電源管理市場回暖，低電壓MOSFET趨向精密、高效

根據(jù)IHS iSuppli最近一次的調(diào)查顯示，繼2011年第四季度的慘跌之后，電源半導(dǎo)體市場在2012年初有所回轉(zhuǎn)，并在第二季度終于走上明顯增長之路，從目前的情況來看，第一季度該類產(chǎn)品的市場營收達(dá)到75億美元，第二季度則繼續(xù)增長6.7%，達(dá)到80億美元；預(yù)計2012年電源管理半導(dǎo)體市場的總體營收將達(dá)328億美元，較去年的319億美元小增2.8%。分析指出，電源管理半導(dǎo)體市場的回暖主要受惠于消費電子與工業(yè)領(lǐng)域的擴張與推動，其中，功率MOSFET是這些市場中增長量較大的產(chǎn)品線之一。

 

 

全球電源管理半導(dǎo)體市場營收統(tǒng)計（單位：十億美元）

 

而從部分功率器件廠商對今年一、二季度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，功率MOSFET的業(yè)務(wù)收入從第一季度開始強力反彈，該增長主要受用戶庫存補充的驅(qū)動，且值得注意的是，目前MOSFET的增長速度要比預(yù)期的消費電子和計算終端市場的反彈幅度還要強烈，預(yù)計市場對利用新型低壓和中壓溝槽技術(shù)設(shè)計的MOSFET產(chǎn)品的需求量仍將處于較為強勁的增長階段。

 

MOSFET是現(xiàn)今大功率組件的主流元器件之一，也是分立器件和智能功率集成電路(SPIC)中的重要組成部分，被廣泛應(yīng)用于電源管理、平板顯示、開關(guān)電源、汽車電子和電機驅(qū)動等行業(yè)市場中。特別是伴隨著近幾年來以iPad及iPhone為代表的智能型產(chǎn)品的大量興起，低電壓MOSFET市場的增長成為了目前業(yè)界的一個主要發(fā)展趨勢，在電池供電便攜式產(chǎn)品、汽車電子、LED照明/顯示屏等應(yīng)用領(lǐng)域中，低電壓MOSFET的應(yīng)用日益受到人們的關(guān)注，技術(shù)導(dǎo)向趨向精密且高效能的產(chǎn)品類型。

提升器件的整體效能

便攜式產(chǎn)品的電源設(shè)計要面對的最大問題，就是如何保證為高性能的CPU提供足夠大的電流，與此同時，這些電池供電便攜式電子設(shè)備正朝著輕量化、小型化，以及DC/DC電源模塊越來越多的方向發(fā)展。因應(yīng)這些需求變化，在常規(guī)的電性能指標(biāo)以外，對于功率MOSFET來講，也要求其要有更高的功率密度和轉(zhuǎn)換效率，使設(shè)備能夠在較長的平均無故障工作時間里表現(xiàn)出最佳的性能可靠性。為此，低導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）、高速切換、高效能、高功率是目前階段眾多廠商在開發(fā)功率MOSFET器件時的主要思路。

 

 

飛兆半導(dǎo)體(Fairchild)高級產(chǎn)品線經(jīng)理 Tomas Moreno

 

飛兆半導(dǎo)體(Fairchild)是全球MOSFET器件的重要供應(yīng)廠商，該公司高級產(chǎn)品線經(jīng)理Tomas Moreno介紹道：“飛兆半導(dǎo)體的20-250V PowerTrench® MOSFET采用屏蔽柵MOSFET技術(shù)，且針對SMPS設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。這些器件是結(jié)合小柵極電荷(QG)、小反向恢復(fù)電荷(Qrr)以及軟反向恢復(fù)體二極管的優(yōu)化功率開關(guān)，可以實現(xiàn)服務(wù)器/電信/計算應(yīng)用AC/DC電源中同步整流的快速開關(guān)。它們還具有更小的開關(guān)噪聲和振鈴，有助于降低EMI，在其物理尺寸下達(dá)到出色的散熱性能，這些特性在手機和其它便攜式應(yīng)用的DC/DC設(shè)計中尤為重要，亦非常適合線性模式應(yīng)用。”以飛兆半導(dǎo)體的一款25V MOSFET器件為例，其采用3mm x 3mm MLP封裝，具有業(yè)界最低的RDS(ON)，可提供優(yōu)質(zhì)的效率和結(jié)溫性能。該器件在10VGS下的RDS(ON)為1.6mΩ(在4.5VGS下則為2.3mΩ)，與具有相同外形尺寸的替代解決方案相比，其傳導(dǎo)損耗降低了50%，為設(shè)計人員提供了較高的功率密度(每平方厘米線路板提供的安培數(shù))。

 

 

國際整流器公司(IR)產(chǎn)品市場工程師George Feng

 

國際整流器公司(IR)產(chǎn)品市場工程師George Feng表示：“降低導(dǎo)通電阻可以降低導(dǎo)通損耗和提高熱效率(還有助于改善功率密度)，因此對于很多應(yīng)用而言，這是首要任務(wù)，大電流設(shè)計尤為如此。IR一直在開發(fā)新型MOSFET器件，以降低RDS(on)和減少柵極電荷來降低總品質(zhì)因數(shù)R*Q，進(jìn)而提高系統(tǒng)效率，這對于太陽能逆變器系統(tǒng)所用的開關(guān)電源拓?fù)涠苑浅Ｖ匾?。通過整合最新的器件和封裝級創(chuàng)新，IR新一代MOSFET可以滿足設(shè)計者對提升性能、提高效率和削減成本的總體需求。”

 

另一方面，除了電路設(shè)計之外，影響功率MOSFET導(dǎo)通電阻的因素還有很多，從設(shè)計到生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)都有可能令此項參數(shù)的數(shù)值升高，而器件的生產(chǎn)工藝就是時常被人們所忽視的一個重要環(huán)節(jié)。作為一家大型集成制造設(shè)備供應(yīng)商 (Integrated Manufacturing Devices，IDM)的臺灣友順科技股份有限公司(UTC)，擁有自己的功率MOSFET設(shè)計團隊、生產(chǎn)線和封裝公司。該公司運籌中心特別助理林添進(jìn)從多個面向分析道：“MOSFET性能的優(yōu)異性及競爭力還取決于工藝技術(shù)的配合上，UTC自主研發(fā)的芯片工藝技術(shù)的線寬能力達(dá)到0.35um，不僅能在成本上有競爭力，而且成熟的芯片減薄技術(shù)也對減小導(dǎo)通電阻起到很大的作用；在封裝工藝方面，導(dǎo)線架和導(dǎo)線結(jié)合產(chǎn)生的電阻會造成MOSFET的導(dǎo)通電阻增大，對此，UTC的封裝廠開發(fā)出了自有的導(dǎo)線架，從材料及結(jié)構(gòu)上減少了此類問題對導(dǎo)通電阻的影響，從而實現(xiàn)最低的導(dǎo)通電阻，并提高了系統(tǒng)的整體效率。”

超微薄封裝尺寸設(shè)計

總體來看，2012年第一、二季度功率MOSFET器件的市場供貨情況良好，隨著今年美國、臺灣市場經(jīng)濟的部分恢復(fù)，對MOSFET的需求較旺，工廠產(chǎn)能比較充足，雖然原材料不斷高漲，封裝費用急升調(diào)整，但產(chǎn)品的整體價格和交貨期仍保持相對穩(wěn)定。也有部分廠商反映，2012年開春以來，客戶訂單急劇增加，特別是對于DFN/SOT-723/SOT-89/SOT-223封裝型式的產(chǎn)品需求強烈，這些規(guī)格的產(chǎn)品主要被應(yīng)用在市場上新一代超薄型手持便攜式設(shè)備（平板電腦、手機、NB等等）的負(fù)載開關(guān)或電壓轉(zhuǎn)換電路中。隨著電池供電便攜式產(chǎn)品越來越強調(diào)其輕薄、易于攜帶的設(shè)計理念，各種精密封裝的功率MOSFET器件成為了市場的主流。

 

George Feng指出：“MOSFET目前主要的技術(shù)趨勢是通過基本的半導(dǎo)體工藝和封裝技術(shù)的進(jìn)步，來實現(xiàn)產(chǎn)品的性能和成本優(yōu)勢。生產(chǎn)工藝和封裝技術(shù)在滿足提高功率密度的要求方面都發(fā)揮了重要的作用，其中包括：在相同的封裝尺寸內(nèi)處理更大電流的能力，或是在較小的封裝尺寸內(nèi)處理相同電流的能力等，這些對于節(jié)省電路空間和產(chǎn)品成本來說都具有舉足輕重的意義。”

 

 

閘能科技股份有限公司總經(jīng)理廖思翰

 

閘能科技 ( Alfa-MOS ) 股份有限公司總經(jīng)理廖思翰也表示：“閘能科技專精于Trench Power MOSFET，采用業(yè)界高密度細(xì)胞制程方式進(jìn)行MOSFET設(shè)計，細(xì)胞密度可達(dá)450M/mm2–380M/mm2，同時利用小型封裝技術(shù)(如：SOT-723/ DFN2X2/DFN2X3 ……)，可有效降低整體導(dǎo)通電阻并大幅縮減組件體積，有助于系統(tǒng)設(shè)計人員縮減系統(tǒng)設(shè)計所需的面積，大幅減輕產(chǎn)品成本，進(jìn)而為便攜式產(chǎn)品提供精密、靈巧且更有效益的解決方案。”據(jù)悉，目前閘能科技針對隨身電源和鋰電池市場，加大力度開發(fā)精密、高效能、DFN封裝方式的MOSFET產(chǎn)品；此外，應(yīng)用于LED照明系統(tǒng)的60-100V、DFN/SOT-89/SOT-223精密封裝的功率MOSFET也是閘能科技另一條重要的產(chǎn)品開發(fā)線。

 

此外，據(jù)了解，國內(nèi)廣州成啟半導(dǎo)體(HOMSEMI)在中低壓MOSFET產(chǎn)品中運用更大尺寸的8英寸晶圓，并導(dǎo)入更微細(xì)(0.18um)加工技術(shù)及Trench技術(shù)，在提升整體效能的同時，實現(xiàn)了更低單位的制造成本，以及更小體積、但效率更佳的封裝形式。

新興市場期待定制化方案

在目前功率MOSFET的應(yīng)用市場上，另一個較為明顯的現(xiàn)象是新興市場的成長同樣不可小覷。按照國家“十二五”規(guī)劃，提升高端裝備制造業(yè)的自動化水平，以及對綠色、環(huán)保能源的進(jìn)一步開發(fā)，是新時期七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一，在這一趨勢下，功率MOSFET在電動汽車、太陽能逆變器、LED照明和精密電機驅(qū)動器等應(yīng)用市場中表現(xiàn)得相當(dāng)活躍，并且這些市場要求器件廠商能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求，提供多種定制化的解決方案。

 

對此，林添進(jìn)表示：“例如在汽車電子控制系統(tǒng)中，很多負(fù)載是無法以微控制器或低電壓接口器件來直接驅(qū)動的，而不同部分就需要采用不同擊穿電壓的功率MOSFET。例如，電機控制橋接裝置采用30V和40V擊穿電壓的產(chǎn)品，而MOSFET在必須控制負(fù)載突卸、突升啟動的情況下，采用60V產(chǎn)品來驅(qū)動負(fù)載是比較適宜的；而當(dāng)電源系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到42V時，就應(yīng)該選擇75V到100V的功率MOSFET；在高輔助電壓的裝置上，則應(yīng)該要使用150V的產(chǎn)品；另外400V以上的產(chǎn)品則適用于發(fā)動機/啟動器等一體化模組，或高亮度放電HID前照燈的控制電路中，UTC致力于為客戶提供全方面系列化的產(chǎn)品解決方案。”

 

George Feng則以太陽能應(yīng)用為例，介紹道：“當(dāng)太陽能微型逆變器系統(tǒng)安裝在太陽能電池板上或者后面時，它們通常會暴露在環(huán)境之中，因此也必須要能夠經(jīng)受得住環(huán)境的考驗(如熱量、濕度和灰塵等)。針對這一特殊需求，一方面IR通過提供質(zhì)量優(yōu)秀且可靠性高的工業(yè)級元件，以保證較長的平均無故障時間(MTBF)；另一方面，在熱管理這一重點考量因素上，IR利用業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的散熱封裝技術(shù)(如DirectFET®)，讓微型逆變器能夠?qū)鬟f到外部的熱量最大化。此外，IR還采用GaN技術(shù)令晶體管實現(xiàn)了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的品質(zhì)因數(shù)，進(jìn)一步提高了包括太陽能逆變器在內(nèi)的應(yīng)用效率。”

 

而為了更好地響應(yīng)客戶需求，目前飛兆半導(dǎo)體從產(chǎn)品、技術(shù)和實施等層面建立起了較為完整地客戶服務(wù)體系。Tomas Moreno說道：“飛兆半導(dǎo)體具備提供定制功率傳輸解決方案的能力，以期滿足特定的應(yīng)用和用戶需求。在產(chǎn)品層面，我們綜合和匹配出色的MOSFET、控制器和PWM驅(qū)動器IP，以及先進(jìn)的處理和封裝能力，可以提供最優(yōu)的元件選擇；在技術(shù)支持層面，我們提供協(xié)作工程技術(shù)服務(wù)、區(qū)域設(shè)計中心、FAE和在線技術(shù)支持等；在實施層面，客戶可以指定各種預(yù)測、交付以及存貨計劃，飛兆半導(dǎo)體均能夠提供多種定制解決方案，幫助客戶取得成功。”

 

展望未來，“大電流、小體積”依然是功率MOSFET發(fā)展的重要趨勢，以滿足系統(tǒng)高效能、輕量化、小型化、高可靠度及低成本的要求。器件廠商將著重提升MOSFET的開關(guān)速度、耐沖擊性及耐壓性，降低內(nèi)部阻抗，并且能夠針對客戶需求提供多種定制化的解決方案。