功率半導體采用新型材料，更能符合節能需求

市場(chǎng)研究機構IMS Research預測，全球功率半導體(Power semiconductor)市場(chǎng)在 2011年成長(cháng)3.7%之后，2012年將進(jìn)一步成長(cháng)5.0%，達到320億美元規模。IMS資深分析師AshSharma表示，經(jīng)濟前景不明朗效應將持續發(fā)酵至2012年，導致2012上半年的功率半導體市場(chǎng)表現與前一年同期相較持平。

 

雖說(shuō)功率半導體整體市場(chǎng)成長(cháng)不明顯，不過(guò)部分應用市場(chǎng)的表現仍保持強勁，例如智能手機對于功率半導體的需求就仍持續成長(cháng)，這也是許多功率半導體業(yè)者鎖定的市場(chǎng)區隔之一。事實(shí)上，隨著(zhù)高功能性智能手機大受歡迎，以及使用者對于這些手持裝置無(wú)縫體驗的使用期待，市場(chǎng)對于外形尺寸更短小輕薄、耗電量更低以提供更長(cháng)電池使用時(shí)間的需求持續升高。

 

為符合上述需求，功率半導體業(yè)者積極研發(fā)具備更低導通電阻的功率MOSFET，以應用于大電流之充電/放電控制、RF功率放大器開(kāi)/關(guān)控制，以及過(guò)電流截斷開(kāi)關(guān)。

 

降低導通電阻及縮減封裝體積

 

為了符合智能手機等便攜設備所使用的電源供應器規格，功率半導體業(yè)者持續致力于降低導通電阻并開(kāi)發(fā)更小型的封裝，同時(shí)提供更多樣化的產(chǎn)品系列。例如瑞薩電子便在日前推出專(zhuān)為智能型手機與平板計算機等可攜式電子產(chǎn)品所設計的八款新型低損耗P信道與N信道功率金屬氧化物半導體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)產(chǎn)品。瑞薩表示，此八款新產(chǎn)品月產(chǎn)能將可達到每月3百萬(wàn)顆。

 

 

 

瑞薩推出縮小封裝的功率半導體

 

瑞薩表示，該公司推出的新款μPA2600與μPA2601 MOSFET，能使便攜設備更加小型化并提供低導通電阻，同時(shí)在多種應用中縮小安裝面積，包括負載開(kāi)關(guān)(開(kāi)啟或關(guān)閉供應至IC的電源)、便攜設備中的充電/放電控制，以及RF功率放大器(高頻率訊號放大器)中的開(kāi)/關(guān)控制與過(guò)電流截斷開(kāi)關(guān)等。

 

另外，國際整流器公司(International Rectifier，IR)日前也推出一系列采用TSOP-6封裝、搭載IR最新低壓HEXFET MOSFET硅技術(shù)的器件，適用于電池保護與逆變器開(kāi)關(guān)中的負載開(kāi)關(guān)、充電和放電開(kāi)關(guān)等低功率應用。全新的功率MOSFET具備極低的導通電阻，能夠大幅降低傳導損耗。新產(chǎn)品可以作為N及P信道配置里的20V或30V器件，最大柵極驅動(dòng)從12Vgs到20Vgs不等。

 

IR 亞太區銷(xiāo)售副總裁潘大偉表示，采用TSOP-6封裝的IR全新功率MOSFET系列擁有極低的導通電阻，因而這些新器件能夠取代封裝尺寸較大的MOSFET，有助于減少電路板面積和系統成本。

 

除關(guān)注智能手機對功率半導體的需求外，另一值得觀(guān)察的趨勢是氮化鎵(GaN)與碳化硅(SiC)新材料功率半導體的崛起。

 

氮化鎵降低成本可能性大

 

首先，在碳化鎵部分，根據IMS Research的最新報告指出，新興的氮化鎵 (GaN) 功率半導體器件市場(chǎng)價(jià)值雖然在2011年幾乎為零，但預計將在2021年增至10多億美元。IMS Research指出該產(chǎn)品的關(guān)鍵市場(chǎng)為電源供應器、太陽(yáng)能逆變器、工業(yè)用電動(dòng)機等。再者，法國Yole公司預測氮化鎵功率器件在2012年的銷(xiāo)售額將達1000萬(wàn)美元，2012年初將是GaN功率組件市場(chǎng)快速起飛的轉折點(diǎn)，而整體市場(chǎng)產(chǎn)值將于2013年達到5,000萬(wàn)美元規模，并于2015年快速激增至3億5,000萬(wàn)美元。

 

氮化鎵是一種寬能隙材料，它能夠提供與碳化硅(SiC)相似的性能優(yōu)勢，但降低成本的可能性卻更大。業(yè)界認為，在未來(lái)數年間，氮化鎵功率器件的成本可望壓低到和硅MOSFET、IGBT及整流器同等價(jià)格。事實(shí)上，在過(guò)去兩年間，氮化鎵功率器件已有明顯進(jìn)展，例如國際整流器公司 (International Rectifier)已推出GaNpowIR、EPC 推出eGaN FET器件，以及Transphorm推出600伏氮化鎵晶體管等。

 

其中，國際整流器公司推出的GaNpowIR可滿(mǎn)足市場(chǎng)對功率MOSFET愈來(lái)愈高的需求，該公司表示，GaNpowIR的FOM能比現在最先進(jìn)的硅MOSFET優(yōu)異十倍，并在眾多不同的應用皆有龐大的潛能。國際整流器全球業(yè)務(wù)資深副總裁Adam White表示，由于硅材料的功率芯片技術(shù)已面臨瓶頸，未來(lái)效能突破空間有限，國際整流器多年前便已開(kāi)始投入GaN材料技術(shù)研發(fā)。

 

值得一提的是，為使GaN功率組件擁有較佳的成本結構，包括國際整流器與EPC兩家公司，均是采用硅基氮化鎵(GaN-on-Silicon)制程技術(shù)，如此一來(lái)，不僅成本可優(yōu)于體塊式氮化鎵(Bulk-GaN)，以硅基氮化鎵制成的高電子遷移率晶體管(HEMT)也可比同級的SiC組件便宜。除上述業(yè)者外，MicroGaN、Furukawa、GaN System、Panasonic、Sanken和東芝(Toshiba)等業(yè)者也已加入GaN功率半導體領(lǐng)域。

 

碳化硅來(lái)勢洶洶

 

氮化鎵來(lái)勢洶洶，碳化硅也不容小覷。例如，英飛凌科技已于 PCIM Europe 2012 展覽中宣布推出最新CoolSiCTM 1200V SiC JFET 系列，進(jìn)一步強化英飛凌在SiC(碳化硅)市場(chǎng)的領(lǐng)先地位。英飛凌高壓功率轉換產(chǎn)品部門(mén)主管 Jan-Willem Reynaerts表示，英飛凌此次推出的CoolSiCTM能讓太陽(yáng)能逆變器的效能達到新的水平。

 

 

 

英飛凌推出碳化硅功率半導體

 

他還指出，相較于IGBT，全新的CoolSiCTM 1200V SiC JFET 大幅降低切換耗損，可應用更高的切換頻率，不需犧牲系統整體的效率。因此能夠使用體積更小的被動(dòng)組件，進(jìn)一步縮小整體解決方案的體積與重量，并降低系統成本。換句話(huà)說(shuō)，該解決方案能夠讓相同體積的逆變器達到更高的輸出功率。除英飛凌外，另如科銳(Cree)、快捷(Fairchild)、包爾英特等也都已投入碳化硅功率半導體研發(fā)領(lǐng)域。

 

基本上，氮化鎵及碳化硅在功率半導體領(lǐng)域的崛起，主因在于，相較于傳統以硅為材料的功率半導體，這兩項新材料具有更低的導通電阻及更高的切換速度，更能符合日益嚴苛的能源效率要求，因此前景頗受看好，預料市場(chǎng)版圖將持續擴大。