新能源市场已成为功率MOSFET强劲增长助力
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新能源市场全面启动
“由于全球共同的能源短缺问题，使得节能、减碳的要求成为必然的趋势，能源替代方案是未来的发展重点，与电源管理有关的省电方案将被积极推动，以提升电能效率。”台湾友顺科技（UNISONIC）股份有限公司运筹中心特别助理林添进表示道。
以LED照明应用为例，迄今为止，日本、中国大陆和台湾地区都相继推出了一系列白炽灯替代计划，以全力推动LED照明应用的普及；在电动汽车开发上，中国大陆《纯电动乘用车技术条件》于2012年7月1日起正式实施，该标准适用于电池驱动、5座以下的纯电动汽车，30分钟最高车速不低于80公里/小时、续驶里程大于80公里的基本要求，同时也规定了快速充电器规格及兼容性整合等技术指标，并搭配补贴节能汽车政策配套，有利地推动了电动汽车市场应用和产业的发展。而在太阳能开发上，预计到2020年，中国光伏逆变器的市场增幅更为迅速，其年平均增长率约为50%，市场需求量最高可达605亿元。
在这些因素的推动下，友顺科技已能提供一系列具有高可靠性、高效率、高EAS能力、导通电阻低、动态参数优等特点的功率MOSFET，应用于LED 照明、AC-DC功率电源、DC- DC转换器以及PWM马达驱动等领域。例如800V/900V/1000V等产品，友顺的220A/30V N-Channel MOSFET及80A/60V的产品可用在电动车电控及电池供电系统；而在LED照明方面，UF601是一颗N Channel 600V的空乏型(Depletion)产品，能取代许多现有方案中的600V N-CH。
具体在太阳能逆变器的实际开发中，以往高压高速电机和逆变器的应用，一般会在一个封装中采用带分立式快恢复二极管(FRD)的IGBT，以实现短的反向恢复时间(trr)。然而，由于目前对于更加高速开关的需求，以及在稳态运行和高性能状态下的更低功耗需求，产生了对于带快速恢复体二极管特性的超级结MOSFET的需求。瑞萨电子(Renesas)针对这一领域，开发出了超结(Super Junction)工艺的高压MOSFET，在太阳能应用中该产品(如：600v/55A)可以替换IGBT的应用。胡兴江介绍道：“超结工艺MOSFET的结构布局与传统的平面结构不同，它可以在不降低器件耐压能力的条件下，实现更低的导通电阻，这就意味着可以降低每个单位面积的导通电阻。瑞萨利用其在功率器件技术方面积累的丰富经验，新开发了一系列采用高速体二极管的高性能超级结MOSFET，这一行业领先的低导通电阻和低栅极电压的组合平台，同时结合了快速体二极管的性能，实现了低功耗，并提升了高速开关性能。”
Microsemi功率器件产品市场开发总监Keith Westrum
Microsemi半导体公司目前以上百伏、千瓦功率的市场为主，主要满足工业市场所需要的上百伏电压、千瓦功率的应用领域，开关频率从大于10KHZ到 250MHz，涉及包括焊机、感应热处理、等离子体半导体设备、激光焊接/切割、开关模式电源(SMPS)，以及太阳能逆变器和电动汽车(EV)充电器等目前及未来的重要市场。该公司功率器件产品市场开发总监Keith Westrum表示道：“最近几年我们一直积极投入在太阳能逆变器的应用市场，事实上，这也是我们最主要的市场之一，Microsemi已经成为全球四大太阳能逆变器高电压 IGBT、MOSFET及模块化产品的供应商之一。除此之外，我们还积极开发电动汽车 (EV) 充电市场，在该领域中，效率和可靠性是关键因素，我们的设计获得了多项大奖。”
创新技术降低导通电阻
瑞萨一直致力于沟道工艺低压MOSFET产品的开发，其全新的Beam2系列产品的问世极大地降低了产品的导通电阻以及栅电荷，提高了开关电源系统的整体效率。瑞萨电子大中国区模拟及功率器件产品中心统括经理胡兴江表示：“Beam2系列在上一代Beam系列的基础上，保持了低的导通阻抗，同时又进一步降低了MOSFET的栅极电荷量，提高了开关速度并减少了开关损耗，如RJK03M0DPA的Qg(34.3nC)仅仅为RJK03C0DPA的Qg(66nC)一半左右，并同样继承了低的导通阻抗(小于2毫欧)，在产品的成本上也更具有竞争力。”目前此系列产品提供WPAK的5mmx6mm和3mmx3mm两种封装，高度仅有0.8～0.9mm，特别适合一些超薄的便携式产品的同步式电源设计。据介绍，该Beam2系列低压MOSFET为公司推出的第十三代产品，新的第十四代产品也正在按计划研制当中。
此外，以电动车应用为例，汽车用的功率MOSFET主要用于承担发电机、阀门、灯、加热部件、DC/DC电源和一些由电动机驱动配件的负载，这就与MOSFET的电压、电流、导通电阻等参数习习相关。MOSFET的导通电阻要设法做到最低，才能降低导通损耗，但导通电阻却和击穿电压又成反比，因此在设计与工艺上，就要考虑如何在实际应用中将这两个参数都做到最好。
林添进表示：“或许这是老生常谈，但事实上，新的技术工艺可以不断地被发展来将MOSFET的特性发挥到淋漓尽致，但无论如何，其目的最终还是回归到配合巿场应用的需求。以电动汽车来说，汽车电控装置必须能承受强电与弱电、高压和低压等共存的情况，而又要面临高低温差大、潮湿、振动、冲击、电磁干扰等恶劣环境，对器件的超载能力及散热设计都有较高的要求。此时不仅在芯片设计工艺上要创新，而且在封装的要求上也要改善，所以，许多供货商都会推出散热好又小型化的封装，友顺在这些方面也有所投入，并且在部份封装的材料及结构方面已经获得了多项专利。”
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瑞萨电子(Renesas)大中国区模拟及功率器件产品中心统括经理胡兴江
目前MOSFET使用的材料多为硅，但在高压达到1,000伏后，各项特性的表现已面临发展的极限瓶颈，而使用其它材料进行研发也是一些国际大厂主要的产品开发方向之一。“在MOSFET这一技术驱动型市场中，更高效、更省电、更高频，更高电压，以及每美元更大的电流、更多的选择等等，这些是所有元器件客户以及终端客户所追求的理想目标。”Westrum表示道：“另外，Microsem也正在开发采用碳化硅(SiC)为原材料的产品，为未来更为苛刻的产品应用做准备。”
胡兴江也补充道：“未来MOSFET的发展将主要体现在以下两个方面：一是产品性能上的进一步突破，如新材料的应用；另一方面，则是产品集成度上的发展，MOSFET将进一步和系统集成，以功能模块的形式出现在未来的产品设计中。同时，节能领域的产品应用对MOSFET的需求量将保持比较大的增长率。”
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