分立功率半導(dǎo)體是電源產(chǎn)品市場上一支重要的有生力量。隨著汽車電子、平板顯示等新興應(yīng)用的走熱，分立功率半導(dǎo)體市場繼續(xù)保持了穩(wěn)定發(fā)展勢態(tài)。在新工藝、新技術(shù)的推動(dòng)下。分立功率半導(dǎo)體器件在性能、封裝和“集成化”方面又有了新的發(fā)展。

     在電源半導(dǎo)體市場上，電源IC的發(fā)展日新月異，分立功率半導(dǎo)體器件也隨著半導(dǎo)體技術(shù)的演進(jìn)獲得了巨大發(fā)展，性能迅速提升。幾年前，IR公司第3代MOSFET中的MOSFET原胞還是每平方厘米18萬個(gè)；而現(xiàn)在，其第8代MOSFET的原胞密度已經(jīng)提升到每平方厘米1740萬個(gè)！值得注意的是，消費(fèi)電子、汽車電子、通信計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中不斷涌現(xiàn)的新應(yīng)用在推動(dòng)電源IC發(fā)展的同時(shí)，也推動(dòng)了功率分立半導(dǎo)體市場的穩(wěn)定拓展。


     有專業(yè)人士指出：“雖然在未來4年中，可能出現(xiàn)IC與功率技術(shù)的集成，但功率分立半導(dǎo)體市場實(shí)際上有增無減。這主要源于市場對于功率的控制、節(jié)能及高效轉(zhuǎn)換不斷增長的需求。許多產(chǎn)品仍然需要功率管理，但卻不能單靠IC技術(shù)取得。這些應(yīng)用實(shí)例包括：汽車轉(zhuǎn)向器、點(diǎn)火裝置以及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。另外，混合汽車和電動(dòng)汽車的出現(xiàn)，也需要更多能夠轉(zhuǎn)換功率和控制復(fù)雜電子系統(tǒng)的功率組件?！?br />
     “DVD錄像機(jī)、PDP和LCD顯示器等消費(fèi)電子產(chǎn)品的急劇成長，將推動(dòng)分立功率電子市場的同步增長。另外，空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱和干衣機(jī)等白家電正面對提高效率的壓力，這將促使白家電和工業(yè)電機(jī)應(yīng)用從交流電機(jī)和機(jī)械系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向高效、全電子化的閉環(huán)式系統(tǒng)?！?br />
     意法半導(dǎo)體亞太區(qū)產(chǎn)品營銷經(jīng)理梁德隆也指出：“分立的功率器件由于產(chǎn)品的成熟度、應(yīng)用的靈活性以及價(jià)格優(yōu)勢，在開關(guān)電源的應(yīng)用中占很大比例，尤其是在通訊電源、計(jì)算機(jī)電源、電視機(jī)電源等中大功率電源的應(yīng)用中有絕對的優(yōu)勢，由此也獲得穩(wěn)定的發(fā)展空間?！?br />
     世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)協(xié)會(WSTS)曾對分立功率器件市場做出這樣一個(gè)預(yù)測：2004年全球分立功率半導(dǎo)體市場的規(guī)模為99億美元，而到2005年將達(dá)到106億美元。該協(xié)會還指出，功率MOSFET是分立功率半導(dǎo)體市場增長的主力軍。

     功率MOSFET導(dǎo)通電阻更低、耐壓更高、外形更小

     近年來，節(jié)能成為電源技術(shù)的主旋律，如何降低功耗也是功率分立半導(dǎo)體發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。就功率MOSFET而言，供應(yīng)商主要通過降低導(dǎo)通電阻和開發(fā)新的封裝形式來滿足新的需求。1990年，功率MOSFET的導(dǎo)通電阻是1.2mΩ/cm2，到2004年已經(jīng)降到0.2mΩ/cm2以下。飛兆的郭耀明表示：“改進(jìn)MOSFET性能的關(guān)鍵因素是改善柵極電荷、降低導(dǎo)通阻值RDS(on)，并通過創(chuàng)新封裝技術(shù)增加單位電流密度。飛兆在開發(fā)諸如功率BGA和FLMP(倒裝引腳鑄模封裝)等創(chuàng)新封裝技術(shù)上已取得實(shí)質(zhì)成果。這些封裝能同時(shí)提供最低的熱阻和最高的單位面積電流，具備較低的RDS(on)以及低開關(guān)損耗所需的低電感。飛兆推出的功率BGA的尺寸可小至1.5x1.5mm，F(xiàn)LMP產(chǎn)品的尺寸則可小至1.6x2.0mm。兩種封裝的厚度都小于1mm，適合便攜式應(yīng)用。

     “功率MOSFET目前有三個(gè)主要的發(fā)展趨勢，即相同占位面積下的性能提升、微型化和集成化。為了滿足性能提升的需要，飛利浦開發(fā)了LFPak(無損封裝)封裝，它可以給諸如筆記本電腦、DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用提供優(yōu)異的散熱特性和功率處理能力，而且管腳兼容SO8封裝?！憋w利浦半導(dǎo)體功率管理業(yè)務(wù)市場經(jīng)理Lan Moulding表示：“微型化的驅(qū)動(dòng)力來自便攜式應(yīng)用的火爆，飛利浦在開發(fā)小型封裝方面不遺余力，我們最近的封裝創(chuàng)新是Micro Carrier Discrete(MCD)封裝，這是一種無引腳封裝形式，與SOT23封裝相比可將占位面積縮小90%。”

     無獨(dú)有偶，瑞薩科技也成功開發(fā)了采用上部散熱結(jié)構(gòu)的新封裝“LFPAK-i”(無損封裝-倒裝型)。瑞薩稱，采用這種封裝的功率MOSFET，其熱飽和狀態(tài)下的封裝熱阻值從原來的25℃/W降至15℃/W，降幅達(dá)40%。因此，與該公司原來的同尺寸產(chǎn)品相比，可成功地將電流增大約30%。它可兼容業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的“SOP-8”封裝。

     各公司還采用溝槽工藝來獲得更低的導(dǎo)通電阻。例如，英飛凌將溝槽技術(shù)與全綠色封裝工藝相結(jié)合，為通用汽車的電子系統(tǒng)推出了OptiMOS-T系列功率MOSFET。

     Vishay Siliconix公司則推出了新型P信道功率MOSFET器件，其占位面積不足3平方毫米。該公司稱這種新型器件在柵極驅(qū)動(dòng)電壓為4.5V時(shí)，可提供最大僅48mΩ的導(dǎo)通電阻，比市場上的同類MOSFET低31%。

     Vishay Siliconix還采用了WFET技術(shù)降低柵極電荷。該技術(shù)通過在產(chǎn)品的硅槽底部使用一層加厚的柵極氧化層以降低反向?qū)娙軨rss和柵極電荷，從而盡可能減少對導(dǎo)通電阻的影響，并提高DC/DC轉(zhuǎn)換器的功效。

     在高耐壓方面，Advanced Power Technology Europe(APT)公司宣布推出了1,000V和1,200V MOSFET。而飛兆也采用新型SuperFET技術(shù)，推出了耐壓達(dá)650V的高壓MOSFET產(chǎn)品，該產(chǎn)品據(jù)稱可以大幅降低開關(guān)電源(SMPS)和功率因子校正(PFC)應(yīng)用的系統(tǒng)功率損耗，提高功效和可靠性。

     新材料新工藝在MOSFET的性能提升中起了很大作用，APT中國區(qū)經(jīng)理趙善麒表示：“與標(biāo)準(zhǔn)MOSFET相比，CoolMOS有更低的導(dǎo)通電阻。對功率半導(dǎo)體而言，SiC是非常有前景的材料，SiC MOSFET可以應(yīng)對更高的電流密度、更高電壓的沖擊?！?br />

     汽車電子推動(dòng)IGBT向節(jié)能智能化發(fā)展

     IGBT是MOSFET和雙極技術(shù)的混合物，它既有MOSFET的優(yōu)勢，也有雙極功率晶體管在高電壓應(yīng)用中優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)能力。IGBT最初用在特種電源、變頻調(diào)速、相機(jī)閃光和照明方面，目前正逐步拓展到汽車電子領(lǐng)域。隨著汽車供電系統(tǒng)向42V電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，IGBT還會蠶食MOSFET的市場。APT的趙善麒表示：“最新的IGBT在功率密度方面有數(shù)量級的提高，所以在很多應(yīng)用場合可以考慮用IGBT取代MOSFET?！?br />
     “由于汽車制造廠正面對不斷提升汽車用油效率和可靠性的壓力，汽車點(diǎn)火器系統(tǒng)必須繼續(xù)發(fā)展，變得更加精密。汽車系統(tǒng)正從無分布器點(diǎn)火系統(tǒng)(Distributorless)轉(zhuǎn)向火花塞上線圈(Coil-on-Plug)，再到火花塞上的開關(guān)(Switch-on-Plug)發(fā)展?；旌先剂虾碗妱?dòng)汽車也代表著一個(gè)龐大的機(jī)會，IGBT會在這些汽車的功率轉(zhuǎn)換部分中使用。”為適應(yīng)這些新的應(yīng)用需求，IGBT的一個(gè)發(fā)展趨勢是集成眾多的功能。如有源鉗位、ESD保護(hù)、邏輯電平柵極閾值和柵極電阻網(wǎng)絡(luò)等。

     安森美也表示，未來在政策法令與市場環(huán)境的驅(qū)動(dòng)下，汽車電子化會帶來許多商機(jī)，如環(huán)保問題就使汽車的點(diǎn)火裝置和ECU采用更多的半導(dǎo)體器件，促進(jìn)點(diǎn)火IGBT向智能IGBT轉(zhuǎn)換。

     功率分立半導(dǎo)體的“集成化”

     隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體廠商也考慮功率分立器件的“集成”。大多集成都是將不同的分立器件封裝在一起，有的供應(yīng)商嘗試把IGBT與MCU結(jié)合。對此，飛兆的郭耀明表示：“目前汽車點(diǎn)火IGBT的發(fā)展趨勢是從點(diǎn)火模塊(無分布器)中移除出來，然后加入線圈組件中，以改善控制和提高系統(tǒng)可靠性，點(diǎn)火IGBT的能量密度也得到改進(jìn)。例如，過去需要采用較大TO-263(D2PAK)封裝以滿足系統(tǒng)需求的部件，現(xiàn)在都可引入于較小的TO-252(DPAK)封裝中，使到IGBT更容易與線圈組件集成。這種IGBT技術(shù)目前就已存在。如果火花塞上的開關(guān)系統(tǒng)能如預(yù)期般流行，MCU就不大可能與IGBT集成。”

     APT 的趙善麒表示：“APT目前沒有類似IGBT+MCU的產(chǎn)品面市，但APT提供一種專用電源模塊(ASPM)。該模塊集成的解決方案包含有很多單個(gè)元器件，它可以提供一種電源功能或作為一個(gè)電源子系統(tǒng)使用，集成的規(guī)?？梢詮募?0個(gè)元件到500個(gè)元件不等。它相比分立的功率半導(dǎo)體有很多優(yōu)點(diǎn)，如改善性能、減小尺寸、降低成本、縮短面市時(shí)間等等?！?br />
     “飛利浦認(rèn)為集成功率器件市場會逐步成長，飛利浦已推出了集成有降壓轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品?！憋w利浦的Lan Moulding說，“MCU的工藝水平與功率器件的工藝水平差別較大，飛利浦采用多芯片模塊(MCM)工藝將這兩種器件集成在一起，以幫助客戶減小板空間并改善信號完整性。”

     也有的公司是把PWM與功率MOSFET集成。Intersil公司推出的兩相同步補(bǔ)償PWM控制器IC就集成了MOSFET驅(qū)動(dòng)器，它采用4x4mm QFN封裝。英飛凌也將MOSFET和PWM 柵極驅(qū)動(dòng)器整合在同一個(gè)封裝內(nèi)。

     在與其它器件的集成方面，瑞薩科技公司推出集成了MOSFET及驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)級封裝器件——Driver-MOSFET Integrated SiP，適合用在CPU的穩(wěn)壓器中。