意法半导体持续推动绿色低碳之目标

碳达峰、碳中和已经成为全球关注的话题。半导体技术的发展是打造绿色低碳社会的重要动力。同时，半导体产业亦积极迈向绿化与低碳化，是碳中和策略目标的积极实践者。意法半导体副总裁暨企业永续发展主管Jean-Louis CHAMPSEIX针对半导体产业如何能为「绿色低碳」目标作出贡献分享了看法。

问：芯片技术（如5G、边缘运算、功率半导体等）可以从哪些层面推动社会经济的绿化和低碳化发展？意法半导体在低碳绿色发展中的焦点是什麽？

Jean-Louis CHAMPSEIX：ST研发产品的目的是创造一个永续发展的世界，采用永续发展的方式进行研发活动。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，这些产品可以提升人们的生活品质或使用者体验，同时最大限度地降低环境影响。

早在上个世纪九十年代初，意法半导体就将永续发展定为公司发展的指导原则。今天，永续发展已融入公司业务的各层面，我们能提出创新的解决方案，帮助世界解决社会环境难题和挑战。例如，2011年ST启动了「永续技术」计划，在全球落实新产品开发必须考量到的永续设计原则。这个计划为公司、客户和整个社会创造了价值。永续技术计划是ST独有的半导体产品生命周期评估（Life Cycle Assessment；LCA）方式。这个评估方式已融入产品技术开发流程，并且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等层面评估产品。

一般而言，转换效率更佳的功率元件（则耗能较低），这对于经济迈入低碳转型会有很大的帮助，其影响涵盖了移动性，包括混动汽车、电动汽车；还有基础建设，例如低功耗、更高效率的射频信号传输；以及在所有使用功率元件的应用中。而且，功率转换效率对广推动太阳能和电池供电等新能源应用至关重要。推动转型至5G和其他低延迟、高传输量通讯系统来支持线上会议／活动，还可减少搭乘汽车和飞机等交通工具外出。

意法半导体多年来致力专注电动汽车、电源与能源，以及物联网与连接，这些产品技术有助于智能城市、智能建筑和智能工业发展。我们的努力包括促进再生能源和智能电网应用，并善加利用再生能源和智能电网。这些是主要成长的驱动力，让我们能够在整个市场周期中保持业绩稳定成长。

问：宽能隙半导体通常被认为具有节能省电的优势。在社会整体宣导低碳绿色发展下，对其前景如何预期？公司是否有投入宽能隙半导体的计划？

Jean-Louis CHAMPSEIX：意法半导体提供各种功率半导体产品，包括高效能矽元件和最新的宽能隙技术，以满足再生能源应用对高效能的需求。ST产品组合之核心是用碳化矽代替矽，并善用新型宽能隙半导体的创新特性。这些半导体元件可以实现矽半导体无法达到的效能。 事实上，25年来，意法半导体一直走在SiC技术发展的前端。相较于过去的矽基技术，意法半导体的宽能隙元件可以将开关损耗减半，并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，碳化矽还降低了最终产品的大小和重量，进一步将降低约50%的安装成本。

与矽基功率元件相比，具有开创性的宽能隙半导体开关速度更快，可取得更高的转换效能，同时处理更大的电流和电压。因此，在太阳能电池板中，宽能隙元件支持更多太阳能电池和更高的功率，有效提升太阳能板的成本优势。

以前，太阳能电池板的控制器与其余元件必须分开安装，现在可以一起安装在电池板内。如此一来就能提升可靠性和效能，同时也降低了价格。随着低碳移动不断展开，市场对再生能源及其配套基础建设的需求日益提升。在这一持续的转型中，半导体产业正在证明半导体对新兴洁净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、可扩充，并且可靠的能源解决方案。

经过几年的碳化矽技术研发，意法半导体在2004年推出了首个SiC二极管，2009年接着推出SiC MOSFET晶体管，并于 2014 年开始量产。今天，意法半导体以丰富的中高压SiC功率产品闻名业界。意法半导体积极扩大产能，开发出完整、可靠、稳定的SiC供应链，满足不断成长的市场需求，并透过延长产品寿命计划确保产品供应的连续性。

意法半导体依照最高标准制造SiC产品，以提升电动汽车、太阳能逆变器、储能、工业马达和电源的可靠效能和效能。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航太应用。透过在碳化矽技术领域深耕多年的经验，我们能够为工业和汽车应用提供产业领先的碳化矽MOSFET和碳化矽二极管。额定电压达到650V或1200V，具体取决于型号，这些元件将高压电力定位目标应用，可承受现今市面上最高之200ºC结温。然而，开发这些改变产业的元件远非一帆风顺。

碳化矽的带隙是矽的两倍甚至三倍，因为电子需要三倍的能量才能到达传导带，这意味着SiC元件可以承受更高的电压和电场。

因此，相较于矽基解决方案，SiC元件的击穿电压高出许多，而导通电阻则低得多。SiC可以降低电动汽车电驱逆变器的整体大小。除了尺寸更小外，碳化矽MOSFET还整合了一个非常快的续流二极管。而矽IGBT的尺寸更大，还需要在PCB上安装一个外部二极管。整体而言，SiC可使电驱逆变器的尺寸减小约70%，这会引发如滚雪球一般的连锁反应，功率半导体缩小80%，冷却系统和被动元件也随之缩小80%。

SiC还减少电动汽车的车载充电器，以及电池管理解决方案的尺寸。高功率配置的SiC可以整合到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，不久将在经济型电动汽车上普及。整体上，SiC的耗散功率比矽技术低了75%。

简而言之，碳化矽在汽车应用中具有许多优势：减轻车重、增加续航里程（使用碳化矽后续航>600公里）；因为碳化矽充电站将功率处理能力提升一倍（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）。

问：当前芯片产业进入衰退周期。如以国内为例，当地推动低碳绿色发展，能否有助于拉动产业走出低谷？ 

Jean-Louis CHAMPSEIX：这是肯定的。国内的绿色发展与意法半导体协助芯片厂商提供低碳解决方案的努力产生了共鸣。其中，通过建构起汽车电动化及相关的配套基础建设，意法半导体帮助世界从传统燃油车朝向更智能、更环保的出行解决方案而转变。意法半导体的汽车电动化解决方案使车商能够制造出更好、价格更平易近人的电动汽车，使驾驶者能够降低空气污染，减缓全球气候变化。

支持低碳的第二个主要驱动力与能源相关，特别是再生能源。我们协助世界朝向更绿色的能源转型，利用碳化矽（SiC）和氮化镓（GaN）等宽能隙半导体技术开发大功率、高效能的功率元件，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。

而在国内，空气品质和能源管理也是的一个重要课题。ST的产品可以监测、优化和净化汽车和工业引擎的气体排放、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耗能监控产品。

问：近年来，愈来愈多芯片制造商致力绿色发展，例如在制造过程使用绿能与节能、减少企业数据中心的耗能等。半导体产业在绿色和低碳发展中有多大的潜力？ST有什麽计划？

Jean-Louis CHAMPSEIX：整个半导体产业长期以来一直致力于尽可能减少，特别是制造过程造成的环境影响。半导体产业减碳移动主要涉及两个层面：使用全氟化气体（PFC）而造成的直接排放，以及消耗能源（主要是电力）所引起的间接排放（GHG protocol Scope 2）。

在这两个领域，意法半导体长期以来一直是先行者。自1994 年以来，我们一直在积极因应这些挑战。具体来说，我们在所有前段制程工厂安装了废气减排系统以尽可能降低PFC排放。意法半导体的努力获得业界同行的认同，在世界半导体理事会带领PFC减排工作小组的工作已经超过15 年。

我们还为半导体产业开创了使用再生电力的道路，逐年提升使用经过认证之绿色电力的比重。2022年，我们所用的电量中有62%来自再生能源。我们承诺到2027年达到碳中和，并有望在2025年的电力需求中有80%使用再生能源，目标在2027年达到100%的目标，这是我们碳中和承诺的其中一个元素。我们认为，全部移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，以证明我们是永续发展领导者的诉求。