从新型半导体材料着手，「芯干线科技」缓解行业能耗问题

围绕氮化镓、碳化硅研制更高效的功率器件。

“每Google一次的能耗，相当于一个100瓦的灯泡工作了1小时。”在以硅为主角的互联网时代里，十年前，这类说法就屡见不鲜。

这种将全部服务器的能耗平均到每次查询上的意义或许并不大，但依然体现了能耗问题一直以来都是个被关心的问题。

近两年，疫情反复、贸易摩擦、技术升级等多重因素叠加在一起，各国开始密集出台半导体扶持政策。

由于日益增长的能源电力需求，对电力转换的效率要求越来越高，第三代半导体的发展更是被抬到了一个前所未有的高度。既然继续从冷却系统、设计合理的硬件和算法等方面着手降低能耗，达到的效果始终有限，那么，从新型半导体材料本身出发去寻找新的器件性能，去实现不断降低能耗的目的，便成了行业内的共识。

不同于以硅、锗为代表的第一代半导体，也不同于以砷化镓、磷化铟为代表的第二代半导体，第三代半导体拥有更宽的禁带宽度，更低的开关损耗，从而可以实现更高效的能量转换

宽禁带半导体材料被称为“第三代半导体材料”，具体指禁带宽度在2.3eV及以上的半导体材料，这类半导体材料具有高击穿电压、高导热性和抗辐射能力，主要的代表有氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌和金刚石等，利用该类材料制作的半导体器件统称为第三代半导体器件。

南京芯干线科技有限公司（以下简称“芯干线”）成立于2020年，聚焦宽禁带半导体器件的设计、生产和应用，专注于为客户提供完整的宽禁带半导体器件以及电源系统解决方案。

芯干线的总部位于南京，在苏州和深圳设有办公室，在台北和温哥华设有办事处。目前， 南京总部办公室主要从事单芯片设计、测试；苏州主要从事模块产品设计与小型电源系统开发；深圳办公室是芯干线的商务支持与大功率电源系统开发部门。海外办事处主要从事终端客户技术支持工作。

芯干线创始人兼董事长傅玥毕业于浙江大学的电子工程专业，后在美国中佛罗里达大学完成了电子工程硕士、博士的学习，期间，连续5年获得了中佛罗里达大学的最高荣誉奖“校长奖学金”。

傅玥比大多数人幸运，在浙大毕业后，他在第一份工作里就接触到了刚刚出现的宽禁带半导体材料——碳化硅，当时的傅玥担任台达电力电子研发中心的电源研发工程师。这个刚出现的碳化硅肖特基二极管被他们应用在了当时一个比较大的通信电源项目中，使用后，效率立刻提升了一两个点。

“我当时萌生了一个简单的想法，电力电子行业发展的基本推动力、源动力还得靠功率半导体，尤其是先进的功率半导体材料，先进的功率半导体器件是推动整个产业发展的本质。这个认识给了我很大的触动，让我从电力电子行业转到了功率器件行业。”傅玥对创业邦说道。

2010年氮化镓市场兴起，仅四年后，傅玥就在加拿大完成了氮化镓功率器件的仿真设计，还因此被邀请到香港参加全球最权威的功率器件会议——IEEE ISPSD国际会议，发表了该仿真设计的主题演讲。

从当时收集到的各种信息和反馈来看，傅玥认为氮化镓无疑会是未来的一大发展方向。但那时，氮化镓、碳化硅这类新材料还太过早期，良率难以保证，且即便是电源行业的头部企业也难用得起。

近几年，无论是在良率、性能上，还是在成本价格上，氮化镓、碳化硅都已经迭代得更好，有了更大的替代硅等“旧”材料的可能性。

根据2021年达摩院总结的十大科技趋势可以看到，其中的第一趋势就是以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体将迎来应用大爆发。

可以说，碳化硅、氮化镓从出现到爆发的各个阶段，傅玥一直身处行业中心，如今，傅玥开始带领着芯干线一起参与到宽禁带半导体行业的发展中来。

早在2016年，傅玥就精准的定义了GaN在小功率充电器市场的应用，并首先开发出来了一款65W的GaN充电器，但是由于磁性器件材料的限制，GaN并没有充分发挥出高频开关的特性，功率密度没有得到较高的提升。

直到去年，芯干线推出了130W的氮化镓快充，它同时应用了芯干线的GaN器件和行业最优秀的磁性器件，这款快充的出现一举解决了传统大功率充电器的体积大、不便携的客户应用痛点。在行业内引起了非常大的震动。

在这款130W快充（2C+A）的 PCBA上，与某家行业头部公司产品（2C）对比，尺寸上，芯干线PCBA的尺寸为76×57×23mm，而该公司的为66.5×66.5×25mm，在体积上，芯干线能做得更小，效率更是提高了1%。

制作工艺方面，该公司在主功率部分采用了2块大板，通过定制连接件对插+2块输出 type-C 小板。芯干线130W由1块主板+1块输入滤波小板+1块1A1C小板+2块type-C小板构成，安装生产更为简单。

傅玥表示，功率器件的生产是一个系统工程，其中的壁垒不仅仅出现在一个地方，而是很多地方。从设计，流片到封装测试，以及应用方案的设计，各家公司在每一个环节里，都有自己不同的风格。

目前，芯干线的产品线包括了增强型氮化镓功率器件（X-GaN）、碳化硅功率器件（X-SiC）以及第三代半导体电源模块。

在宽禁带半导体器件设计、生产和应用上，芯干线已先后推出了650V的80mΩ、100mΩ、150mΩ、180mΩ、50mΩ等多款DFN56与DFN88封装的氮化镓功率器件，氮化镓功率器件满足了PD快充、储能电源、LED照明、E-Bike充电器等工业与消费类多个场景的市场需求。

由于氮化镓是一种横向功率器件，特别适用于2000W以下的电源系统，目前市场上氮化镓功率器件品牌有超过80%都应用在了消费领域。因为应用了氮化镓功率器件的系统可以实现体积小、重量轻、效率高的特点很直接地解决了消费领域体积大、效率低的产品应用痛点。

碳化硅由于耐压更高、抗冲击能力更强，器件一般用在2000W以上的系统，目前大多应用在了空调、洗衣机、冰箱等白色家电领域，以及医疗电源、电动汽车、比特币矿机电源中。

除了提供宽禁带功率器件及模块产品，芯干线还给企业提供了涵盖65W到1000W的各种氮化镓、碳化硅先进应用的解决方案

对于芯干线的客户来说，氮化镓，碳化硅这两种材料的器件还是有点陌生，所以芯干线就需要给客户提供解决方案，给客户做一个demo，客户再在此基础上做一些调整、测试，最后量产。

目前芯干线产品主要落地在双向储能、工业照明、医疗电源等领域。

根据傅玥表述，芯干线以后也会依然坚持以市场应用为中心，以客户需求为导向的路径，芯干线所研发的产品直接对标市场需求，比如其研发推出的GaN HEMT、SiC Diodes都是650V的，因为市面上绝大多数充电设备都要求650V的耐压。

未来，如何在细节上做得更好，只能靠在行业里的继续沉淀。“行业壁垒不是从大学里学到的，是不断在市场里摸爬滚打、不断跟客户交流、根据客户要求量身定做中学来的，在原有的基础上不断调试、更新中得到的。”傅玥说道。

附：关于宽禁带半导体

在半导体中，大量原子按一定规律、周期排列成晶体，原子和原子之间靠得非常近，导致价电子不仅要受原来所属的原子核的影响，还要受到相邻原子的原子核的影响。

如此一来，价电子就不再为孤立的原子所“私有”，即只围绕一个原子核运动，而是成了整个晶体所“共有”，在整个晶体中运动。

当价电子在整个晶体中运动时，它所具有的能量和仅围绕一个原子核运动时所具有的能量必然不同，所属能级自然就发生了变化，能级之间靠得比原来更近，基本连成一片，形成了能带。

当电子脱离原子核的束缚，能够自由运动时，就成了自由电子。而每有一个带负电荷的电子离开原子核，就会在晶格中留下一个带正电荷的空位置，就是空穴。

导电需要自由电子或者空穴的存在，自由电子存在的能带称为导带，自由空穴存在的能带称为价带，被束缚的电子要成为自由电子或空穴，就必须获得足够能量从价带跃迁到导带，这种所需能量的最小值就被称为禁带宽度。

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