新能源市場已成為功率MOSFET強勁增長助力

目前，主要支撐MOSFET需求量的市場仍然來自于手機及筆記本電腦(Notebook)等大眾消費類電子領(lǐng)域，且在一段時間內(nèi)將會持續(xù)保持一定的成長率。但就未來的產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域，大多數(shù)廠商表示，太陽能光伏、電動車、LED照明及顯示屏等市場是他們下一階段重點開拓的應(yīng)用行業(yè)，雖然這些巿場早已被關(guān)注和討論多年，但使用量還沒有被真正激發(fā)出來，這主要是與當(dāng)前全球經(jīng)濟景氣指數(shù)及相關(guān)替換成本等有密切的關(guān)系。

 

新能源市場全面啟動

 

“由于全球共同的能源短缺問題，使得節(jié)能、減碳的要求成為必然的趨勢，能源替代方案是未來的發(fā)展重點，與電源管理有關(guān)的省電方案將被積極推動，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表示道。

 

以LED照明應(yīng)用為例，迄今為止，日本、中國大陸和臺灣地區(qū)都相繼推出了一系列白熾燈替代計劃，以全力推動LED照明應(yīng)用的普及；在電動汽車開發(fā)上，中國大陸《純電動乘用車技術(shù)條件》于2012年7月1日起正式實施，該標準適用于電池驅(qū)動、5座以下的純電動汽車，30分鐘最高車速不低于80公里/小時、續(xù)駛里程大于80公里的基本要求，同時也規(guī)定了快速充電器規(guī)格及兼容性整合等技術(shù)指標，并搭配補貼節(jié)能汽車政策配套，有利地推動了電動汽車市場應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而在太陽能開發(fā)上，預(yù)計到2020年，中國光伏逆變器的市場增幅更為迅速，其年平均增長率約為50%，市場需求量最高可達605億元。

 

在這些因素的推動下，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(dǎo)通電阻低、動態(tài)參數(shù)優(yōu)等特點的功率MOSFET，應(yīng)用于LED 照明、AC-DC功率電源、DC- DC轉(zhuǎn)換器以及PWM馬達驅(qū)動等領(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)品可用在電動車電控及電池供電系統(tǒng)；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(xiàn)有方案中的600V N-CH。

 

具體在太陽能逆變器的實際開發(fā)中，以往高壓高速電機和逆變器的應(yīng)用，一般會在一個封裝中采用帶分立式快恢復(fù)二極管(FRD)的IGBT，以實現(xiàn)短的反向恢復(fù)時間(trr)。然而，由于目前對于更加高速開關(guān)的需求，以及在穩(wěn)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(fù)體二極管特性的超級結(jié)MOSFET的需求。瑞薩電子(Renesas)針對這一領(lǐng)域，開發(fā)出了超結(jié)(Super Junction)工藝的高壓MOSFET，在太陽能應(yīng)用中該產(chǎn)品(如：600v/55A)可以替換IGBT的應(yīng)用。胡興江介紹道：“超結(jié)工藝MOSFET的結(jié)構(gòu)布局與傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)不同，它可以在不降低器件耐壓能力的條件下，實現(xiàn)更低的導(dǎo)通電阻，這就意味著可以降低每個單位面積的導(dǎo)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，新開發(fā)了一系列采用高速體二極管的高性能超級結(jié)MOSFET，這一行業(yè)領(lǐng)先的低導(dǎo)通電阻和低柵極電壓的組合平臺，同時結(jié)合了快速體二極管的性能，實現(xiàn)了低功耗，并提升了高速開關(guān)性能。”

 

Microsemi功率器件產(chǎn)品市場開發(fā)總監(jiān)Keith Westrum

 

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

創(chuàng)新技術(shù)降低導(dǎo)通電阻

 

瑞薩一直致力于溝道工藝低壓MOSFET產(chǎn)品的開發(fā)，其全新的Beam2系列產(chǎn)品的問世極大地降低了產(chǎn)品的導(dǎo)通電阻以及柵電荷，提高了開關(guān)電源系統(tǒng)的整體效率。瑞薩電子大中國區(qū)模擬及功率器件產(chǎn)品中心統(tǒng)括經(jīng)理胡興江表示：“Beam2系列在上一代Beam系列的基礎(chǔ)上，保持了低的導(dǎo)通阻抗，同時又進一步降低了MOSFET的柵極電荷量，提高了開關(guān)速度并減少了開關(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(dǎo)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(shè)計。據(jù)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(dāng)中。

 

此外，以電動車應(yīng)用為例，汽車用的功率MOSFET主要用于承擔(dān)發(fā)電機、閥門、燈、加熱部件、DC/DC電源和一些由電動機驅(qū)動配件的負載，這就與MOSFET的電壓、電流、導(dǎo)通電阻等參數(shù)習(xí)習(xí)相關(guān)。MOSFET的導(dǎo)通電阻要設(shè)法做到最低，才能降低導(dǎo)通損耗，但導(dǎo)通電阻卻和擊穿電壓又成反比，因此在設(shè)計與工藝上，就要考慮如何在實際應(yīng)用中將這兩個參數(shù)都做到最好。

 

林添進表示：“或許這是老生常談，但事實上，新的技術(shù)工藝可以不斷地被發(fā)展來將MOSFET的特性發(fā)揮到淋漓盡致，但無論如何，其目的最終還是回歸到配合巿場應(yīng)用的需求。以電動汽車來說，汽車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、沖擊、電磁干擾等惡劣環(huán)境，對器件的超載能力及散熱設(shè)計都有較高的要求。此時不僅在芯片設(shè)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(jié)構(gòu)方面已經(jīng)獲得了多項專利。”

 

瑞薩電子(Renesas)大中國區(qū)模擬及功率器件產(chǎn)品中心統(tǒng)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(xiàn)已面臨發(fā)展的極限瓶頸，而使用其它材料進行研發(fā)也是一些國際大廠主要的產(chǎn)品開發(fā)方向之一。“在MOSFET這一技術(shù)驅(qū)動型市場中，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以及終端客戶所追求的理想目標。”Westrum表示道：“另外，Microsem也正在開發(fā)采用碳化硅(SiC)為原材料的產(chǎn)品，為未來更為苛刻的產(chǎn)品應(yīng)用做準備。”

 

胡興江也補充道：“未來MOSFET的發(fā)展將主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是產(chǎn)品性能上的進一步突破，如新材料的應(yīng)用；另一方面，則是產(chǎn)品集成度上的發(fā)展，MOSFET將進一步和系統(tǒng)集成，以功能模塊的形式出現(xiàn)在未來的產(chǎn)品設(shè)計中。同時，節(jié)能領(lǐng)域的產(chǎn)品應(yīng)用對MOSFET的需求量將保持比較大的增長率。”