電源管理市場(chǎng)回暖，低電壓MOSFET趨向精密、高效

根據IHS iSuppli最近一次的調查顯示，繼2011年第四季度的慘跌之后，電源半導體市場(chǎng)在2012年初有所回轉，并在第二季度終于走上明顯增長(cháng)之路，從目前的情況來(lái)看，第一季度該類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)營(yíng)收達到75億美元，第二季度則繼續增長(cháng)6.7%，達到80億美元；預計2012年電源管理半導體市場(chǎng)的總體營(yíng)收將達328億美元，較去年的319億美元小增2.8%。分析指出，電源管理半導體市場(chǎng)的回暖主要受惠于消費電子與工業(yè)領(lǐng)域的擴張與推動(dòng)，其中，功率MOSFET是這些市場(chǎng)中增長(cháng)量較大的產(chǎn)品線(xiàn)之一。

 

 

全球電源管理半導體市場(chǎng)營(yíng)收統計（單位：十億美元）

 

而從部分功率器件廠(chǎng)商對今年一、二季度的統計數據來(lái)看，功率MOSFET的業(yè)務(wù)收入從第一季度開(kāi)始強力反彈，該增長(cháng)主要受用戶(hù)庫存補充的驅動(dòng)，且值得注意的是，目前MOSFET的增長(cháng)速度要比預期的消費電子和計算終端市場(chǎng)的反彈幅度還要強烈，預計市場(chǎng)對利用新型低壓和中壓溝槽技術(shù)設計的MOSFET產(chǎn)品的需求量仍將處于較為強勁的增長(cháng)階段。

 

MOSFET是現今大功率組件的主流元器件之一，也是分立器件和智能功率集成電路(SPIC)中的重要組成部分，被廣泛應用于電源管理、平板顯示、開(kāi)關(guān)電源、汽車(chē)電子和電機驅動(dòng)等行業(yè)市場(chǎng)中。特別是伴隨著(zhù)近幾年來(lái)以iPad及iPhone為代表的智能型產(chǎn)品的大量興起，低電壓MOSFET市場(chǎng)的增長(cháng)成為了目前業(yè)界的一個(gè)主要發(fā)展趨勢，在電池供電便攜式產(chǎn)品、汽車(chē)電子、LED照明/顯示屏等應用領(lǐng)域中，低電壓MOSFET的應用日益受到人們的關(guān)注，技術(shù)導向趨向精密且高效能的產(chǎn)品類(lèi)型。

提升器件的整體效能

便攜式產(chǎn)品的電源設計要面對的最大問(wèn)題，就是如何保證為高性能的CPU提供足夠大的電流，與此同時(shí)，這些電池供電便攜式電子設備正朝著(zhù)輕量化、小型化，以及DC/DC電源模塊越來(lái)越多的方向發(fā)展。因應這些需求變化，在常規的電性能指標以外，對于功率MOSFET來(lái)講，也要求其要有更高的功率密度和轉換效率，使設備能夠在較長(cháng)的平均無(wú)故障工作時(shí)間里表現出最佳的性能可靠性。為此，低導通電阻（RDS(ON)）、高速切換、高效能、高功率是目前階段眾多廠(chǎng)商在開(kāi)發(fā)功率MOSFET器件時(shí)的主要思路。

 

 

飛兆半導體(Fairchild)高級產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理 Tomas Moreno

 

飛兆半導體(Fairchild)是全球MOSFET器件的重要供應廠(chǎng)商，該公司高級產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理Tomas Moreno介紹道：“飛兆半導體的20-250V PowerTrench® MOSFET采用屏蔽柵MOSFET技術(shù)，且針對SMPS設計進(jìn)行了優(yōu)化。這些器件是結合小柵極電荷(QG)、小反向恢復電荷(Qrr)以及軟反向恢復體二極管的優(yōu)化功率開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現服務(wù)器/電信/計算應用AC/DC電源中同步整流的快速開(kāi)關(guān)。它們還具有更小的開(kāi)關(guān)噪聲和振鈴，有助于降低EMI，在其物理尺寸下達到出色的散熱性能，這些特性在手機和其它便攜式應用的DC/DC設計中尤為重要，亦非常適合線(xiàn)性模式應用。”以飛兆半導體的一款25V MOSFET器件為例，其采用3mm x 3mm MLP封裝，具有業(yè)界最低的RDS(ON)，可提供優(yōu)質(zhì)的效率和結溫性能。該器件在10VGS下的RDS(ON)為1.6mΩ(在4.5VGS下則為2.3mΩ)，與具有相同外形尺寸的替代解決方案相比，其傳導損耗降低了50%，為設計人員提供了較高的功率密度(每平方厘米線(xiàn)路板提供的安培數)。

 

 

國際整流器公司(IR)產(chǎn)品市場(chǎng)工程師George Feng

 

國際整流器公司(IR)產(chǎn)品市場(chǎng)工程師George Feng表示：“降低導通電阻可以降低導通損耗和提高熱效率(還有助于改善功率密度)，因此對于很多應用而言，這是首要任務(wù)，大電流設計尤為如此。IR一直在開(kāi)發(fā)新型MOSFET器件，以降低RDS(on)和減少柵極電荷來(lái)降低總品質(zhì)因數R*Q，進(jìn)而提高系統效率，這對于太陽(yáng)能逆變器系統所用的開(kāi)關(guān)電源拓撲而言非常重要。通過(guò)整合最新的器件和封裝級創(chuàng )新，IR新一代MOSFET可以滿(mǎn)足設計者對提升性能、提高效率和削減成本的總體需求。”

 

另一方面，除了電路設計之外，影響功率MOSFET導通電阻的因素還有很多，從設計到生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節都有可能令此項參數的數值升高，而器件的生產(chǎn)工藝就是時(shí)常被人們所忽視的一個(gè)重要環(huán)節。作為一家大型集成制造設備供應商 (Integrated Manufacturing Devices，IDM)的臺灣友順科技股份有限公司(UTC)，擁有自己的功率MOSFET設計團隊、生產(chǎn)線(xiàn)和封裝公司。該公司運籌中心特別助理林添進(jìn)從多個(gè)面向分析道：“MOSFET性能的優(yōu)異性及競爭力還取決于工藝技術(shù)的配合上，UTC自主研發(fā)的芯片工藝技術(shù)的線(xiàn)寬能力達到0.35um，不僅能在成本上有競爭力，而且成熟的芯片減薄技術(shù)也對減小導通電阻起到很大的作用；在封裝工藝方面，導線(xiàn)架和導線(xiàn)結合產(chǎn)生的電阻會(huì )造成MOSFET的導通電阻增大，對此，UTC的封裝廠(chǎng)開(kāi)發(fā)出了自有的導線(xiàn)架，從材料及結構上減少了此類(lèi)問(wèn)題對導通電阻的影響，從而實(shí)現最低的導通電阻，并提高了系統的整體效率。”

超微薄封裝尺寸設計

總體來(lái)看，2012年第一、二季度功率MOSFET器件的市場(chǎng)供貨情況良好，隨著(zhù)今年美國、臺灣市場(chǎng)經(jīng)濟的部分恢復，對MOSFET的需求較旺，工廠(chǎng)產(chǎn)能比較充足，雖然原材料不斷高漲，封裝費用急升調整，但產(chǎn)品的整體價(jià)格和交貨期仍保持相對穩定。也有部分廠(chǎng)商反映，2012年開(kāi)春以來(lái)，客戶(hù)訂單急劇增加，特別是對于DFN/SOT-723/SOT-89/SOT-223封裝型式的產(chǎn)品需求強烈，這些規格的產(chǎn)品主要被應用在市場(chǎng)上新一代超薄型手持便攜式設備（平板電腦、手機、NB等等）的負載開(kāi)關(guān)或電壓轉換電路中。隨著(zhù)電池供電便攜式產(chǎn)品越來(lái)越強調其輕薄、易于攜帶的設計理念，各種精密封裝的功率MOSFET器件成為了市場(chǎng)的主流。

 

George Feng指出：“MOSFET目前主要的技術(shù)趨勢是通過(guò)基本的半導體工藝和封裝技術(shù)的進(jìn)步，來(lái)實(shí)現產(chǎn)品的性能和成本優(yōu)勢。生產(chǎn)工藝和封裝技術(shù)在滿(mǎn)足提高功率密度的要求方面都發(fā)揮了重要的作用，其中包括：在相同的封裝尺寸內處理更大電流的能力，或是在較小的封裝尺寸內處理相同電流的能力等，這些對于節省電路空間和產(chǎn)品成本來(lái)說(shuō)都具有舉足輕重的意義。”

 

 

閘能科技股份有限公司總經(jīng)理廖思翰

 

閘能科技 ( Alfa-MOS ) 股份有限公司總經(jīng)理廖思翰也表示：“閘能科技專(zhuān)精于Trench Power MOSFET，采用業(yè)界高密度細胞制程方式進(jìn)行MOSFET設計，細胞密度可達450M/mm2–380M/mm2，同時(shí)利用小型封裝技術(shù)(如：SOT-723/ DFN2X2/DFN2X3 ……)，可有效降低整體導通電阻并大幅縮減組件體積，有助于系統設計人員縮減系統設計所需的面積，大幅減輕產(chǎn)品成本，進(jìn)而為便攜式產(chǎn)品提供精密、靈巧且更有效益的解決方案。”據悉，目前閘能科技針對隨身電源和鋰電池市場(chǎng)，加大力度開(kāi)發(fā)精密、高效能、DFN封裝方式的MOSFET產(chǎn)品；此外，應用于LED照明系統的60-100V、DFN/SOT-89/SOT-223精密封裝的功率MOSFET也是閘能科技另一條重要的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)線(xiàn)。

 

此外，據了解，國內廣州成啟半導體(HOMSEMI)在中低壓MOSFET產(chǎn)品中運用更大尺寸的8英寸晶圓，并導入更微細(0.18um)加工技術(shù)及Trench技術(shù)，在提升整體效能的同時(shí)，實(shí)現了更低單位的制造成本，以及更小體積、但效率更佳的封裝形式。

新興市場(chǎng)期待定制化方案

在目前功率MOSFET的應用市場(chǎng)上，另一個(gè)較為明顯的現象是新興市場(chǎng)的成長(cháng)同樣不可小覷。按照國家“十二五”規劃，提升高端裝備制造業(yè)的自動(dòng)化水平，以及對綠色、環(huán)保能源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，是新時(shí)期七大戰略新興產(chǎn)業(yè)之一，在這一趨勢下，功率MOSFET在電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能逆變器、LED照明和精密電機驅動(dòng)器等應用市場(chǎng)中表現得相當活躍，并且這些市場(chǎng)要求器件廠(chǎng)商能夠根據不同的應用需求，提供多種定制化的解決方案。

 

對此，林添進(jìn)表示：“例如在汽車(chē)電子控制系統中，很多負載是無(wú)法以微控制器或低電壓接口器件來(lái)直接驅動(dòng)的，而不同部分就需要采用不同擊穿電壓的功率MOSFET。例如，電機控制橋接裝置采用30V和40V擊穿電壓的產(chǎn)品，而MOSFET在必須控制負載突卸、突升啟動(dòng)的情況下，采用60V產(chǎn)品來(lái)驅動(dòng)負載是比較適宜的；而當電源系統標準轉換到42V時(shí)，就應該選擇75V到100V的功率MOSFET；在高輔助電壓的裝置上，則應該要使用150V的產(chǎn)品；另外400V以上的產(chǎn)品則適用于發(fā)動(dòng)機/啟動(dòng)器等一體化模組，或高亮度放電HID前照燈的控制電路中，UTC致力于為客戶(hù)提供全方面系列化的產(chǎn)品解決方案。”

 

George Feng則以太陽(yáng)能應用為例，介紹道：“當太陽(yáng)能微型逆變器系統安裝在太陽(yáng)能電池板上或者后面時(shí)，它們通常會(huì )暴露在環(huán)境之中，因此也必須要能夠經(jīng)受得住環(huán)境的考驗(如熱量、濕度和灰塵等)。針對這一特殊需求，一方面IR通過(guò)提供質(zhì)量?jì)?yōu)秀且可靠性高的工業(yè)級元件，以保證較長(cháng)的平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)；另一方面，在熱管理這一重點(diǎn)考量因素上，IR利用業(yè)內領(lǐng)先的散熱封裝技術(shù)(如DirectFET®)，讓微型逆變器能夠將傳遞到外部的熱量最大化。此外，IR還采用GaN技術(shù)令晶體管實(shí)現了業(yè)內領(lǐng)先的品質(zhì)因數，進(jìn)一步提高了包括太陽(yáng)能逆變器在內的應用效率。”

 

而為了更好地響應客戶(hù)需求，目前飛兆半導體從產(chǎn)品、技術(shù)和實(shí)施等層面建立起了較為完整地客戶(hù)服務(wù)體系。Tomas Moreno說(shuō)道：“飛兆半導體具備提供定制功率傳輸解決方案的能力，以期滿(mǎn)足特定的應用和用戶(hù)需求。在產(chǎn)品層面，我們綜合和匹配出色的MOSFET、控制器和PWM驅動(dòng)器IP，以及先進(jìn)的處理和封裝能力，可以提供最優(yōu)的元件選擇；在技術(shù)支持層面，我們提供協(xié)作工程技術(shù)服務(wù)、區域設計中心、FAE和在線(xiàn)技術(shù)支持等；在實(shí)施層面，客戶(hù)可以指定各種預測、交付以及存貨計劃，飛兆半導體均能夠提供多種定制解決方案，幫助客戶(hù)取得成功。”

 

展望未來(lái)，“大電流、小體積”依然是功率MOSFET發(fā)展的重要趨勢，以滿(mǎn)足系統高效能、輕量化、小型化、高可靠度及低成本的要求。器件廠(chǎng)商將著(zhù)重提升MOSFET的開(kāi)關(guān)速度、耐沖擊性及耐壓性，降低內部阻抗，并且能夠針對客戶(hù)需求提供多種定制化的解決方案。