yè)務中，有助于繼續(xù)發(fā)展150mmSiC裸片和外延片的生產(chǎn)，同時研發(fā)200mm晶圓以及更廣泛的寬禁帶材料。

圖8：采用GaN FET半橋驅動SiP的65W Type-C和功率傳輸充電器。

在第三代半導體當中，還有一個明星產(chǎn)品那就是GaN產(chǎn)品，由于它的禁帶寬度較大，利用GaN可以獲得更大帶寬、更大放大器增益、生產(chǎn)尺寸更小的半導體器件。在工業(yè)市場，GaN器件產(chǎn)品包括SBD、FET等面向無線充電、電源開關等的產(chǎn)品。

目前市面上的GaN充電器可支持USB快充，以27W、30W和45W功率居多。在本次見面會上，沐杰勵介紹了采用一款采用GaN FET SiP 半橋驅動的65W Type-C & PD充電器。該方案的驅動器與2個650V GaN FET采用同一封裝，開關頻率達到350kHz，功率密度比市場標準高1.5倍至2倍。

圖9：ST POWER 分立GaN解決方案。

今年2月，意法半導體宣布與臺積電在GaN方面加強合作。意法半導體將采用臺積公司的氮化鎵工藝技術來生產(chǎn)GaN產(chǎn)品。3月份又收購了Exagan的大部分股權，推進ST長期GaN開發(fā)規(guī)劃、生態(tài)系統(tǒng)和業(yè)務。這一系列的動作足以看到ST對GaN開發(fā)的重視。

結語

據(jù)統(tǒng)計，目前亞洲地區(qū)的工業(yè)市場規(guī)模約為44億美元左右，而且增速相對比較穩(wěn)定，這對半導體廠商來說，極具吸引力。目前已經(jīng)有不少半導體廠商都把眼光轉向了這邊，都想去挖掘工業(yè)市場里更大的商機。不過，想要在這個市場站穩(wěn)腳跟卻并不那么容易，因為工業(yè)市場對產(chǎn)品的穩(wěn)定性和效率都要求頗高。