新能源开发为功率器件市场带来新机遇

可再生能源又可分为风力发电和太阳能光伏发电两种，对于这两大市场，三菱电机机电(上海)有限公司半导体事业部市场营销部部长钱宇峰认为，会更看好太阳能光伏市场，根据国家发改委颁布的政策，到2015年，全国太阳能装机容量累计将达到35GW，而截至2012年，总装机容量是8GW，这意味着，从2013年开始，每年的装机容量将达到9GW，在这一趋势下，对功率半导体的需求势必将有明显的增长。

另外，能量存储系统(ESS)作为可再生能源所带来的一个潜在市场，其开发前景也日益得到行业厂商的重视。有厂商表示，由于可再生能源对于能量存储的需求会相应增加，为了提升能源转换效率，功率器件在其中的作用不可小视。

而在新能源汽车市场，根据工信部的报告显示，预计到2015年，新能源汽车的产销将达到50万辆;到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车的生产能力将达到200万辆，累计产销将超过500万辆。针对这一领域，各种符合汽车电子等级规范的专用功率器件模块将得到广泛的应用。

强壮性、高可靠性成为关键

谈到新能源领域对功率器件性能要求，万国半导体(AOS)公司亚太区业务发展副总裁Rexin Wang总结道，一方面是高功率应用需要功率因素校正;另一方面是低功率应用需要减少发热，这可通过封装革新或降低器件内阻来实现。同时，他强调：“在各种不同的应用中，一些共同的特点是，MOSFET需要高效和强壮性，而IGBT需要强壮性和更低的导通损耗以及开关损耗，这些都需要根据实际系统来设计。尤其是在某些电机类应用场合中，由于很容易受到较高冲击电流的考验，使得功率器件的强壮性显得至关重要。”

万国半导体(AOS)亚太区业务发展副总裁Rexin Wang

据了解，AOS在硅芯片工艺以及机械设计这两方面投入了非常多的资源(后者关系到热仿真和可靠性)，公司在美国俄勒冈州拥有超高性能FS-IGBT的8寸硅芯片厂，以便能够更好地满足产品的一致性、直通率以及大规模产能的要求。目前，AOS可提供从600V到1200V的FS IGBT，具有薄片化特性，有效降低了开关损耗和导通损耗;采用Top-cell结构可满足马达控制应用中需要更强壮、稳定的需求。在MOSFET产品系列，AOS最新的AlphaMOS II是第二代高压MOSFET产品，在电磁干扰传导测试和辐射测试中表现优异，有助于工程师在电路设计中获得良好的转换效率和抗电磁干扰性能。

飞兆(Fairchild)半导体公司工业部门市场行销经理Kevin Lee

然而，值得注意的是，伴随着最近一段时期新能源市场突显的低成本设计趋势，也为功率器件的高可靠性带来了严峻的挑战。飞兆(Fairchild)半导体公司工业部门市场行销经理Kevin Lee说道：“以太阳能光伏逆变器的应用为例，用户开始从以往关注高性能的产品，转为更多地注重降低成本，产生这一现象的部分原因是由于关键应用领域的市场竞争引发成本下降的压力。例如，客户过去常常在升压级使用超结MOSFET器件，但现在则越来越多地采用快速开关IGBT器件来替代这一部件，从而直接降低设计成本。”

如果要以更低的成本来开发速度更快的IGBT器件(开关速度类似于MOSFET器件的水平)，就必须运用具有更低制造成本的新型IGBT技术，或是采用更小芯片尺寸的器件设计，但任意新技术的成本通常都要高于现有技术，而且转向更小的芯片尺寸，也难以保证设计的高稳健性。为此，飞兆半导体开发的600~1200V场截止型快速开关FS IGBT，具有大电流处理能力、正温度系数、严格的参数分布，以及宽安全工作区(SOA)等特点，帮助太阳能逆变器、不间断电源(UPS)以及焊接应用的设计人员解决高能效、高散热性和高性价比的要求。另外，飞兆半导体最近推出的SuperFET II系列正在赢取超结MOSFET市场的份额，未来公司还将会围绕客户所需要的新特性，例如增强型保护功能和更高的额定电压等，制订其在IGBT和MOSFET产品线的开发蓝图。

此外，罗姆自主研发的一款混合型MOSFET也非常有特色，其兼具了IGBT和耐高压MOSFET两种特性，既有IGBT的低导通、不易受温度影响等特点，又具有耐高压MOSFET的高速开关特点。这款混合型MOSFET与IGBT一样，即便在电流增大的情况下，也能够在很大程度上抑制导通电阻的增加。并且由于温度而导致导通电阻发生变化时，混合型MOSFET也可以与IGBT一样把温度影响控制在较低的水平。虽然通常因为IGBT会产生尾电流，较难实现高速开关，但混合型MOSFET仍可以敏锐地进行开关，不产生尾电流，因此在高频情况下也可以使用。

结合应用需求，开发专用器件

功率半导体的应用范围日益广泛，不同的应用对于器件的要求也不尽相同，这使得厂商开始走向行业化解决方案的道路。国际整流器公司(IR)亚太区销售副总裁潘大伟指出，功率器件的开发需要与终端应用紧密相连，在某些具体应用中需要通过特定的技术来满足特定的系统要求，IR将不再开发可以适用于所有应用的解决方案，无论是针对汽车传动系统、太阳能逆变器，还是处理器电源等，IR都将为这些行业量身定做新的器件，以实现最优的系统效率和应用效果。

国际整流器公司(IR)亚太区销售副总裁潘大伟
【导读】从目前国内新能源市场的开发进展来看，主要热点集中在可再生能源、新能源汽车等领域。

可再生能源又可分为风力发电和太阳能光伏发电两种，对于这两大市场，三菱电机机电(上海)有限公司半导体事业部市场营销部部长钱宇峰认为，会更看好太阳能光伏市场，根据国家发改委颁布的政策，到2015年，全国太阳能装机容量累计将达到35GW，而截至2012年，总装机容量是8GW，这意味着，从2013年开始，每年的装机容量将达到9GW，在这一趋势下，对功率半导体的需求势必将有明显的增长。[!--empirenews.page--]

另外，能量存储系统(ESS)作为可再生能源所带来的一个潜在市场，其开发前景也日益得到行业厂商的重视。有厂商表示，由于可再生能源对于能量存储的需求会相应增加，为了提升能源转换效率，功率器件在其中的作用不可小视。

而在新能源汽车市场，根据工信部的报告显示，预计到2015年，新能源汽车的产销将达到50万辆;到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车的生产能力将达到200万辆，累计产销将超过500万辆。针对这一领域，各种符合汽车电子等级规范的专用功率器件模块将得到广泛的应用。

强壮性、高可靠性成为关键

谈到新能源领域对功率器件性能要求，万国半导体(AOS)公司亚太区业务发展副总裁Rexin Wang总结道，一方面是高功率应用需要功率因素校正;另一方面是低功率应用需要减少发热，这可通过封装革新或降低器件内阻来实现。同时，他强调：“在各种不同的应用中，一些共同的特点是，MOSFET需要高效和强壮性，而IGBT需要强壮性和更低的导通损耗以及开关损耗，这些都需要根据实际系统来设计。尤其是在某些电机类应用场合中，由于很容易受到较高冲击电流的考验，使得功率器件的强壮性显得至关重要。”

万国半导体(AOS)亚太区业务发展副总裁Rexin Wang

据了解，AOS在硅芯片工艺以及机械设计这两方面投入了非常多的资源(后者关系到热仿真和可靠性)，公司在美国俄勒冈州拥有超高性能FS-IGBT的8寸硅芯片厂，以便能够更好地满足产品的一致性、直通率以及大规模产能的要求。目前，AOS可提供从600V到1200V的FS IGBT，具有薄片化特性，有效降低了开关损耗和导通损耗;采用Top-cell结构可满足马达控制应用中需要更强壮、稳定的需求。在MOSFET产品系列，AOS最新的AlphaMOS II是第二代高压MOSFET产品，在电磁干扰传导测试和辐射测试中表现优异，有助于工程师在电路设计中获得良好的转换效率和抗电磁干扰性能。

飞兆(Fairchild)半导体公司工业部门市场行销经理Kevin Lee

然而，值得注意的是，伴随着最近一段时期新能源市场突显的低成本设计趋势，也为功率器件的高可靠性带来了严峻的挑战。飞兆(Fairchild)半导体公司工业部门市场行销经理Kevin Lee说道：“以太阳能光伏逆变器的应用为例，用户开始从以往关注高性能的产品，转为更多地注重降低成本，产生这一现象的部分原因是由于关键应用领域的市场竞争引发成本下降的压力。例如，客户过去常常在升压级使用超结MOSFET器件，但现在则越来越多地采用快速开关IGBT器件来替代这一部件，从而直接降低设计成本。”

如果要以更低的成本来开发速度更快的IGBT器件(开关速度类似于MOSFET器件的水平)，就必须运用具有更低制造成本的新型IGBT技术，或是采用更小芯片尺寸的器件设计，但任意新技术的成本通常都要高于现有技术，而且转向更小的芯片尺寸，也难以保证设计的高稳健性。为此，飞兆半导体开发的600~1200V场截止型快速开关FS IGBT，具有大电流处理能力、正温度系数、严格的参数分布，以及宽安全工作区(SOA)等特点，帮助太阳能逆变器、不间断电源(UPS)以及焊接应用的设计人员解决高能效、高散热性和高性价比的要求。另外，飞兆半导体最近推出的SuperFET II系列正在赢取超结MOSFET市场的份额，未来公司还将会围绕客户所需要的新特性，例如增强型保护功能和更高的额定电压等，制订其在IGBT和MOSFET产品线的开发蓝图。

此外，罗姆自主研发的一款混合型MOSFET也非常有特色，其兼具了IGBT和耐高压MOSFET两种特性，既有IGBT的低导通、不易受温度影响等特点，又具有耐高压MOSFET的高速开关特点。这款混合型MOSFET与IGBT一样，即便在电流增大的情况下，也能够在很大程度上抑制导通电阻的增加。并且由于温度而导致导通电阻发生变化时，混合型MOSFET也可以与IGBT一样把温度影响控制在较低的水平。虽然通常因为IGBT会产生尾电流，较难实现高速开关，但混合型MOSFET仍可以敏锐地进行开关，不产生尾电流，因此在高频情况下也可以使用。

结合应用需求，开发专用器件

功率半导体的应用范围日益广泛，不同的应用对于器件的要求也不尽相同，这使得厂商开始走向行业化解决方案的道路。国际整流器公司(IR)亚太区销售副总裁潘大伟指出，功率器件的开发需要与终端应用紧密相连，在某些具体应用中需要通过特定的技术来满足特定的系统要求，IR将不再开发可以适用于所有应用的解决方案，无论是针对汽车传动系统、太阳能逆变器，还是处理器电源等，IR都将为这些行业量身定做新的器件，以实现最优的系统效率和应用效果。

国际整流器公司(IR)亚太区销售副总裁潘大伟
【导读】从目前国内新能源市场的开发进展来看，主要热点集中在可再生能源、新能源汽车等领域。

例如，在电动汽车市场上，随着越来越多的汽车厂商将混合动力汽车(HEV)和纯电动汽车(EV)纳入到其产品平台，令到汽车传动系统的电子化不断推进，目的在于促进电子部件能够满足更严格的排放法规和目标。汽车专用的功率半导体器件和封装形式将有助于实现电子传动系统的成本、尺寸控制，以及提升系统的可靠性。

目前IR已经开发出了一整套完整的汽车高功率半导体平台，其中包括创新型600V汽车级IGBT平台(CooliRIGBT)，该设计面向电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)的大范围快速开关应用，涵盖DC-DC转换器、电机驱动器和电池充电器等。新器件可以在与MOSFET相同的快速开关频率下运行，同时在高电流水平上提供更高的频率。此外，IR还为客户推出了一系列符合汽车行业需求的COOLiRFET MOSFET，可为包括电子动力转向(EPS)、制动系统和其它内燃机(ICE)和微混合汽车平台在内的大负载应用提供基准导通电阻(Rds(on));22AEC-Q101系列还可提供低导通损耗和强劲的雪崩性能。[!--empirenews.page--]

为了更好地贴近市场，对客户的实际需求做出及时的反应，AOS在全球市场起立起了从器件到系统级别的工程师支持团队。特别是针对中国市场，AOS在上海设有强大的应用开发中心，工程师拥有丰富的设计经验，他们在系统设计师和电源半导体之间架起了一座桥梁，可根据系统功率等级的需求来为客户提供适合的解决方案。例如，适用于太阳能逆变器、工业电机驱动、电网功率因数校正或家电控制，并能满足国内电焊机制造商要求的600-1200V IGBT器件;可用于高效电源，并满足国际标准(如“能源之星”)要求的20-1000V MOSFET等等。

新材料功率器件倍受瞩目

功率器件市场上的另一个最新动向是，宽带隙半导体材料的引入(SiC、GaN等)。为了不断提高功率器件的性能，新结构、新工艺的硅基功率器件正不断出现并逼近硅材料的理论极限，市场上迫切需要新的半导体材料，如SiC、GaN等，这些新材料的开发对于功率半导体性能指标的提升具有明显的作用和效果。包括飞兆半导体、罗姆、三菱电机、富士通半导体等在内的一批厂商纷纷在近期推出了一系列SiC、或基于硅衬底的GaN功率器件。

三菱电机机电(上海)有限公司半导体事业部市场营销部部长钱宇峰

以SiC材料为例，钱宇峰指出，SiC功率器件可广泛用于节能、高频和高温三大电力电子系统，与传统的硅功率器件相比，SiC功率器件具有关断拖尾电流极小、开关速度快、损耗低、耐高温的特性。采用SiC功率器件开发电力电子变流器，能提高功率密度，缩小设备体积;提升变流器效率;提高开关频率，缩小滤波器体积;并可确保在高温环境下运行的可靠性;同时还易于实现高电压大功率的设计。据介绍，今年三菱电机采用SiC材料技术的HVIGBT模块已在日本轨道交通的辅助电源设备上开始使用。

而富士通半导体推出的基于硅衬底的GaN功率器件芯片，可耐压150V，产品初始状态为断开(Normally-off)，相较于同等耐压规格的硅功率器件，其品质因数(FOM)可降低近一半。采用这款GaN功率器件，用户可设计出体积更小，效率更高的电源组件，广泛运用于ICT设备、工业设备和汽车电子等行业。

不得不提的是，虽然这些基于新型材料的功率器件一经问市，就获得了市场人士的普遍关注，但这类器件的开发还处于初期阶段，产品的性价比以及生产良率仍然有待进一步提高。有厂商表示，SiC、GaN等功率器件的未来发展速度将取决于市场的需求变化，在市场应用量扩大、制造商对生产工艺优化之后，越来越多的新型材料功率器件将在电力电子行业扮演更为重要的角色。

扩展阅读：4K TV：未来显示技术革新的曙光

文/Eric Braddom，消费电子产品部全球市场策略总监，TE公司

2013年是4K电视发展革新元年，继在年初的CES 2013上大放异彩后，全球各大电视品牌对4K电视产品的积极布局也进一步推动着市场的持续增长。据全球市场研究机构Futuresource Consulting预计，2013年4K电视的出货量将从去年的6.2万台增长至78万台，至2017年时更将达到2,200万台。而中国国产品牌低成本电视的普及也使得中国有望成为未来4K电视的主要市场。然而，对于电子元件制造制造商来说，革新并非易事。超高清(UHD)科技还面临数据处理速率、处理能力与散热处理等的多方面挑战。

尽管今天业内对4K电视的优越性还存在着争议，但随着显示设备从“高清”到“全高清”再到“超高清”的转变升级，在消费电子领域中提供更高清的显示器已是大势所趋。这意味着在处理传输4K内容所需的比特数据时，数据速率和处理能力的指数型变化会对相关电子元器件产生重大影响。4K技术，即被熟知的4K×2K(3840×2160)分辨率技术，像素数达到全高清(1920×1080)的4倍。因此，与标准高清显示相比，就要求有4倍的数据传输率。

相较于3D电视市场，4K电视是整个行业发展更为水到渠成的表现。但因受限于不菲的价格、稀缺的4K片源和缺乏能够处理数据、带宽及速度等技术需求的硬件，4K LCD电视在今年不会有跨越式的发展。不过这项技术还是为所有尺寸的显示器设定了新的基准。比如，一款具备标准120Hz数据刷新率的高清显示器可传输9Gb的未压缩数据。在超高清技术下，数据传输率达到前所未有的每秒36Gb，这不可避免地要求数据速率至少提高到每秒80Gb才能达到数据刷新的需求。

处理更高的数据速率

连接器与电缆制造商必须决定出处理上述更高数据速率的最佳方法。这可以通过增加数据传输通道、提高信号传输速度以及使用更高针数的连接器等方法来实现。在许多实际操作中，连接器制造商通过为电视设备引入高达100针的方案来解决这一问题。高清需要的数据通道则从每秒3.74Gb的4个通道增加到超高清所需的16个。当下业内正努力实现每通道每秒14Gb的系统，我们相信在不远的将来这个数字还会增加。

将数据传送至LCD电视或移动设备所需的原理是相同的，最为重要的指标是像素密度。像素密度必须限定在一定范围内，以确保电视屏幕实现高质量的画面。显示器制造商所面临的挑战在于，在实现一定像素密度和大尺寸的同时，保证面板生产的良率。

对于小型显示器制造商而言，部分挑战则来自于在有限的空间内提升分辨率。

信号完整性与电磁干扰

对于连接器制造商来说，随着数据速率提高所带来的信号完整性与电磁干扰(EMI)是他们所面临的两大难题。举例来说，连接器数据通道的布线方式必须能够保证不同信号间互不干扰，以确保信号的高度完整性、低串行干扰性、低电磁干扰以及高可靠性。

为了保证可信的数据传输，连接器制造商还必须考虑阻抗和衰减的问题。连接器必须针对差分阻抗和电缆的性能进行优化。一根带有屏蔽的弹性电缆，对于从小信号板到时间控制板的所有连接性能都会产生主要影响。

显示器的纤薄化趋势也影响了连接器的大小，特别是在高度上。如今，许多显示器生产商都需要高度大约在3毫米的连接器。[!--empirenews.page--]

4K超高清显示器所需的处理能力带来了散热方面的挑战，因为在持续提高数据速率以实现3D显示等更高级性能时，需要更多的电力。供电模块将产生更多的热，因此需要复杂的散热处理，并对电路保护提出了一些潜在的新要求。

在电容、静电放电(ESD)水平以及封装等方面都将对ESD保护提出全新挑战。如今的高速端口需要低电容ESD设备，以在对信号传输产生最低影响的前提下提供更高程度的保护。此外，它们还需要适应尺寸不断缩小的板型规格。行业内许多最小的单通道器件可实现0201和0402 XDFN封装，几款多通道ESD保护器件能提供低至0.31毫米的封装。更小尺寸的器件能够在布局上更靠近印刷电路板(PCB)的边缘，或者控制板及连接器之间，从而赋予设计人员更多的灵活性;许多领先水平的器件具有20KV的接触放电与空气放电等级。

为了应对关于快速数据速率、更高的功率器件需求、更小板型规格和更优的散热处理能力设备的设计难题，包括各类元件、显示设备与消费电子生产商在内的电子产品供应链需要同心协力。这种合作也将使得行业作为一个整体，充分利用超高清技术(甚至将来的8K分辨率)带来的发展机遇。随着移动与便携电子设备日益成为我们生活中不可或缺的一部分，更高分辨率的显示器将继续激发元件制造商推出拥有更高性能的产品，来满足消费者永无止境的需求。

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