功率半導(dǎo)體的市場(chǎng)應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

　　近日，國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體廠商的好消息不斷，先是由佛山合芯半導(dǎo)體有限公司投資的合芯高端功率半導(dǎo)體項(xiàng)目全面投產(chǎn)，主要研究三極管、MOSFET封裝測(cè)試、可控硅、三端穩(wěn)壓管、高反壓開關(guān)三極管、信號(hào)放大三極管、集成電路等;然后是重慶萬國(guó)半導(dǎo)體科技有限公司的12英寸功率半導(dǎo)體晶元測(cè)試片已順利產(chǎn)出，預(yù)計(jì)年底正式量產(chǎn)，據(jù)悉，這是亞洲首款12寸半導(dǎo)體芯片。

　　功率半導(dǎo)體器件也叫電力電子器件，它的作用是進(jìn)行功率處理的，是處理高電壓、大電流的。IGBT和功率MOSFET器件是目前應(yīng)用最廣泛的電力電子器件，作為新型功率半導(dǎo)體器件，在計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)電子、汽車電子等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

　　功率半導(dǎo)體器件是關(guān)系著高鐵動(dòng)力系統(tǒng) 、汽車動(dòng)力系統(tǒng)、 消費(fèi)及通訊電子系統(tǒng)等能否實(shí)現(xiàn)自主可控的核心零部件，近年來得到了國(guó)家的大力支持，本文將主要為大家講述IGBT和功率MOSFET器件在各行各業(yè)的作用和前景。

　　IGBT的應(yīng)用市場(chǎng)和趨勢(shì)

　　IGBT是由BJT和MOS組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，適合于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。IGBT是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，在軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、電動(dòng)汽車與新能源裝備等領(lǐng)域應(yīng)用極廣。

　　目前全球的IGBT器件及模塊基本由歐美日等企業(yè)壟斷，英飛凌、三菱、富士電機(jī)、仙童半導(dǎo)體等企業(yè)占據(jù)全球八成的市場(chǎng)份額。

　　IGBT在電動(dòng)汽的應(yīng)用

　　在電動(dòng)汽車?yán)锩?，充電和能源轉(zhuǎn)換是最常見的部件，IGBT的作用是交流電和直流電的轉(zhuǎn)換，同時(shí)IGBT還承擔(dān)電壓的高低轉(zhuǎn)換的功能。如當(dāng)汽車進(jìn)行外界充電時(shí)是交流電，要通過IGBT轉(zhuǎn)變成直流電然后給電池，同時(shí)把充電電壓轉(zhuǎn)換成適當(dāng)電壓給電池組充電;電池放電時(shí)，把通過IGBT把直流電轉(zhuǎn)變成交流電機(jī)使用的交流電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的變頻控制。

　　IGBT的好壞直接影響電動(dòng)車功率的釋放速度和充電性能，是最關(guān)鍵的核心部件。

　　IGBT在軌道交通的應(yīng)用

　　除了電動(dòng)車，IGBT在軌道交通應(yīng)用很廣。在軌道交通中，需要用電力實(shí)現(xiàn)對(duì)車的供電，大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車內(nèi)部構(gòu)成有有兩個(gè)重要的功率模塊，即主牽引變流器和輔助變流器。主牽引變流器為牽引機(jī)車提供動(dòng)力，功率最高、電壓最大，輔助變流器為其他非動(dòng)力電流供電，如空調(diào)、車燈、后備電源等，電壓、功率相對(duì)較低。

　　IGBT模塊在軌道交通的作用主要是功率轉(zhuǎn)換、降溫和調(diào)節(jié)等。如混動(dòng)車的關(guān)鍵組件是發(fā)電機(jī)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，而發(fā)電機(jī)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵是IGBT模塊。由于混動(dòng)車的工作環(huán)境略優(yōu)于軌道交通，因此可選用等級(jí)稍低的車輛級(jí)IGBT模塊。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可通過將IGBT的位置更靠近基板螺絲固定點(diǎn)的方法，來有效降低基板與散熱片之間的熱阻效應(yīng)。

　　隨著集成電路的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)和工藝也不斷幾部，高速、微型化的集成模塊成為廠商們更好的選擇。如今的大電流高電壓的IGBT已模塊化,它的驅(qū)動(dòng)電路除了由分立元件構(gòu)成之外,現(xiàn)在已制造出集成化的IGBT專用驅(qū)動(dòng)電路，其性能更好,整機(jī)的可靠性更高及體積更小。

　　功率MOSFET器件的應(yīng)用與發(fā)展前景

　　MOSFET是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場(chǎng)效晶體管，依照其“通道”的極性不同，可分為“N型”與“P型” 的兩種類型，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET。MOSFET在數(shù)字信號(hào)處理上最主要的成功來自CMOS邏輯電路的發(fā)明，這種結(jié)構(gòu)最大的好處是理論上不會(huì)有靜態(tài)的功率損耗，只有在邏輯門的切換動(dòng)作時(shí)才有電流通過。

　　和IGBT市場(chǎng)類似，目前全球的MOSFET器件由歐美日等企業(yè)壟斷，英飛凌、仙童半導(dǎo)體、瑞薩、意法半導(dǎo)體、東芝等廠商占據(jù)了絕大部分。

　　功率MOSFET器件的應(yīng)用

　　MOSFET自1980年即進(jìn)入電子商業(yè)應(yīng)用，早期功率MOSFET器件主要是針對(duì)PC市場(chǎng)和主板和顯卡升級(jí)換代，隨著Type-C接口的普及，MOSFET在功率轉(zhuǎn)換、過載保護(hù)上發(fā)揮著重要作用，快充接口統(tǒng)一帶動(dòng)MOSFET發(fā)展。

　　由于MOSFET是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和充電樁電源模塊的核心零部件，近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、電動(dòng)車的發(fā)展，汽車電子比重提升，產(chǎn)業(yè)需求迅速增長(zhǎng)，MOSFET等功率元件也迎來了短期的爆發(fā)。

　　功率半導(dǎo)體未來的發(fā)展趨勢(shì)

　　功率半導(dǎo)體是很多應(yīng)用領(lǐng)域不可或缺的上游器件，未來將伴隨著產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)而實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。功率半導(dǎo)體的發(fā)展將呈現(xiàn)兩大方向，一是功率電子模塊的集成度越來越高，半導(dǎo)體模塊之間的差異，不僅僅體現(xiàn)在連接技術(shù)方面，附加有源和無源器件的集成度也是重要的參數(shù);二是功率半導(dǎo)體的智能化，智能功率模塊增加了額外保護(hù)和監(jiān)測(cè)功能，如過電流和短路保護(hù)、驅(qū)動(dòng)器電源電壓控制等功能，智能模塊技術(shù)讓功率半導(dǎo)體成為真正的“智能器件”。