功率半導體充當節(jié)能先鋒 中國企業(yè)加快步伐

?過去，人們常把集成電路比作電子系統(tǒng)的大腦，而把功率半導體器件比作四肢，因為集成電路的作用是接受和處理信息，而功率器件則根據(jù)這些信息指令產生控制功率，去驅動相關電機進行所需的工作。如今，新型功率半導體器件如MOSFET(金屬-氧化物-半導體場效應晶體管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)及功率集成電路應用逐漸普及，其為信息系統(tǒng)提供電源的功能也越來越引人注目。功率半導體器件在電子系統(tǒng)中的地位已不僅限于“四肢”，而是為整個系統(tǒng)“供血”的“心臟”。

　　? 市場增速回升

　　? 隨著世界各國對節(jié)能減排的需求越來越迫切，功率半導體器件在變頻家電、工業(yè)控制、電動及混合動力汽車、新能源、智能電網(wǎng)等諸多產業(yè)獲得了廣泛的應用空間。如今，中國正在成長為全球最大的功率半導體市場。以電動汽車應用為例，每輛電動汽車約需要一片6英寸IGBT晶圓;當中國電動汽車銷量達到目前國內汽車銷量的10%時，每年最少需要100萬片6英寸IGBT晶圓。中國電器工業(yè)協(xié)會電力電子分會秘書長肖向鋒告訴《中國電子報》記者，從2005年到2008年，我國功率器件市場平均年增長率為23%，2008年市場銷售額達1016.2億元;新型電力電子器件即高頻場控器件的市場需求增速更快，2005年到2008年平均增長率為30%，2008年市場銷售額達800億元。

　　? 不過，國際金融危機對我國功率半導體器件市場也造成一定影響。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表示，2008年，我國功率器件市場比上年增長7.8%，與前幾年兩位數(shù)的增長率相比有所放緩;但是，由于國家拉動內需政策的出臺以及對節(jié)能減排的要求，我國的功率半導體器件在未來幾年里還會保持增長，到2011年，年增長率將達到10%以上。

　　? 國際金融危機對全球功率半導體產業(yè)的影響更大。“受到各行業(yè)設備投資、訂貨、產量減少的影響，在最低谷的時候，功率半導體市場比高峰期減少了50%。”三菱電機機電(上海)有限公司董事總經(jīng)理森敏告訴記者，“不過，從今年春天開始，由于各國政府經(jīng)濟刺激政策的實施，尤其是中國政府投入4萬億元對投資和消費的拉動，產業(yè)景氣度開始逐漸恢復。”

　　? 家電應用凸顯高能效

　　? 與工業(yè)應用相比，家用電器雖然單臺耗電量較低，但由于其應用范圍廣、產品數(shù)量巨大，因此，國際主流廠商對功率半導體器件在家用電器領域的應用也非常重視，他們紛紛推出自己的創(chuàng)新產品，力圖在家電領域占有更大的份額。如何實現(xiàn)家用電器的節(jié)能?以空調為例，提高空調能效的關鍵在于提高空調壓縮機、電機、風機、換熱器等核心零部件的工作效率，其中，壓縮機占據(jù)了空調耗電量的80%左右，而且，由于空調的風機也需要使用電機進行驅動，電機占據(jù)了壓縮機和風機耗電量的絕大部分。

　　? “飛兆半導體的SPM產品系列高集成度電機驅動解決方案可用于驅動空調、洗衣機、吸塵器和許多其他商業(yè)和工業(yè)應用的高效變頻電機，使產品比機械電機節(jié)能達40%?！憋w兆半導體中國及東南亞地區(qū)銷售及市場推廣部副總裁陳坤和在接受《中國電子報》記者采訪時表示，“飛兆半導體還提供用于感應加熱炊具的IGBT，其1200VFieldStop(場截止)IGBT具有更好的傳導損耗和開關損耗平衡，以實現(xiàn)效率最大化，確保電器能夠快速、準確地達到所需溫度。另外，飛兆半導體的FieldStopIGBT具有較低的傳導損耗和開關損耗，因而電器的工作溫度得以降低，可實現(xiàn)更佳的系統(tǒng)穩(wěn)定性、更高的能效和更長的使用壽命?！?/P>

　　? 安森美半導體亞太區(qū)計算及消費產品部市場推廣經(jīng)理蔣家亮則表示，在中國的白家電應用中，安森美半導體的電源管理方案主要針對提升能效的應用?！坝捎谀苄б笞兊酶訃栏瘢耙淮木€性電源設計方案無法符合標準，因此，大多數(shù)應用開始轉向能效更高的開關電源方案;同時，新的設計方案也保持了具有競爭力的方案成本?！笔Y家亮說。

?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，還能實現(xiàn)優(yōu)化控制。在功率半導體領域，要提供有競爭力的產品，除了在芯片的設計與制造領域擁有領先的技術之外，還要在模塊封裝方面做足文章?！斑^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，現(xiàn)在已發(fā)展到第四代?！鄙艚榻B道，“日本、韓國和中國的很多工廠在變頻空調的室外壓縮機控制部分使用了三菱電機的DIPIPM，特別是今年以來，中國的各空調廠商大力推廣變頻化，DIPIPM的需求量大幅增加。”

　　? 中國企業(yè)尋求技術突破

　　? 盡管我國已經(jīng)成為全球功率半導體產業(yè)的重要市場，但我國功率半導體器件的設計、制造能力還有待提高，我國功率半導體企業(yè)的生產條件和工藝技術大多仍停留在國外上世紀90年代的水平，關鍵技術仍掌握在少數(shù)國外公司手中。據(jù)統(tǒng)計，目前國內市場所需的功率半導體約有90%仍然依賴進口，缺乏核心技術將嚴重阻礙中國新興節(jié)能產業(yè)的發(fā)展?！跋馡GBT這樣的高端功率半導體器件基本上完全被國外廠商壟斷，國內產品市場認證周期非常長，而且獲得的市場認可度不高?！壁w善麒不無遺憾地說。

　? 　華虹NEC市場部技術市場科科長陳儉在接受《中國電子報》記者采訪時也表示：“歐美和日本企業(yè)憑借著產品質量好、技術領先，在功率半導體市場中占據(jù)絕對優(yōu)勢地位。近幾年，我國***地區(qū)的企業(yè)依靠產品的高性價比也在市場上占據(jù)了一席之地，而中國大陸企業(yè)由于起步較晚，技術和市場都相對落后，市場占有率不高，在功率器件市場上的競爭力還很弱?！辈贿^，他同時也指出，功率器件市場是高度分散的，在該領域，全球最大的兩家企業(yè)的份額也只有10%左右，對于中國企業(yè)而言，只要看準市場，成功的可能性還是很大的。

　? 　在新技術、新產品的開發(fā)方面，中國企業(yè)也在不斷取得突破。據(jù)趙善麒介紹，宏微科技承擔了科技部“十一五”重點支撐項目“新型電力電子器件及電力電子集成技術”中的IGBT和FRD(快速恢復二極管)芯片的研制和生產，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)已達到國際同類產品的先進水平;與此同時，宏微科技與國外企業(yè)合作，開發(fā)了鋁帶焊接新工藝，并成功地應用于IGBT和其他模塊的生產中。

　　? 在芯片制造方面，中國企業(yè)也取得了長足進步。據(jù)陳儉介紹，面向電源管理IC市場，華虹NEC在2005年就開始了BCD(雙極-CMOS-DMOS)工藝的開發(fā)，其BCD工藝是目前國際上最先進的BCD量產技術之一，也是國內目前唯一的0.35微米BCD工藝技術平臺。目前華虹NEC是國內能提供8英寸功率器件最主要的代工廠之一，相對其他4-6英寸的功率器件生產線，華虹NEC的8英寸代工生產線可以做到線寬更小，同樣的面積可得到更多的管芯，通過對工藝的精確控制使器件最小可達到0.11微米的工藝水平。同時，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品的競爭力。

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　　? 功率半導體器件的應用領域

　　? 功率半導體器件的主要應用領域是開關電源、電機驅動與調速、UPS等等。因為這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體。功率半導體的另一重要應用領域是發(fā)電、變電與輸電，這就是原本意義上的電力電子。任何電器設備都需要電源(盡管有些設備電源是內置在機箱中)，任何用電機的設備都需要電機驅動(小至計算機風扇和家電，大至礦山機械，電氣機車，軋鋼機等等)。功率半導體的應用之廣泛已是在國民經(jīng)濟各領域和國防工業(yè)中無所不在。

　　? MOSFET在功率器件中增速最快

????? 2008年，中國MOSFET市場需求量為198.2億顆，比2007年增長了11.9%，是各類功率器件中市場需求成長速度最快的一類產品。從應用結構上看，由于MOSFET在便攜式產品、液晶電視等消費性電子產品中的廣泛應用，使得消費性電子成為MOSFET最大的應用市場;而憑借著MOSFET在主機板中的大量應用，計算機領域居次;工業(yè)控制則是MOSFET的第三大應用領域。