新能源市場(chǎng)已成為功率MOSFET強勁增長(cháng)助力

目前，主要支撐MOSFET需求量的市場(chǎng)仍然來(lái)自于手機及筆記本電腦(Notebook)等大眾消費類(lèi)電子領(lǐng)域，且在一段時(shí)間內將會(huì )持續保持一定的成長(cháng)率。但就未來(lái)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，大多數廠(chǎng)商表示，太陽(yáng)能光伏、電動(dòng)車(chē)、LED照明及顯示屏等市場(chǎng)是他們下一階段重點(diǎn)開(kāi)拓的應用行業(yè)，雖然這些巿場(chǎng)早已被關(guān)注和討論多年，但使用量還沒(méi)有被真正激發(fā)出來(lái)，這主要是與當前全球經(jīng)濟景氣指數及相關(guān)替換成本等有密切的關(guān)系。

 

新能源市場(chǎng)全面啟動(dòng)

 

“由于全球共同的能源短缺問(wèn)題，使得節能、減碳的要求成為必然的趨勢，能源替代方案是未來(lái)的發(fā)展重點(diǎn)，與電源管理有關(guān)的省電方案將被積極推動(dòng)，以提升電能效率。”臺灣友順科技（UNISONIC）股份有限公司運籌中心特別助理林添進(jìn)表示道。

 

以L(fǎng)ED照明應用為例，迄今為止，日本、中國大陸和臺灣地區都相繼推出了一系列白熾燈替代計劃，以全力推動(dòng)LED照明應用的普及；在電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)上，中國大陸《純電動(dòng)乘用車(chē)技術(shù)條件》于2012年7月1日起正式實(shí)施，該標準適用于電池驅動(dòng)、5座以下的純電動(dòng)汽車(chē)，30分鐘最高車(chē)速不低于80公里/小時(shí)、續駛里程大于80公里的基本要求，同時(shí)也規定了快速充電器規格及兼容性整合等技術(shù)指標，并搭配補貼節能汽車(chē)政策配套，有利地推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)應用和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而在太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)上，預計到2020年，中國光伏逆變器的市場(chǎng)增幅更為迅速，其年平均增長(cháng)率約為50%，市場(chǎng)需求量最高可達605億元。

 

在這些因素的推動(dòng)下，友順科技已能提供一系列具有高可靠性、高效率、高EAS能力、導通電阻低、動(dòng)態(tài)參數優(yōu)等特點(diǎn)的功率MOSFET，應用于LED 照明、AC-DC功率電源、DC- DC轉換器以及PWM馬達驅動(dòng)等領(lǐng)域。例如800V/900V/1000V等產(chǎn)品，友順的220A/30V N-Channel MOSFET及80A/60V的產(chǎn)品可用在電動(dòng)車(chē)電控及電池供電系統；而在LED照明方面，UF601是一顆N Channel 600V的空乏型(Depletion)產(chǎn)品，能取代許多現有方案中的600V N-CH。

 

具體在太陽(yáng)能逆變器的實(shí)際開(kāi)發(fā)中，以往高壓高速電機和逆變器的應用，一般會(huì )在一個(gè)封裝中采用帶分立式快恢復二極管(FRD)的IGBT，以實(shí)現短的反向恢復時(shí)間(trr)。然而，由于目前對于更加高速開(kāi)關(guān)的需求，以及在穩態(tài)運行和高性能狀態(tài)下的更低功耗需求，產(chǎn)生了對于帶快速恢復體二極管特性的超級結MOSFET的需求。瑞薩電子(Renesas)針對這一領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)出了超結(Super Junction)工藝的高壓MOSFET，在太陽(yáng)能應用中該產(chǎn)品(如：600v/55A)可以替換IGBT的應用。胡興江介紹道：“超結工藝MOSFET的結構布局與傳統的平面結構不同，它可以在不降低器件耐壓能力的條件下，實(shí)現更低的導通電阻，這就意味著(zhù)可以降低每個(gè)單位面積的導通電阻。瑞薩利用其在功率器件技術(shù)方面積累的豐富經(jīng)驗，新開(kāi)發(fā)了一系列采用高速體二極管的高性能超級結MOSFET，這一行業(yè)領(lǐng)先的低導通電阻和低柵極電壓的組合平臺，同時(shí)結合了快速體二極管的性能，實(shí)現了低功耗，并提升了高速開(kāi)關(guān)性能。”

 

Microsemi功率器件產(chǎn)品市場(chǎng)開(kāi)發(fā)總監Keith Westrum

 

Microsemi半導體公司目前以上百伏、千瓦功率的市場(chǎng)為主，主要滿(mǎn)足工業(yè)市場(chǎng)所需要的上百伏電壓、千瓦功率的應用領(lǐng)域，開(kāi)關(guān)頻率從大于10KHZ到 250MHz，涉及包括焊機、感應熱處理、等離子體半導體設備、激光焊接/切割、開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)，以及太陽(yáng)能逆變器和電動(dòng)汽車(chē)(EV)充電器等目前及未來(lái)的重要市場(chǎng)。該公司功率器件產(chǎn)品市場(chǎng)開(kāi)發(fā)總監Keith Westrum表示道：“最近幾年我們一直積極投入在太陽(yáng)能逆變器的應用市場(chǎng)，事實(shí)上，這也是我們最主要的市場(chǎng)之一，Microsemi已經(jīng)成為全球四大太陽(yáng)能逆變器高電壓 IGBT、MOSFET及模塊化產(chǎn)品的供應商之一。除此之外，我們還積極開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē) (EV) 充電市場(chǎng)，在該領(lǐng)域中，效率和可靠性是關(guān)鍵因素，我們的設計獲得了多項大獎。”

創(chuàng )新技術(shù)降低導通電阻

 

瑞薩一直致力于溝道工藝低壓MOSFET產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，其全新的Beam2系列產(chǎn)品的問(wèn)世極大地降低了產(chǎn)品的導通電阻以及柵電荷，提高了開(kāi)關(guān)電源系統的整體效率。瑞薩電子大中國區模擬及功率器件產(chǎn)品中心統括經(jīng)理胡興江表示：“Beam2系列在上一代Beam系列的基礎上，保持了低的導通阻抗，同時(shí)又進(jìn)一步降低了MOSFET的柵極電荷量，提高了開(kāi)關(guān)速度并減少了開(kāi)關(guān)損耗，如RJK03M0DPA的Qg(34.3nC)僅僅為RJK03C0DPA的Qg(66nC)一半左右，并同樣繼承了低的導通阻抗(小于2毫歐)，在產(chǎn)品的成本上也更具有競爭力。”目前此系列產(chǎn)品提供WPAK的5mmx6mm和3mmx3mm兩種封裝，高度僅有0.8～0.9mm，特別適合一些超薄的便攜式產(chǎn)品的同步式電源設計。據介紹，該Beam2系列低壓MOSFET為公司推出的第十三代產(chǎn)品，新的第十四代產(chǎn)品也正在按計劃研制當中。

 

此外，以電動(dòng)車(chē)應用為例，汽車(chē)用的功率MOSFET主要用于承擔發(fā)電機、閥門(mén)、燈、加熱部件、DC/DC電源和一些由電動(dòng)機驅動(dòng)配件的負載，這就與MOSFET的電壓、電流、導通電阻等參數習習相關(guān)。MOSFET的導通電阻要設法做到最低，才能降低導通損耗，但導通電阻卻和擊穿電壓又成反比，因此在設計與工藝上，就要考慮如何在實(shí)際應用中將這兩個(gè)參數都做到最好。

 

林添進(jìn)表示：“或許這是老生常談，但事實(shí)上，新的技術(shù)工藝可以不斷地被發(fā)展來(lái)將MOSFET的特性發(fā)揮到淋漓盡致，但無(wú)論如何，其目的最終還是回歸到配合巿場(chǎng)應用的需求。以電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，汽車(chē)電控裝置必須能承受強電與弱電、高壓和低壓等共存的情況，而又要面臨高低溫差大、潮濕、振動(dòng)、沖擊、電磁干擾等惡劣環(huán)境，對器件的超載能力及散熱設計都有較高的要求。此時(shí)不僅在芯片設計工藝上要創(chuàng )新，而且在封裝的要求上也要改善，所以，許多供貨商都會(huì )推出散熱好又小型化的封裝，友順在這些方面也有所投入，并且在部份封裝的材料及結構方面已經(jīng)獲得了多項專(zhuān)利。”

 

瑞薩電子(Renesas)大中國區模擬及功率器件產(chǎn)品中心統括經(jīng)理胡興江

 

目前MOSFET使用的材料多為硅，但在高壓達到1,000伏后，各項特性的表現已面臨發(fā)展的極限瓶頸，而使用其它材料進(jìn)行研發(fā)也是一些國際大廠(chǎng)主要的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方向之一。“在MOSFET這一技術(shù)驅動(dòng)型市場(chǎng)中，更高效、更省電、更高頻，更高電壓，以及每美元更大的電流、更多的選擇等等，這些是所有元器件客戶(hù)以及終端客戶(hù)所追求的理想目標。”Westrum表示道：“另外，Microsem也正在開(kāi)發(fā)采用碳化硅(SiC)為原材料的產(chǎn)品，為未來(lái)更為苛刻的產(chǎn)品應用做準備。”

 

胡興江也補充道：“未來(lái)MOSFET的發(fā)展將主要體現在以下兩個(gè)方面：一是產(chǎn)品性能上的進(jìn)一步突破，如新材料的應用；另一方面，則是產(chǎn)品集成度上的發(fā)展，MOSFET將進(jìn)一步和系統集成，以功能模塊的形式出現在未來(lái)的產(chǎn)品設計中。同時(shí)，節能領(lǐng)域的產(chǎn)品應用對MOSFET的需求量將保持比較大的增長(cháng)率。”