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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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正方形 Icon 創新之鑰 Innovation

促進功率模組產業成形 帶動電子電力應用商機

魏茂國

在電力躍為能源運用的主角下,透過電子電力技術來提升電能的使用效率,已成為相關產業亟欲突破發展的方向。在經濟部工業局和技術處的指導下,工研院正式成立亞洲首座通過具國際認證的「功率模組測試實驗室」,針對電子電力技術應用之功率模組(Power Module),提供相關業者測試及檢驗等服務,以有效提高技術優勢、將產品推向市場。

根據日本矢野經濟研究所調查估計,電子電力市場產值於2020年時將高達290.1億美元。當中的功率模組主要用於馬達驅動器、變頻器、轉換器、電源供應器等組件中,提供電力能源在傳輸及運作過程中的變換和控制所需,是機械動力的核心;像是工研院在高功率電子電力模組的整合開發,就已陸續協助應用於高鐵、台鐵、捷運等交通系統中,以提升相關系統的穩定性及可靠度。

經濟部工業局和技術處支持工研院成立亞洲首座通過具國際認證的「功率模組測試實驗室」,提供業者進行測試與檢驗,將產品以高技術優勢,推向世界市場。

為產業提供驗證平台

因應高低不同的功率需求,功率模組的應用範圍可說相當廣泛;尤其是在綠能環保的趨勢下,包括數位化電源控制與高效率電能系統等技術,皆成為當前功率模組的發展主流。如太陽能、風力等發電設備,以及電動車、軌道交通運輸,以及綠建築、變頻家電等應用,功率模組都扮演舉足輕重的角色,更是影響能源效率的一大關鍵。

工研院院長徐爵民表示,儘管多年來世界主要各國都不斷投入節能減碳的工作,然而在經濟成長發展的需求下,實際上的減碳績效卻不彰;若要能夠落實節能減碳的效果,最顯而易見的方式就是藉由能源使用效率的提升,以達到節能減碳的目的,這也凸顯出功率模組的重要性。

然以目前功率模組的開發研究,多是由國際大廠自行掌控及應用,相關測試資源也並未對外開放。這對於缺乏功率模組產業的國內系統廠商而言,除了取得使用功率模組的成本較高外,當面臨系統升級或修改,以及想要提升可靠度和客製化時,就會遭遇到不小的困難;此外,對於和功率模組相關的晶片、元件、封裝、製造、驗證等廠商,也因為在技術及成本的掌握度較低之下,加上面對中國大陸、韓國等新興勢力的崛起,對產業形成了極大威脅。

因此功率模組測試實驗室的設立,直接提供業者進行測試驗證的服務,對臺灣電力電子相關產業發展來說就極為重要。工研院電子與光電研究所所長劉軍廷認為,利用功率模組測試實驗室這個認證平台,國內的晶片、馬達、模組等廠商,就能夠提出具說服力的性能數據,才有機會獲得國際認可、突破產業生態,並打進汽車、家電等產業的供應鏈。

建構產業鏈優勢

由工研院所成立的功率模組測試實驗室,是一間開放性質的認證實驗室,除了採用國際電工委員會的IEC-60747及美國汽車電子協會的AEC Q-101標準外,目前也已經通過財團法人全國認證基金會(TAF)的認證,並與美國GRAPES聯盟及國際廠商密切互動接軌。也就是在此平台上的測試驗證結果,都具有國際公信力,讓國內外廠商能夠快速取得世界通行的測試驗證,進入綠能、家電、電動車等應用市場。

在功率模組測試實驗室中,共分為可靠度測試區、電性與熱傳測試區、模組雛型製作淨室區等3部分,可提供靜態與動態環境的可靠度測試,以及電性、熱阻參數、品質特性等多項測試服務,同時能針對不同功率模組進行效能比較。甚至在工研院多方的研發資源結合下,還可提供設計與製程方面的整合服務,並執行跨領域的研發及測試驗證,使功率模組能達到最佳化並提升可靠度。

例如電動車的功率模組實車測試,目前透過每日往來工研院區和高鐵新竹站,已運行超過14個月;而經由測試驗證後所使用的功率模組,於實車測試時也沒有發生過問題。工研院電子與光電研究所先進封裝技術組組長駱韋仲進一步指出,經由先進的功率模組設計,將原本3個功率模組整合為一,不只能使功率密度提升3倍,同時功率損失還能減少25%、體積縮小40%,但相對也提高對散熱能力與可靠度的要求,這時功率模組的測試驗證就更為重要,也是電動車輛應用及輕量化的必要工作。

透過功率模組測試實驗室,可以讓廠商縮減測試驗證及研發的時間和成本,駱韋仲更強調對各產業的協助,像一般和家電功率模組的產業鏈,便希望串聯上、中、下游的業者,提高自主化競爭能力,避免斷鏈的問題與危機,也能減低對國外大廠的依賴。至於較高功率模組應用的電動車產業鏈,在業者投入還不多的情況下,也能藉由測試驗證等服務挹注,帶動建立全新產業鏈、切入電動車市場供應,成為創新競爭力的關鍵。

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