功率半导体的极致演绎，英飞凌从晶圆、封装、模块、方案进行全面技术创新

从工业数字化、到电动出行、再到现在的AI革命，离不开创新的能源技术驱动，尤其是以SiC/GaN为代表的第三代功率半导体技术的发展。而英飞凌凭借在该领域的持续创新，牢牢把握这一趋势。

英飞凌拥有硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的全面布局，并且在晶圆、封装、模块上实现了技术领先。通过协同其领先的MCU/MPU产品线，更是在一站式系统方案上具备其他功率半导体厂商所不具备的全栈能力。

（图片来源于英飞凌官网）

领先地位源于其在功率半导体上的全链条整合能力：在晶圆层面，英飞凌推出的第二代SiC MOSFET沟槽栅工艺可实现业界极低的RDS(ON)，200mm碳化硅晶圆已经进入规模化量产；其GaN e-mode HEMT工艺支持MHz级高频，且是首批实现 200 毫米 GaN 大批量生产的公司之一，并率先推出全球首款 300 mm GaN 功率晶圆。在封装维度，Q-DPAK、LGA和HPD封装结合银烧结和扩散焊接技术，降低电感和热阻，提升可靠性。在模块层面，CoolSiC™ 、CoolGaN™ 和EconoPACK™ 模块通过低电感和高效散热支持高功率密度；在方案维度，全栈解决方案整合AURIX™  MCU、PSoC™  MCU和传感器，助力电动汽车、可再生能源和AI数据中心实现效率提升和低碳转型。这种多材料、多维度的技术协同使英飞凌在宽禁带半导体市场占据优势，驱动全球功率电子向高效、可持续方向发展。

在近日的PCIM Asia上，我们参观了英飞凌展台，了解了英飞凌在功率半导体领域的主要展品和全新应用解决方案。

绿色出行：一站式系统方案+灵活分立器件、封装特色

我国已经成为新能源汽车产销量位居全球第一的国家，对于功率半导体的市场需求旺盛。而英飞凌也持续关注和布局中国绿色出行赛道，这次更是带来了诸多的新技术、新产品和解决方案。

主驱逆变器：一站式系统级方案

首先，英飞凌展示了其主驱逆变器一站式系统级方案，该800V SiC主驱逆变器系统支持800V高压直流工作电压和750Arms电流输出，采用Infineon HPD Gen2 1200V SiC MOSFET，可耐受最高200°C的结温，具备优异的高温与高压性能。系统主控基于AURIX™ TC49X系列高性能单片机，集成PPU、CDSP及Hypervisor等模块，实现高效控制与功能安全分区；配备专为逆变器设计的IPMIC电源管理芯片，支持ASIL D功能安全等级，集成安全逻辑与激励信号管理；电流检测采用XENSIV™系列无磁芯电流传感器，避免磁饱和问题，具备高精度与高集成度，并满足ASIL B功能安全要求；驱动部分支持原副边安全信号输入，符合高压加强绝缘标准，整体系统在性能、效率与功能安全方面均达到电动汽车主驱系统先进水平。

800V SiC主驱逆变器系统

据英飞凌现场展台工程师介绍，因为其中用到了1200V的SiC MOSFET，因此可以提供高达750A的大电流能力，同时工作结温还可以达到200度。该demo可以帮助客户快速实现对于样品引入的测试和系统验证。

而在21ic看来，这款demo也很好地展示了英飞凌区别于其他功率半导体厂商的全栈技术能力。因为英飞凌有着性能最极致的SiC功率MOS管、也有全球领先的微控制器产品组合，同时还具备PMIC和Sensor的产品组合。其他功率半导体厂商在这几方面的产品布局上或多或少存在一些短板。

嵌入式功率方案：最大化SiC利用率

英飞凌展示的CoolSiC™ 嵌入式PCB方案采用了新一代G2p芯片技术。据现场英飞凌工程师介绍，该方案通过将芯片直接嵌入PCB板中，显著降低了杂散电感，提升了工艺密度。这种低杂散电感设计（可低至2nH）使系统能够支持更高的电压等级，例如从800V提升至850V、900V甚至950V的电动车电压平台。

嵌入式碳化硅方案

与传统设计相比，嵌入式SiC方案大幅减少了电压纹波。例如，传统设计的纹波可能高达一两百伏，限制了1200V器件的使用范围。而CoolSiC嵌入式PCB的纹波可控制在30V至50V的水平，使1200V器件能够支持高达1000V的系统电压。换言之，传统的1200V功率方案只能支持800V的电车架构使用，而此方案的1200V就可以支持1000V的电车架构使用。这种特性不仅降低了系统成本，还最大化了SiC器件的利用效率，同时提供了灵活的PCB设计，满足不同功率和尺寸需求，展现出显著的系统级优势。

SSC模块：集成CoolSiC™ Gen3技术

新一代塑封半桥模块SSC也是此次展出的重点之一，该模块具有750V和1200V两个电压等级，并覆盖了从350Arms到750Arms的电流范围。模块设计显著降低了杂散电感至小于5nH，并集成了CoolSiC™ Gen3技术，同时也支持GaN的拓展应用。此外，该模块还能兼容不同的散热系统设计。

SSC模块

据现场的英飞凌工程师介绍，此次在PCIM Asia上展示的这款SSC模块是一种单面水冷模块。目前，该产品主要基于SiC技术，其功率密度较高。当前展示的样品长度较长，但实际量产版本的长度将进一步缩小，大约只有60-66mm，宽度约为30-40mm。与相同功率密度的传统IGBT方案相比，该模块的整体体积大幅减小。目前，它可以提供四五百安培的电流能力，能够满足主流市场需求。此外，英飞凌还会在该系列下推出更多产品来覆盖更高的电流需求。

针对电动重卡：HybridPACK™ HD模块

针对电动重卡，英飞凌也有HybridPACK™ HD模块展示。该模块具备高可靠性与长使用寿命，设计使用寿命不低于120万公里，累计运行时间可达60,000小时以上。支持高达600 kW的功率输出，可适配高速电机应用，并采用紧凑化设计，具备优异的抗振性能，适用于高度集成的电驱系统。该模块当前支持800V CCS充电标准，据英飞凌现场展台工程师介绍，它也能支持1400V乃至1500V电压等级，因此同时具备向1250V乃至1500V的兆瓦级充电系统（MCS）兼容的扩展能力。

HybridPACK™ HD模块

空调压缩机：智能功率模块（IPM）

英飞凌的e-compressor，即车用空调压缩机，是一款功率模块产品，额定电压为1200V，功率范围在3000至6000W之间。这款产品可以选择不集成驱动功能，仅作为功率模块使用；也可以集成驱动功能，并包含一些保护功能，但此时功率可能会相对较小。展示的空调压缩机demo中，红色部分代表热气，蓝色部分代表冷气，通过压缩过程实现从冷气到热气的转换。该demo使用的核心组件为IPM（智能功率模块）的产品，功率同样在3至6000W范围内。

AI数据中心：从电网到AI芯片全套供电方案

英飞凌在现场展示了针对AI服务器的从“电网到核心”的完整架构及其每一级对应的解决方案。当前整个AI数据中心的电力架构转换可以分为大致三级，从220V-48V-12V（8V、6V）-1V（0.8V）。而英飞凌提供的主要方案包括PSU、BBU、热插拔保护、DCDC转换（IBC）和最后一级的AI芯片DC垂直供电方案。

首先，电源供应单元（PSU）是整个电力系统的入口，负责将交流电转换为48V直流电，作为数据中心内部统一的中间母线电压；电池备份单元（BBU）负责在交流电出问题的时候提供备份的48V稳压输出；热插拔保护模块则放在加速卡上，负责稳定加速卡插入拔出时的冲击电流。接下来，通过高效的DC-DC转换技术，将48V直流电进一步降压至适合AI芯片（CPU/GPU/AI ASIC）工作的低电压等级。

现场，英飞凌展台工程师针对新的技术趋势进行了详细的讲解。

赋能AI：从电网到核心

PSU：从12V母线升级48V母线

传统服务器通常使用12V直流供电，但随着服务器功率的提升，电流会变得非常大，导致传输损耗显著增加。在大型服务器中，从机架电源到板卡之间存在一定距离，通常使用铜排进行电力传输。尽管铜排导电性好，但距离较长时仍会产生损耗。为了减少损耗，一种方法是加粗铜排，但铜材价格昂贵，成本较高。

为了解决这个问题，现代高功率服务器开始采用48V总线电压。相比12V，48V电压下，相同功率所需的电流仅为原来的四分之一，显著降低了传输损耗。对于AI算力中心等大规模系统，功率可能达到兆瓦级别，传输损耗的优化尤为重要。据了解，此类系统中使用的铜材可能重达数百公斤，成本高昂。通过提高电压，不仅可以减少铜材用量，节约成本，还能显著提升系统效率。因此，48V总线电压的应用成为当前高功率服务器设计中的重要趋势。

BBU：电流反馈型差分功率转换

在AI数据中心中，系统从交流电转换得到48V直流输出后，会接入BBU。该BBU的作用是，在交流电出现故障或输出中断时，利用连接的电池（额定电压为48V）为后续系统组件（如AI加速卡等板卡）提供临时供电，确保系统在一段时间内正常运行。BBU的一端连接交流电，另一端连接电池；当交流电供应中断时，电池会立即接管供电。然而，电池在使用一段时间后，其电压可能会变得不稳定（如从48V降至46V或42V），从而影响后端负载的正常工作。

为了解决这一问题，需要通过专用电路来调节电池输出电压，使其稳定在48V。传统方法是通过一个DC-DC转换器直接将电池的变动电压转换为稳定的48V。这种方法逻辑简单且易于理解，但转换功率较大——例如，如果整个负载为10kW，则转换器需要处理相当于10kW的功率。

作为创新方案，英飞凌开发了一个4kW的BBU方案，采用了创新的“电流反馈型差分功率转换”的技术思路，主要器件包括40V和80V OptiMOS™、EiceDRIVE™栅极驱动器和PSOC™ C3 MCU。具体而言，当电池电压下降（如降至42V，与目标48V相差6V）时，该电路仅转换生成所需的差值电压（即6V），然后将此电压与电池本身的42V进行串联，从而输出稳定的48V。这样一来，转换的功率部分显著减小，转换损耗降低，整体效率得到提升。该方案被称为电流反馈型差分功率转换器，其核心在于仅处理功率和电压的差值部分。

热插拔保护：宽输入电压+可编程控制

BBU输出48V电压至服务器系统的背板。该背板用于连接多个板卡，这些板卡插入背板后，一方面接入48V电源，另一方面传输各种信号至背板。

在板卡插入时，如果直接接入48V电源，由于板卡内部存在大量电容，这些电容在初始状态下电压为零，突然施加48V电压会导致电容瞬间充电，产生极大的冲击电流（inrush current）。这种冲击电流不仅可能拉低总线电压，还会干扰其他已连接板卡的运行。

为了限制插入板卡的冲击电流，需要在每个加速板卡上添加一个热插拔电路。该电路包括一个控制器芯片（现场展示的型号为XDP710-002），来控制MOS管作为开关。简单来说，这个热插拔控制器通过缓慢开启MOS管来控制48V电源接入板卡的速度，从而减小冲击电流。具体实现上：该控制器可以根据客户需求，通过软件设定开关的速度和电流大小。在冲击电流工作条件下，MOS管工作在线性区，如果电流过大，会影响其寿命。因此，控制器芯片会限制MOS管的电流，使其缓慢上升，而不是瞬间冲高。通过控制驱动电压逐步抬升，MOS管的电流能力随之逐步增强，从而使系统板卡感受到的冲击电流保持在较小水平。

48V DCDC到AI芯片：固定变比IBC和垂直供电

从48V母线电压开始到AI芯片的供电，还需要经过两级的DCDC转换。48V要逐步转换为中间电压（如12V、8V或6V），这一阶段称为IBC（中间母线转换器），然后从中间母线电压最终输出到AI芯片所需的低电压（如1V或0.8V）。传统上，48V首先转换为12V，使用标准功率模块尺寸，如全砖、半砖、1/4砖或1/8砖。这些模块过去主要以稳定12V输出为主，但现在输出电压和尺寸有所变化。

中间母线电压的转换方式分为稳定输出和固定变比两种。固定变比（如4:1）意味着输出电压随输入变化而变化，例如输入48V输出12V，输入54V则输出更高电压，但比例不变。这种方式适用于前端电压较稳定的场景，后级可以再进行稳压。固定变比还能采用新型拓扑，如开关电容转换器，以实现更高效率。

近年来，大部分客户通过评估不同变比（如5:1、6:1、8:1、10:1或11:1）发现，8:1变比在整体系统效率上表现更优。因为前端转换（如48V转6V/8V）后，还有后级从中间电压转到1V或0.8V，两级效率综合考虑，48V先转6V往往更好（相比48V转12V）。具体分析：6V转1V模块内部集成MOS管和电感，使用15V MOS管（相比12V输入需用25V MOS管），性能更好、开关损耗更低，从而显著提升效率。前级48V转12V与转6V的效率差异不大，但后级从25V MOS管换成15V MOS管，能带来明显效率提升。即使0.1%-0.3%的改进，在行业内也被视为重大，因为产品已趋于极致，效率优化难度很高。

因此，许多客户设计了8:1固定变比模块，例如一个750W模块，两个并联可达1500W，生成6V中间母线供电给后级，后级再为CPU或GPU提供电源输入。

在AI芯片的最终一级供电上，英飞凌创新地提出了垂直供电的架构。在传统供电设计中，DCDC模块（如12V转1V）只能放置在CPU/GPU芯片的旁边。但随着AI服务器对算力的需求增加，AI芯片电流从过去的几十安或一两百安，上升到如今的三四百安甚至七八百安。这种低电压大电流传输，传输距离会造成显著损耗。垂直供电则将DCDC置于CPU/GPU正下方背面，AI芯片和DCDC直接穿过板子连接进行控制，这大大缩短了传输距离，极大降低损耗和热量。

英飞凌现场展示的垂直供电方案的供电电流可达1000A，使用16个Tiber模块，共32相（每个模块含两相），每相额定电流约60A。

光储和工业应用提效：第二代SiC技术性能出色

在英飞凌展台，其工业与基础设施业务展示了针对光储新能源应用的先进产品和参考设计，彰显了其技术实力和市场洞察力。

据现场工程师介绍，英飞凌推出了包括第七代IGBT7和1200V及1400V CoolSiC™ MOSFET在内的新款单管系列产品，依托先进的晶圆技术，为高要求的光伏储能系统提供卓越性能。特别值得一提的是创新的Q-DPAK顶部散热封装，该封装设计紧凑、超薄，通过高效散热显著提升功率密度，支持最新的碳化硅和硅技术，并提供多种拓扑选择。此外，DTO封装通过将传统两个管子的功能集成到一个单元中，简化了系统设计流程，提高了效率和便利性。

英飞凌还展示了从小型Easy系列到大型Econo系列的模块解决方案，整合了最新IGBT和碳化硅技术，覆盖从户用光伏到工商业组串式光伏及大型电站的全功率段需求，确保高效和可靠的性能。据介绍，英飞凌在中国光储市场占据较高份额，表现优异，通过针对不同应用场景优化产品设计，包括定制化功率等级，满足多样化需求。这些产品和解决方案展现了英飞凌在光储新能源领域的技术领先性和竞争力，为行业发展提供了高效、灵活的支持。

除了光储的相关方案外，英飞凌还针对工业领域展示了全新的技术方案。

高度集成的单片辅助电源解决——CoolSET™ SiP

CoolSET™ SiP是英飞凌在今年上半年最新推出的、一款高度集成的单片辅助电源解决方案。其最大特点是高度集成，尽管这款IC体积小巧，却功能完备，堪称“麻雀虽小，五脏俱全”。它集成了源边控制、源边主开关、副边同步整流控制以及源副边隔离反馈等功能，真正实现了一站式的单片电源解决方案。

对于应用工程师而言，这款IC使用起来极为方便。只需搭配少量的外围元器件，就能实现简单、紧凑的电路布局设计。目前，这款产品主要针对辅助电源应用领域，广泛应用于家电类产品，如空调、冰箱、洗衣机等设备的辅助电源部分。同时，它也适用于传统开关电源以及当前热门的AI服务器电源等多种场景。

CoolSET™ SiP系列IC的功率支持范围广泛，最高可达百W级别。本次展会上展示的产品主要覆盖45W至60W的常见功率段，这些功率需求均可轻松实现。未来，随着技术的进一步发展，该系列IC的功率甚至有望突破100W。

特别值得一提的是，目前展示的版本采用800V硅基开关管，而英飞凌正在规划推出SiC版本。碳化硅版本将具有更低的导通阻抗、更高的开关频率以及更优的温升控制，从而显著提升性能和效率。相比Si基版本，SiC版本在短路能力和可靠性方面表现更为出色，尤其适合对功率和可靠性要求更高的电源应用场景。

英飞凌采取Si IGBT和SiC“两条腿走路”的策略，同时提供IGBT和SiC版本，以满足不同市场需求。碳化硅版本的功率范围预计在80至100W，内部将搭载800V SiC开关管，进一步提升开关频率和可靠性。

第二代SiC技术——CoolSiC™ MOSFET 750 V G2

CoolSiC™ MOSFET 750 V G2则是英飞凌推出的是一款基于第二代碳化硅技术的功率器件，专为提升汽车和工业电源转换应用的系统效率和功率密度而设计。该产品提供多样化的产品组合，典型导通电阻（RDS(on)）在25℃时范围覆盖4 mΩ至60 mΩ，适用于车载充电器（OBC）、DC-DC转换器、电动汽车辅助设备（xEV）、充电桩、太阳能逆变器、储能系统、电信以及开关电源（SMPS）等工业应用。

与上一代相比，CoolSiC™ MOSFET 750 V G2 在性能上实现了显著提升，导通电阻（RDS(on)）低至业界领先的4 mΩ，性能参数和品质因数（FOM）提升了30%至40%，显著降低了开关损耗并提高了系统效率。这一优势使其在高效率要求的场景中表现尤为出色。

该产品采用创新的 Q-DPAK 顶部散热封装，厚度仅为2.3毫米，设计紧凑且散热性能优异。由于内部并联了多个小单元以实现超低导通电阻，Q-DPAK封装的占板面积相对较大，但其薄型设计非常适合对尺寸敏感的应用场景。例如，在家用固态断路器（空开）中，Q-DPAK封装能够完美适配其狭长、薄型的空间需求。传统机械触点空开在交流电关断时容易产生拉弧，影响可靠性，而CoolSiC™ MOSFET 750 V G2 通过背靠背串联两个器件的方式，构建高效的交流功率回路。其超低的导通电阻（4 mΩ）在长时间导通时能大幅降低损耗，同时紧凑的尺寸便于集成控制电路和驱动电路，特别适合固态断路器、充电桩、车载充电器及服务器电源等应用。

结语

从去年的数据来看，英飞凌在功率半导体市场表现卓越，特别是在功率分立器件和模块市场份额位居第一。中国是全球最大的新能源汽车（EV）市场，英飞凌的高性能MCU和功率半导体将直接支持中国EV产业链的快速发展。在光伏储能领域，其SiC和GaN技术助力高效能源管理，契合中国可再生能源扩张需求。在工业自动化中，英飞凌的功率模块和MCU、传感器技术相结合赋能中国制造升级。而在AI数据中心领域，英飞凌从电网到核心的一站式方案，将会为低碳化数据基础设施提供有力支持。

此次英飞凌参展PCIM Asia，不仅是对于功率半导体的极致演绎，也是其落实“在中国为中国”战略的再次印证。未来，预期英飞凌还将持续通过本地化生产和生态合作，显著提升了市场响应速度和成本竞争力，助力中国客户在新能源和智能化浪潮中占据领先地位。