過(guò)去，人們常把集成電路比作電子系統(tǒng)的大腦，而把功率半導(dǎo)體器件比作四肢，因?yàn)榧呻娐返淖饔檬墙邮芎吞幚硇畔?，?strong>功率器件則根據(jù)這些信息指令產(chǎn)生控制功率，去驅(qū)動(dòng)相關(guān)電機(jī)進(jìn)行所需的工作。如今，新型功率半導(dǎo)體器件如MOSFET(金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)及功率集成電路應(yīng)用逐漸普及，其為信息系統(tǒng)提供電源的功能也越來(lái)越引人注目。功率半導(dǎo)體器件在電子系統(tǒng)中的地位已不僅限于“四肢”，而是為整個(gè)系統(tǒng)“供血”的“心臟”。

　　市場(chǎng)增速回升

　　隨著世界各國(guó)對(duì)節(jié)能減排的需求越來(lái)越迫切，功率半導(dǎo)體器件在變頻家電、工業(yè)控制、電動(dòng)及混合動(dòng)力汽車、新能源、智能電網(wǎng)等諸多產(chǎn)業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用空間。如今，中國(guó)正在成長(zhǎng)為全球最大的功率半導(dǎo)體市場(chǎng)。以電動(dòng)汽車應(yīng)用為例，每輛電動(dòng)汽車約需要一片6英寸IGBT晶圓;當(dāng)中國(guó)電動(dòng)汽車銷量達(dá)到目前國(guó)內(nèi)汽車銷量的10%時(shí)，每年最少需要100萬(wàn)片6英寸IGBT晶圓。中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)電力電子分會(huì)秘書長(zhǎng)肖向鋒告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者，從2005年到2008年，我國(guó)功率器件市場(chǎng)平均年增長(zhǎng)率為23%，2008年市場(chǎng)銷售額達(dá)1016.2億元;新型電力電子器件即高頻場(chǎng)控器件的市場(chǎng)需求增速更快，2005年到2008年平均增長(zhǎng)率為30%，2008年市場(chǎng)銷售額達(dá)800億元。

　　不過(guò)，國(guó)際金融危機(jī)對(duì)我國(guó)功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)也造成一定影響。江蘇宏微科技有限公司總經(jīng)理趙善麒在接受記者采訪時(shí)表示，2008年，我國(guó)功率器件市場(chǎng)比上年增長(zhǎng)7.8%，與前幾年兩位數(shù)的增長(zhǎng)率相比有所放緩;但是，由于國(guó)家拉動(dòng)內(nèi)需政策的出臺(tái)以及對(duì)節(jié)能減排的要求，我國(guó)的功率半導(dǎo)體器件在未來(lái)幾年里還會(huì)保持增長(zhǎng)，到2011年，年增長(zhǎng)率將達(dá)到10%以上。

　　國(guó)際金融危機(jī)對(duì)全球功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的影響更大。“受到各行業(yè)設(shè)備投資、訂貨、產(chǎn)量減少的影響，在最低谷的時(shí)候，功率半導(dǎo)體市場(chǎng)比高峰期減少了50%。”三菱電機(jī)機(jī)電(上海)有限公司董事總經(jīng)理森敏告訴記者，“不過(guò)，從今年春天開始，由于各國(guó)政府經(jīng)濟(jì)刺激政策的實(shí)施，尤其是中國(guó)政府投入4萬(wàn)億元對(duì)投資和消費(fèi)的拉動(dòng)，產(chǎn)業(yè)景氣度開始逐漸恢復(fù)。”

　　家電應(yīng)用凸顯高能效

　　與工業(yè)應(yīng)用相比，家用電器雖然單臺(tái)耗電量較低，但由于其應(yīng)用范圍廣、產(chǎn)品數(shù)量巨大，因此，國(guó)際主流廠商對(duì)功率半導(dǎo)體器件在家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用也非常重視，他們紛紛推出自己的創(chuàng)新產(chǎn)品，力圖在家電領(lǐng)域占有更大的份額。如何實(shí)現(xiàn)家用電器的節(jié)能?以空調(diào)為例，提高空調(diào)能效的關(guān)鍵在于提高空調(diào)壓縮機(jī)、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、換熱器等核心零部件的工作效率，其中，壓縮機(jī)占據(jù)了空調(diào)耗電量的80%左右，而且，由于空調(diào)的風(fēng)機(jī)也需要使用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，電機(jī)占據(jù)了壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)耗電量的絕大部分。

　　“飛兆半導(dǎo)體的SPM產(chǎn)品系列高集成度電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案可用于驅(qū)動(dòng)空調(diào)、洗衣機(jī)、吸塵器和許多其他商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的高效變頻電機(jī)，使產(chǎn)品比機(jī)械電機(jī)節(jié)能達(dá)40%。”飛兆半導(dǎo)體中國(guó)及東南亞地區(qū)銷售及市場(chǎng)推廣部副總裁陳坤和在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，“飛兆半導(dǎo)體還提供用于感應(yīng)加熱炊具的IGBT，其1200VFieldStop(場(chǎng)截止)IGBT具有更好的傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗平衡，以實(shí)現(xiàn)效率最大化，確保電器能夠快速、準(zhǔn)確地達(dá)到所需溫度。另外，飛兆半導(dǎo)體的FieldStopIGBT具有較低的傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗，因而電器的工作溫度得以降低，可實(shí)現(xiàn)更佳的系統(tǒng)穩(wěn)定性、更高的能效和更長(zhǎng)的使用壽命。”

　　安森美半導(dǎo)體亞太區(qū)計(jì)算及消費(fèi)產(chǎn)品部市場(chǎng)推廣經(jīng)理蔣家亮則表示，在中國(guó)的白家電應(yīng)用中，安森美半導(dǎo)體的電源管理方案主要針對(duì)提升能效的應(yīng)用。“由于能效要求變得更加嚴(yán)格，前一代的線性電源設(shè)計(jì)方案無(wú)法符合標(biāo)準(zhǔn)，因此，大多數(shù)應(yīng)用開始轉(zhuǎn)向能效更高的開關(guān)電源方案;同時(shí)，新的設(shè)計(jì)方案也保持了具有競(jìng)爭(zhēng)力的方案成本。”蔣家亮說(shuō)。

    變頻化是家用電器的發(fā)展方向，在減少二氧化碳的排放量和電力消耗的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，要提供有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，除了在芯片的設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域擁有領(lǐng)先的技術(shù)之外，還要在模塊封裝方面做足文章。“過(guò)去，家用電器的功率器件主要使用盒式模塊。從1997年我們公司首先開發(fā)出DIPIPM(雙列直插式智能功率模塊)以來(lái)，現(xiàn)在已發(fā)展到第四代。”森敏介紹道，“日本、韓國(guó)和中國(guó)的很多工廠在變頻空調(diào)的室外壓縮機(jī)控制部分使用了三菱電機(jī)的DIPIPM，特別是今年以來(lái)，中國(guó)的各空調(diào)廠商大力推廣變頻化，DIPIPM的需求量大幅增加。”

　　中國(guó)企業(yè)尋求技術(shù)突破

　　盡管我國(guó)已經(jīng)成為全球功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要市場(chǎng)，但我國(guó)功率半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)、制造能力還有待提高，我國(guó)功率半導(dǎo)體企業(yè)的生產(chǎn)條件和工藝技術(shù)大多仍停留在國(guó)外上世紀(jì)90年代的水平，關(guān)鍵技術(shù)仍掌握在少數(shù)國(guó)外公司手中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)所需的功率半導(dǎo)體約有90%仍然依賴進(jìn)口，缺乏核心技術(shù)將嚴(yán)重阻礙中國(guó)新興節(jié)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。“像IGBT這樣的高端功率半導(dǎo)體器件基本上完全被國(guó)外廠商壟斷，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)認(rèn)證周期非常長(zhǎng)，而且獲得的市場(chǎng)認(rèn)可度不高。”趙善麒不無(wú)遺憾地說(shuō)。

　　華虹NEC市場(chǎng)部技術(shù)市場(chǎng)科科長(zhǎng)陳儉在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)也表示：“歐美和日本企業(yè)憑借著產(chǎn)品質(zhì)量好、技術(shù)領(lǐng)先，在功率半導(dǎo)體市場(chǎng)中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。近幾年，我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的企業(yè)依靠產(chǎn)品的高性價(jià)比也在市場(chǎng)上占據(jù)了一席之地，而中國(guó)大陸企業(yè)由于起步較晚，技術(shù)和市場(chǎng)都相對(duì)落后，市場(chǎng)占有率不高，在功率器件市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力還很弱。”不過(guò)，他同時(shí)也指出，功率器件市場(chǎng)是高度分散的，在該領(lǐng)域，全球最大的兩家企業(yè)的份額也只有10%左右，對(duì)于中國(guó)企業(yè)而言，只要看準(zhǔn)市場(chǎng)，成功的可能性還是很大的。

　　在新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)方面，中國(guó)企業(yè)也在不斷取得突破。據(jù)趙善麒介紹，宏微科技承擔(dān)了科技部“十一五”重點(diǎn)支撐項(xiàng)目“新型電力電子器件及電力電子集成技術(shù)”中的IGBT和FRD(快速恢復(fù)二極管)芯片的研制和生產(chǎn)，目前，已研制成功電流為75A、100A，電壓為1200V、1700V的IGBT和FRD，主要參數(shù)已達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平;與此同時(shí)，宏微科技與國(guó)外企業(yè)合作，開發(fā)了鋁帶焊接新工藝，并成功地應(yīng)用于IGBT和其他模塊的生產(chǎn)中。

　　在芯片制造方面，中國(guó)企業(yè)也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。據(jù)陳儉介紹，面向電源管理IC市場(chǎng)，華虹NEC在2005年就開始了BCD(雙極-CMOS-DMOS)工藝的開發(fā)，其BCD工藝是目前國(guó)際上最先進(jìn)的BCD量產(chǎn)技術(shù)之一，也是國(guó)內(nèi)目前唯一的0.35微米BCD工藝技術(shù)平臺(tái)。目前華虹NEC是國(guó)內(nèi)能提供8英寸功率器件最主要的代工廠之一，相對(duì)其他4-6英寸的功率器件生產(chǎn)線，華虹NEC的8英寸代工生產(chǎn)線可以做到線寬更小，同樣的面積可得到更多的管芯，通過(guò)對(duì)工藝的精確控制使器件最小可達(dá)到0.11微米的工藝水平。同時(shí)，華虹NEC開發(fā)的8英寸溝槽式MOSFET工藝克服了平面器件面臨的成本壓力，極大地提升了客戶產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　相關(guān)鏈接

　　功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用領(lǐng)域

　　功率半導(dǎo)體器件的主要應(yīng)用領(lǐng)域是開關(guān)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速、UPS等等。因?yàn)檫@些裝置都需輸出一定的功率給用電器，所以電路中必須使用功率半導(dǎo)體。功率半導(dǎo)體的另一重要應(yīng)用領(lǐng)域是發(fā)電、變電與輸電，這就是原本意義上的電力電子。任何電器設(shè)備都需要電源(盡管有些設(shè)備電源是內(nèi)置在機(jī)箱中)，任何用電機(jī)的設(shè)備都需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)(小至計(jì)算機(jī)風(fēng)扇和家電，大至礦山機(jī)械，電氣機(jī)車，軋鋼機(jī)等等)。功率半導(dǎo)體的應(yīng)用之廣泛已是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域和國(guó)防工業(yè)中無(wú)所不在。

　　MOSFET在功率器件中增速最快

　　2008年，中國(guó)MOSFET市場(chǎng)需求量為198.2億顆，比2007年增長(zhǎng)了11.9%，是各類功率器件中市場(chǎng)需求成長(zhǎng)速度最快的一類產(chǎn)品。從應(yīng)用結(jié)構(gòu)上看，由于MOSFET在便攜式產(chǎn)品、液晶電視等消費(fèi)性電子產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用，使得消費(fèi)性電子成為MOSFET最大的應(yīng)用市場(chǎng);而憑借著MOSFET在主機(jī)板中的大量應(yīng)用，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域居次;工業(yè)控制則是MOSFET的第三大應(yīng)用領(lǐng)域。