引領綠能發展　SiC、GaN開啟電源技術新世代

隨著全球各區域及各國節能法規從觀察期開始轉向實際上路，碳稅、碳有價的時代已正式來臨。企業所開發的產品若不能通過各國法規的要求，上市之路將可能還沒開始就將被阻斷。因此產品要能節能減碳，就須從最重要的電源系統著手，小至晶片大致整個系統，都需要提高產品電源系統的能效、快速充電，以及降低電力轉換時所產生的損耗。除了電源系統架構朝高功率、高轉換效率的發展外，還要兼顧成本與產品尺寸，以及最重要的安全性。

為因應全球淨零碳排目標驅動產業轉型，寬能隙(WBG)半導體材料如碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等，以高效率、低能耗特性成為能源轉換與電氣化應用的核心技術。由經濟部產業發展署指導、《EE Times/EDN Taiwan》主辦的「高功率元件暨轉換技術研討會」匯聚產業專家與研究單位，深入探討寬能隙半導體的市場趨勢。

SiC功率元件　驅動AI與新能源的核心動能

電動車(EV)、再生能源與人工智慧(AI)運算的應用快速擴張，使得全球能源需求與電力轉換效率問題也日益顯著。鴻海研究院半導體所研究員洪嘉隆指出，SiC功率半導體正成為解方，憑藉寬能隙特性，在中高壓應用領域展現出超越矽與GaN的優勢，逐步取代傳統矽基元件，成為資料中心與電動車電源系統的關鍵技術。

現代電力傳輸需經歷多重轉換，能量在過程中逐步散失。例如從10kV超高壓輸電到終端1V運算電壓，若每一步轉換效率僅95%，最終僅能保留81%的能量。若能減少轉換次數並提升耐壓，就能顯著提升整體效率。這正是SiC的優勢所在：在相同耐壓下，導通電阻比矽低達千倍，使其在600V~3,300V的模組應用中已邁入量產階段。

然而，隨著應用電壓不斷提升，SiC元件也面臨性能極限。洪嘉隆指出，目前平面式SiC電晶體的效能已逼近一維理論極限，若要突破，必須改變元件架構，朝「超接面」(Super-Junction)或溝槽式結構發展。這類設計雖能有效降低導通電阻，但也帶來閘極氧化層崩潰等新挑戰，需要進一步保護與設計創新。

AI伺服器的能源需求極其龐大，如何為這些高耗能系統提供高效率且穩定的電源，正是SiC元件展現價值的戰場。在資料中心，SiC被廣泛應用於電源供應器的功率因數校正(PFC)與DC/DC轉換，能將功率因數接近1，最大化有效功率輸出並減少無效能耗。

隨著全球淨零碳排與節能趨勢加速，SiC功率元件的重要性將與日俱增。從資料中心到電動車，再到太陽能與儲能系統，SiC都將成為提升能源效率、降低碳排的關鍵技術支柱。雖然面臨微縮瓶頸，但透過新架構創新與製程突破，SiC的潛力仍將持續釋放，並在下一代AI與新能源產業中扮演不可或缺的角色。

SiC功率元件已經在600V~3,300V電壓範圍開始呈現量產商業化。

(來源：鴻海研究院半導體所)

GaN重塑馬達驅動設計版圖

歐盟自2023年起推動《EcoDesign指令》及IEC 61800-9-2能效規範，要求馬達與驅動系統在全負載與部分負載下都必須達到更高水準的效率。這股趨勢直接推動了半導體功率元件的技術轉型，而GaN正成為突破瓶頸的關鍵。

Cambridge GaN Devices (CGD)全球資深FAE經理徐維利表示，隨著全球減碳目標逐步加嚴，馬達驅動市場將從效率競賽轉向「系統整合+簡化設計」的新階段，而ICeGaN技術正好切中這一痛點，展現出GaN在工業級應用的商業價值。相較於傳統超接面MOSFET，ICeGaN技術開關損耗可降低近三倍，系統層級的效率也因此大幅提升。其低R_DS(on)設計不僅能在無散熱器條件下提供更高輸出功率，還使馬達驅動模組能縮小體積、簡化散熱設計，進一步降低系統成本。

與IGBT相比，ICeGaN在三相馬達驅動中同樣展現壓倒性優勢。透過更低的導通與關斷延遲，使得變頻驅動在輕載下亦能保持高效率。這對於瞬變負載型應用如空調、壓縮機、泵浦與伺服驅動尤為重要，可帶來實質性的能源節省與體積縮減。

ICeGaN在設計上延續了「簡單替換」的理念。由於其驅動需求接近傳統MOSFET與IGBT，設計者可直接利用現有驅動IC進行切換，無須額外電路修正，讓設計週期與BOM成本大幅降低。

ICeGaN技術切中「系統整合+簡化設計」的設計痛點。

(來源：CGD)

兼顧效率與成本　SiC JFET成功率元件轉型關鍵

功率半導體快速邁向高效率與高功率密度的挑戰，onsemi FAE陳巍哲指出，隨著能源轉型與數位基礎設施的崛起，SiC JFET正快速成為突破效能瓶頸的關鍵方案。

相較傳統SiC MOSFET，SiC JFET的導通電阻可降低近一半，顯著提升能效並縮小系統體積。其特點在於結構中無閘極氧化層，因而避免了氧化層缺陷帶來的可靠度隱憂，也讓其在高溫高壓環境下更具韌性。值得注意的是，JFET還能以閘極電壓作為結溫監控的指標，提供系統自我監測能力，對於伺服器、資料中心等高可靠度場域極具吸引力。

從資料中心的AI運算伺服器，到再生能源的太陽能逆變器與儲能系統，SiC JFET的低導通損耗與高頻操作能力，都有助於實現高功率密度與低成本設計。例如在伺服器電源中，CJFET可大幅降低關斷損耗，使得單位功率的能源使用更高效；而在固態斷路器中，JFET技術則以超高速響應取代傳統電磁式斷路器，開啟智慧型電力保護的新局。

「JFET技術不只是MOSFET的替代，而是針對不同應用的最佳解方。」陳巍哲強調其優勢不僅在效率，更能提升系統安全，例如固態電路斷路器能在1微秒內反應，比傳統快上千倍，避免電弧風險。

SiC JFET應用市場。

(來源：onsemi)

高壓化浪潮席捲　以創新電源轉換方案助攻電動車產業

電動車快速普及，使得車廠紛紛朝向800V高壓平台邁進，以減少能量損失並提升充電速度。然而，高壓設計雖能帶來效能優勢，卻同時推升了安全與成本挑戰，特別是在如何高效率地將高壓轉換至安全特低電壓(SELV)時，更是成為整車電源架構的關鍵難題。

在過去，電動車多採用400V系統，如今800V架構逐漸成為新一代平台標準。Vicor應用工程師張仁程表示，高壓設計可減少電流、降低導線損耗並支持超快充，但卻帶來更多絕緣需求與更嚴格的爬電距離標準。對OEM來說，這不僅意味著設計複雜度增加，也直接影響整車成本與可靠性。更高的系統電壓同時也放大了安全風險，一旦處理不當，將可能導致系統故障甚至人身危害。這使得「如何在高壓化浪潮下，兼顧安全、效率與成本」成為業界的核心議題。

張仁程指出，傳統電源轉換器在效率、安全與體積之間往往存在取捨，而Vicor透過正弦振幅轉換器(SAC)與匯流排轉換模組(BCM)提供了新的解法。SAC採用零電壓與零電流切換技術，大幅降低開關損耗，使得開關頻率能提高至傳統設計的數倍，進一步縮小磁性元件與重量。這種拓撲結構不僅能達到 98~99%的峰值效率，還兼具快速瞬態響應、低電磁干擾與雙向能量流動特性，特別契合電動車高功率且瞬變需求大的應用情境。

48V系統在車輛應用降低重量且節約成本。

(來源：Vicor)

從先進封裝到材料工程　提升功率模組可靠度

材料與封裝技術的突破，正是提升功率元件可靠性的關鍵，將決定未來高功率應用的發展方向。Apex區域銷售經理Chris Chau指出，材料特性對功率模組壽命會造成重要影響。以常見基板材料為例，氮化矽因擁有3.5倍於氧化鋁的抗彎強度，可在減薄基板的同時維持優異導熱性，成為替代鈹氧化物(BeO)的潛力材料。此外，導線與介面材料的選擇也會直接影響功率循環壽命，例如使用銅線或鋁銅複合材料替代傳統鋁線，可提升2~5倍的可靠度。

Apex投入先進封裝技術的應用，包括壓合燒結(Pressure Sintering)取代傳統焊料，能將結溫波動降至7K，相較焊接技術的20K，顯示出更佳的熱穩定性。同時，採用無線鍵合結構、頂部金屬箔壓合，以及超音波焊接針腳技術，不僅能降低寄生效應，還能顯著延長功率模組的循環壽命，達到傳統設計50倍以上的耐久性。

Chau強調，針對高溫工作環境(高達240℃的接面溫度)，Apex正進行整合式功率模組的研發，結合SiC與GaN元件，並配合耐高溫樹脂與陶瓷封裝，藉此支撐新一代能源與航太應用的嚴苛需求。

Apex產品涵蓋運算放大器、精密IC、電壓參考、整合式功率模組與專用子系統。

(來源：Apex)

以智慧化電源設計推動工業物聯網發展

電源技術已成為推動智慧工廠、能源管理與智慧交通的關鍵基石，未來的競爭力不僅取決於性能，更在於能否結合系統化與智慧化的整合設計。恩智浦半導體(NXP Semiconductors)資深產品行銷經理陳筠儀指出，工業領域的電源供應普遍來自交流輸入，如何高效轉換並提供穩定直流輸出，是設計的首要課題。

恩智浦其在AC/DC轉換的產品佈局，特別是240V AC/DC電源轉換器與功率因數校正控制器，能有效提升能源轉換效率，並降低系統損耗。這對於高能耗的工業應用，尤其是伺服馬達驅動、工業控制器與資料中心設備，具備明顯效益。

工業設備電壓需求多樣化，從高壓系統到12V、24V甚至5V的低壓模組，電源管理IC扮演了電力分配與調節的樞紐。陳筠儀表示，APS PMIC系列正是針對此多電壓、多域需求設計，透過整合式電源管理，讓系統能在高雜訊與嚴苛環境下保持穩定。同時，智慧化的PMIC設計不僅提升可靠度，更能支援能源監控與動態調整，符合工業物聯網對「即時監測與調控」的趨勢。

工業物聯網的推動不再僅僅依賴感測與通訊，背後的電源管理智慧化已成不可或缺的核心。隨著AI在工業邊緣運算的普及，以及對能源效率的迫切需求，電源設計將走向「高效率+智慧化+系統整合」的發展方向。

恩智浦從插頭到處理器皆有相應的能源管理解決方案。

(來源：恩智浦)

功率元件精準測試推助成　綠色資料中心加速佈局

在電動車、再生能源與高效能運算(HPC)快速發展的驅動下，功率元件的效能要求與伺服器電源架構正面臨新一波挑戰。太克科技(Tektronix)業務部技術經理吳道屏指出，SiC、GaN等寬能隙半導體材料逐漸成為主流，如何進行更精準的電性測試與系統整合，成為產業的關鍵焦點。

功率元件的設計與製造，不僅需要靜態特性(如I-V曲線、閘極電壓、臨界電壓)的檢測，更需透過動態特性測試掌握瞬態響應與開關損耗。特別是「雙脈衝測試」(DPT)，可針對元件開關能量(Eon/Eoff)、反向恢復電流(Irr)、二極體恢復時間(Trr)等參數進行深入量測，成為功率轉換效率優化不可或缺的手段。

吳道屏認為，在高速功率轉換環境下，電壓與電流探測面臨接地迴路雜訊、寄生電感導致的震盪等困境。傳統探棒常無法捕捉正確波形，容易低估或失真。針對此問題，太克提出了光隔離探棒(IsoVu)與新一代隔離式電流探棒(TICP系列)作為因應。

除了元件測試，隨著AI伺服器對電力需求急遽上升，ORV3 (Open Rack V3)及高壓直流(HVDC)架構逐漸普及，功率密度動輒達到60~120kW，甚至突破1MW。太克也與EA Elektro-Automatik合作，提供可回收能量的電子負載與高效雙向電源，能達到高達95%以上的能量回收效率，減少電力浪費與散熱需求，符合綠色資料中心的永續發展方向。

功率元件測試流程。

(來源：太克)

GaN技術加速推進　高效能電源應用全面展開

GaN具備優異的開關特性、低導通電阻與出色的熱管理能力，能有效突破傳統矽與SiC的限制，推動新一波高效能電源解決方案。瑞薩電子(Renesas)資深總監嚴啟南指出，GaN應用正快速從小型充電器擴展至伺服器電源、資料中心、工業控制、再生能源與xEV動力系統。從30W以下的行動裝置快充，到50kW以上的電動車牽引系統，GaN已經展現橫跨低、中、高功率應用範疇的能力，並透過系統級封裝(SiP)與智慧控制器整合，加速進入商用市場。

在1kW~10kW的區間，GaN展現出比SiC更低的能量損耗。瑞薩實測數據顯示，其SuperGaN元件的總能量損耗比SiC FET低43%，使得伺服器與AI資料中心的AC/DC電源轉換效率可突破99.3%。這對應AI訓練與推論所需的巨量電能消耗，顯示出GaN將成為資料中心能源管理的關鍵元件。同時，電動車充電樁與太陽能逆變器等應用，也因GaN高頻特性而受惠，能在縮小體積的同時提升功率密度。

嚴啟南強調，GaN要能在產業廣泛應用，除了效能提升，更需證明可靠性。瑞薩已累積超過3,000億小時的實際場域運行數據，失效率低於每十億小時0.04次，並通過JEDEC與AEC-Q101等國際標準認證，顯示其產品已具備車規與工規等嚴苛市場的需求。

GaN已經展現橫跨低、中、高功率應用範疇的能力。

(來源：瑞薩電子)

分散式架構崛起　電源產業邁向高可靠度與模組化世代

在數位化、電動化與智慧化加速推進的時代，電源供應的角色不再只是「能量提供者」，而是系統效能與可靠度的關鍵核心。RECOM技術支援暨應用工程副理陳利斌指出，分散式電源架構(DPA)正在成為產業發展的主流方向，其透過中央電源結合多個在板端的轉換模組，能大幅提升設計的彈性與效率，為工業自動化、醫療、鐵道運輸、能源與通訊等領域帶來嶄新價值。

全球市場對低功耗與高功率密度的電源解決方案需求持續攀升，驅動了電源模組化的浪潮。陳利斌指出，RECOM的標準產品涵蓋0.25W到數十kW的範圍，並能針對嚴苛環境提供客製化解決方案，如高可靠度醫療電源、鐵道應用的抗震耐環境設計，以及適用於電動交通的高功率轉換器。這些方案反映出市場正從「通用化電源」走向「專用化、高可靠度電源」的趨勢。

不僅如此，隨著再生能源、電動車與高速運算的興起，電源產品必須同時兼顧高效率、低干擾與高可靠度。陳利斌強調，電源產業正快速走向「高可靠度、模組化與在地化」的發展模式。隨著分散式電源架構逐步滲透各大應用場景，電源設計不再只是單純的成本控制，而是驅動產業升級的核心策略。

RECOM的標準產品涵蓋廣大終端應用市場。

(來源：RECOM)

多元化功率半導體成市場競逐籌碼

在電動車、再生能源與HPC需求快速成長的驅動下，功率半導體成為產業競逐的關鍵。東芝半導體(TOSHIBA)工程部資深經理洪振傑指出，東芝正以「矽、SiC、GaN」三大材料技術並進策略，持續強化低壓與高壓MOSFET產品線，並加速第三代寬能隙元件的商用化。

在矽基MOSFET方面，東芝透過U-MOS與DTMOS系列不斷優化設計，藉由精細單元結構與驅動電荷、輸出電荷，以及反向恢復電荷的最佳化，大幅降低導通損耗與切換損耗。在高壓MOSFET領域，東芝以DTMOS VI與VII世代切入，藉由降低R_DS(on) × Qgd特性，達成比同級競品更優的效率，並在2kW級電源測試中顯示能效提升的成果。

洪振傑表示，SiC MOSFET與蕭特基二極體(SBD)被視為東芝的技術亮點。第三代產品已具備低溫度依存性與更寬的Vgs設計範圍，降低系統設計複雜度，並確保在高速切換時避免自激導通問題。至於GaN功率元件，東芝著重「直接驅動」與可調控的開關速率，解決過去GaN元件低臨界電壓與驅動電壓限制的瓶頸。未來第二代GaN MOSFET將朝「標準化」方向發展，搭配專屬驅動電路板與半橋模組方案，鎖定高階電視電源、遊戲設備，以及伺服器與電信應用。

東芝多款GaN評估用主板已備妥，隨時可供測試使用。

(來源：東芝)

效率和穩健性需求攀升　功率元件不斷進化

在電動車、再生能源與HPC快速發展的背景下，全球市場對高效率、高可靠度電源系統的需求不斷攀升。富奕科技(FuYi PowerTech)技術長Domenico Lo Verde指出，產業正面臨導通損耗、開關損耗，以及閘極在極端條件下的耐壓挑戰，因此對具成本效益、可擴展且高效能的半導體平台需求愈加迫切。

富奕科技在此趨勢下推出新一代SiC MOSFET平台，以平面型DMOS架構為核心，並持續透過世代演進提升效能。Lo Verde表示，從第一代到第三代「SuperGate」，其特定導通電阻(RSp)已顯著降低，同時電流密度也大幅度的提升，且閘極耐壓能力增強至37V，顯著改善導通效率與可靠度。這些技術突破能夠更好地應對電動車驅動系統、太陽能逆變器、伺服器電源，以及工業驅動設備的高強度應用需求。

值得注意的是，富奕科技的G3 SuperGate不僅提供6mΩ~300mΩ的多種R_DS(on)配置，更可因應不同功率等級的需求，展現高度的應用靈活性。Lo Verde強調，SiC功率元件的進化不僅意味著效能的提升，更將帶來整體系統設計的變革，而藉由降低能耗、縮小元件體積，製造商可望打造更具競爭力的電源解決方案，並加速實現淨零碳排的能源轉型。

1,200V SiC MOSFET技術演進目標。

(來源：富奕科技)

SiC驅動電源技術革新：從效率提升到產業佈局

在能源轉型與高效能運算的雙重驅動下，SiC正快速成為電力核心材料。即思創意(fastSiC)研發處長許甫任指出，SiC的價值不止於效率提升，更在系統可靠性、設計簡化，以及高功率應用場景中展現長遠戰略意義。

相較於傳統矽元件，SiC具備高耐壓、低導通電阻與優異的高頻特性，能有效縮小系統體積並提升能效。特別是即思創意開發的Silent-Switch技術，在相同切換速度下大幅降低EMI與震盪，讓系統設計更簡單，並提升產品一致性。這類「設計友善」的特性，已成為加速SiC元件普及的重要推力。

隨著碳中和與智慧電網趨勢的推進，市場對高效率、長壽命電力解決方案的需求不斷增加。許甫任表示，SiC在高溫穩定性、能量承受力等關鍵指標上皆遠勝矽方案，意味著相關產業將加速邁向「以SiC為基礎」的新世代格局。目前，SiC已廣泛滲透從低功率到高功率的不同市場，在低功率應用(如USB PD 快充、便攜式電源)中，即思創意的SiC產品兼具高散熱效能與體積優勢；在中功率應用(包括AI/HPC伺服器、車用充電模組、太陽能逆變器)，即思創意的SiC產品則透過導通與切換效能降低系統複雜度，並透過國際車規認證(AEC-Q101、JEDEC JC-70)，提升車用與工規市場的採納度。

fastSiC技術特點。

(來源：即思創意)

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2025年11-12月號

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