可再生能源又可分為風力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電兩種，對于這兩大市場，三菱電機機電(上海)有限公司半導體事業(yè)部市場營銷部部長錢宇峰認為，會更看好太陽能光伏市場，根據(jù)國家發(fā)改委頒布的政策，到2015年，全國太陽能裝機容量累計將達到35GW，而截至2012年，總裝機容量是8GW，這意味著，從2013年開始，每年的裝機容量將達到9GW，在這一趨勢下，對功率半導體的需求勢必將有明顯的增長。

另外，能量存儲系統(tǒng)(ESS)作為可再生能源所帶來的一個潛在市場，其開發(fā)前景也日益得到行業(yè)廠商的重視。有廠商表示，由于可再生能源對于能量存儲的需求會相應增加，為了提升能源轉換效率，功率器件在其中的作用不可小視。

而在新能源汽車市場，根據(jù)工信部的報告顯示，預計到2015年，新能源汽車的產(chǎn)銷將達到50萬輛;到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車的生產(chǎn)能力將達到200萬輛，累計產(chǎn)銷將超過500萬輛。針對這一領域，各種符合汽車電子等級規(guī)范的專用功率器件模塊將得到廣泛的應用。

強壯性、高可靠性成為關鍵

談到新能源領域對功率器件性能要求，萬國半導體(AOS)公司亞太區(qū)業(yè)務發(fā)展副總裁Rexin Wang總結道，一方面是高功率應用需要功率因素校正;另一方面是低功率應用需要減少發(fā)熱，這可通過封裝革新或降低器件內阻來實現(xiàn)。同時，他強調：“在各種不同的應用中，一些共同的特點是，MOSFET需要高效和強壯性，而IGBT需要強壯性和更低的導通損耗以及開關損耗，這些都需要根據(jù)實際系統(tǒng)來設計。尤其是在某些電機類應用場合中，由于很容易受到較高沖擊電流的考驗，使得功率器件的強壯性顯得至關重要。”

萬國半導體(AOS)亞太區(qū)業(yè)務發(fā)展副總裁Rexin Wang

據(jù)了解，AOS在硅芯片工藝以及機械設計這兩方面投入了非常多的資源(后者關系到熱仿真和可靠性)，公司在美國俄勒岡州擁有超高性能FS-IGBT的8寸硅芯片廠，以便能夠更好地滿足產(chǎn)品的一致性、直通率以及大規(guī)模產(chǎn)能的要求。目前，AOS可提供從600V到1200V的FS IGBT，具有薄片化特性，有效降低了開關損耗和導通損耗;采用Top-cell結構可滿足馬達控制應用中需要更強壯、穩(wěn)定的需求。在MOSFET產(chǎn)品系列，AOS最新的AlphaMOS II是第二代高壓MOSFET產(chǎn)品，在電磁干擾傳導測試和輻射測試中表現(xiàn)優(yōu)異，有助于工程師在電路設計中獲得良好的轉換效率和抗電磁干擾性能。

飛兆(Fairchild)半導體公司工業(yè)部門市場行銷經(jīng)理Kevin Lee

然而，值得注意的是，伴隨著最近一段時期新能源市場突顯的低成本設計趨勢，也為功率器件的高可靠性帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。飛兆(Fairchild)半導體公司工業(yè)部門市場行銷經(jīng)理Kevin Lee說道：“以太陽能光伏逆變器的應用為例，用戶開始從以往關注高性能的產(chǎn)品，轉為更多地注重降低成本，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的部分原因是由于關鍵應用領域的市場競爭引發(fā)成本下降的壓力。例如，客戶過去常常在升壓級使用超結MOSFET器件，但現(xiàn)在則越來越多地采用快速開關IGBT器件來替代這一部件，從而直接降低設計成本。”

如果要以更低的成本來開發(fā)速度更快的IGBT器件(開關速度類似于MOSFET器件的水平)，就必須運用具有更低制造成本的新型IGBT技術，或是采用更小芯片尺寸的器件設計，但任意新技術的成本通常都要高于現(xiàn)有技術，而且轉向更小的芯片尺寸，也難以保證設計的高穩(wěn)健性。為此，飛兆半導體開發(fā)的600~1200V場截止型快速開關FS IGBT，具有大電流處理能力、正溫度系數(shù)、嚴格的參數(shù)分布，以及寬安全工作區(qū)(SOA)等特點，幫助太陽能逆變器、不間斷電源(UPS)以及焊接應用的設計人員解決高能效、高散熱性和高性價比的要求。另外，飛兆半導體最近推出的SuperFET II系列正在贏取超結MOSFET市場的份額，未來公司還將會圍繞客戶所需要的新特性，例如增強型保護功能和更高的額定電壓等，制訂其在IGBT和MOSFET產(chǎn)品線的開發(fā)藍圖。

此外，羅姆自主研發(fā)的一款混合型MOSFET也非常有特色，其兼具了IGBT和耐高壓MOSFET兩種特性，既有IGBT的低導通、不易受溫度影響等特點，又具有耐高壓MOSFET的高速開關特點。這款混合型MOSFET與IGBT一樣，即便在電流增大的情況下，也能夠在很大程度上抑制導通電阻的增加。并且由于溫度而導致導通電阻發(fā)生變化時，混合型MOSFET也可以與IGBT一樣把溫度影響控制在較低的水平。雖然通常因為IGBT會產(chǎn)生尾電流，較難實現(xiàn)高速開關，但混合型MOSFET仍可以敏銳地進行開關，不產(chǎn)生尾電流，因此在高頻情況下也可以使用。

結合應用需求，開發(fā)專用器件

功率半導體的應用范圍日益廣泛，不同的應用對于器件的要求也不盡相同，這使得廠商開始走向行業(yè)化解決方案的道路。國際整流器公司(IR)亞太區(qū)銷售副總裁潘大偉指出，功率器件的開發(fā)需要與終端應用緊密相連，在某些具體應用中需要通過特定的技術來滿足特定的系統(tǒng)要求，IR將不再開發(fā)可以適用于所有應用的解決方案，無論是針對汽車傳動系統(tǒng)、太陽能逆變器，還是處理器電源等，IR都將為這些行業(yè)量身定做新的器件，以實現(xiàn)最優(yōu)的系統(tǒng)效率和應用效果。

國際整流器公司(IR)亞太區(qū)銷售副總裁潘大偉
【導讀】從目前國內新能源市場的開發(fā)進展來看，主要熱點集中在可再生能源、新能源汽車等領域。

可再生能源又可分為風力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電兩種，對于這兩大市場，三菱電機機電(上海)有限公司半導體事業(yè)部市場營銷部部長錢宇峰認為，會更看好太陽能光伏市場，根據(jù)國家發(fā)改委頒布的政策，到2015年，全國太陽能裝機容量累計將達到35GW，而截至2012年，總裝機容量是8GW，這意味著，從2013年開始，每年的裝機容量將達到9GW，在這一趨勢下，對功率半導體的需求勢必將有明顯的增長。[!--empirenews.page--]

另外，能量存儲系統(tǒng)(ESS)作為可再生能源所帶來的一個潛在市場，其開發(fā)前景也日益得到行業(yè)廠商的重視。有廠商表示，由于可再生能源對于能量存儲的需求會相應增加，為了提升能源轉換效率，功率器件在其中的作用不可小視。

而在新能源汽車市場，根據(jù)工信部的報告顯示，預計到2015年，新能源汽車的產(chǎn)銷將達到50萬輛;到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車的生產(chǎn)能力將達到200萬輛，累計產(chǎn)銷將超過500萬輛。針對這一領域，各種符合汽車電子等級規(guī)范的專用功率器件模塊將得到廣泛的應用。

強壯性、高可靠性成為關鍵

談到新能源領域對功率器件性能要求，萬國半導體(AOS)公司亞太區(qū)業(yè)務發(fā)展副總裁Rexin Wang總結道，一方面是高功率應用需要功率因素校正;另一方面是低功率應用需要減少發(fā)熱，這可通過封裝革新或降低器件內阻來實現(xiàn)。同時，他強調：“在各種不同的應用中，一些共同的特點是，MOSFET需要高效和強壯性，而IGBT需要強壯性和更低的導通損耗以及開關損耗，這些都需要根據(jù)實際系統(tǒng)來設計。尤其是在某些電機類應用場合中，由于很容易受到較高沖擊電流的考驗，使得功率器件的強壯性顯得至關重要。”

萬國半導體(AOS)亞太區(qū)業(yè)務發(fā)展副總裁Rexin Wang

據(jù)了解，AOS在硅芯片工藝以及機械設計這兩方面投入了非常多的資源(后者關系到熱仿真和可靠性)，公司在美國俄勒岡州擁有超高性能FS-IGBT的8寸硅芯片廠，以便能夠更好地滿足產(chǎn)品的一致性、直通率以及大規(guī)模產(chǎn)能的要求。目前，AOS可提供從600V到1200V的FS IGBT，具有薄片化特性，有效降低了開關損耗和導通損耗;采用Top-cell結構可滿足馬達控制應用中需要更強壯、穩(wěn)定的需求。在MOSFET產(chǎn)品系列，AOS最新的AlphaMOS II是第二代高壓MOSFET產(chǎn)品，在電磁干擾傳導測試和輻射測試中表現(xiàn)優(yōu)異，有助于工程師在電路設計中獲得良好的轉換效率和抗電磁干擾性能。

飛兆(Fairchild)半導體公司工業(yè)部門市場行銷經(jīng)理Kevin Lee

然而，值得注意的是，伴隨著最近一段時期新能源市場突顯的低成本設計趨勢，也為功率器件的高可靠性帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。飛兆(Fairchild)半導體公司工業(yè)部門市場行銷經(jīng)理Kevin Lee說道：“以太陽能光伏逆變器的應用為例，用戶開始從以往關注高性能的產(chǎn)品，轉為更多地注重降低成本，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的部分原因是由于關鍵應用領域的市場競爭引發(fā)成本下降的壓力。例如，客戶過去常常在升壓級使用超結MOSFET器件，但現(xiàn)在則越來越多地采用快速開關IGBT器件來替代這一部件，從而直接降低設計成本。”

如果要以更低的成本來開發(fā)速度更快的IGBT器件(開關速度類似于MOSFET器件的水平)，就必須運用具有更低制造成本的新型IGBT技術，或是采用更小芯片尺寸的器件設計，但任意新技術的成本通常都要高于現(xiàn)有技術，而且轉向更小的芯片尺寸，也難以保證設計的高穩(wěn)健性。為此，飛兆半導體開發(fā)的600~1200V場截止型快速開關FS IGBT，具有大電流處理能力、正溫度系數(shù)、嚴格的參數(shù)分布，以及寬安全工作區(qū)(SOA)等特點，幫助太陽能逆變器、不間斷電源(UPS)以及焊接應用的設計人員解決高能效、高散熱性和高性價比的要求。另外，飛兆半導體最近推出的SuperFET II系列正在贏取超結MOSFET市場的份額，未來公司還將會圍繞客戶所需要的新特性，例如增強型保護功能和更高的額定電壓等，制訂其在IGBT和MOSFET產(chǎn)品線的開發(fā)藍圖。

此外，羅姆自主研發(fā)的一款混合型MOSFET也非常有特色，其兼具了IGBT和耐高壓MOSFET兩種特性，既有IGBT的低導通、不易受溫度影響等特點，又具有耐高壓MOSFET的高速開關特點。這款混合型MOSFET與IGBT一樣，即便在電流增大的情況下，也能夠在很大程度上抑制導通電阻的增加。并且由于溫度而導致導通電阻發(fā)生變化時，混合型MOSFET也可以與IGBT一樣把溫度影響控制在較低的水平。雖然通常因為IGBT會產(chǎn)生尾電流，較難實現(xiàn)高速開關，但混合型MOSFET仍可以敏銳地進行開關，不產(chǎn)生尾電流，因此在高頻情況下也可以使用。

結合應用需求，開發(fā)專用器件

功率半導體的應用范圍日益廣泛，不同的應用對于器件的要求也不盡相同，這使得廠商開始走向行業(yè)化解決方案的道路。國際整流器公司(IR)亞太區(qū)銷售副總裁潘大偉指出，功率器件的開發(fā)需要與終端應用緊密相連，在某些具體應用中需要通過特定的技術來滿足特定的系統(tǒng)要求，IR將不再開發(fā)可以適用于所有應用的解決方案，無論是針對汽車傳動系統(tǒng)、太陽能逆變器，還是處理器電源等，IR都將為這些行業(yè)量身定做新的器件，以實現(xiàn)最優(yōu)的系統(tǒng)效率和應用效果。

國際整流器公司(IR)亞太區(qū)銷售副總裁潘大偉
【導讀】從目前國內新能源市場的開發(fā)進展來看，主要熱點集中在可再生能源、新能源汽車等領域。

例如，在電動汽車市場上，隨著越來越多的汽車廠商將混合動力汽車(HEV)和純電動汽車(EV)納入到其產(chǎn)品平臺，令到汽車傳動系統(tǒng)的電子化不斷推進，目的在于促進電子部件能夠滿足更嚴格的排放法規(guī)和目標。汽車專用的功率半導體器件和封裝形式將有助于實現(xiàn)電子傳動系統(tǒng)的成本、尺寸控制，以及提升系統(tǒng)的可靠性。

目前IR已經(jīng)開發(fā)出了一整套完整的汽車高功率半導體平臺，其中包括創(chuàng)新型600V汽車級IGBT平臺(CooliRIGBT)，該設計面向電動汽車(EV)和混合動力汽車(HEV)的大范圍快速開關應用，涵蓋DC-DC轉換器、電機驅動器和電池充電器等。新器件可以在與MOSFET相同的快速開關頻率下運行，同時在高電流水平上提供更高的頻率。此外，IR還為客戶推出了一系列符合汽車行業(yè)需求的COOLiRFET MOSFET，可為包括電子動力轉向(EPS)、制動系統(tǒng)和其它內燃機(ICE)和微混合汽車平臺在內的大負載應用提供基準導通電阻(Rds(on));22AEC-Q101系列還可提供低導通損耗和強勁的雪崩性能。[!--empirenews.page--]

為了更好地貼近市場，對客戶的實際需求做出及時的反應，AOS在全球市場起立起了從器件到系統(tǒng)級別的工程師支持團隊。特別是針對中國市場，AOS在上海設有強大的應用開發(fā)中心，工程師擁有豐富的設計經(jīng)驗，他們在系統(tǒng)設計師和電源半導體之間架起了一座橋梁，可根據(jù)系統(tǒng)功率等級的需求來為客戶提供適合的解決方案。例如，適用于太陽能逆變器、工業(yè)電機驅動、電網(wǎng)功率因數(shù)校正或家電控制，并能滿足國內電焊機制造商要求的600-1200V IGBT器件;可用于高效電源，并滿足國際標準(如“能源之星”)要求的20-1000V MOSFET等等。

新材料功率器件倍受矚目

功率器件市場上的另一個最新動向是，寬帶隙半導體材料的引入(SiC、GaN等)。為了不斷提高功率器件的性能，新結構、新工藝的硅基功率器件正不斷出現(xiàn)并逼近硅材料的理論極限，市場上迫切需要新的半導體材料，如SiC、GaN等，這些新材料的開發(fā)對于功率半導體性能指標的提升具有明顯的作用和效果。包括飛兆半導體、羅姆、三菱電機、富士通半導體等在內的一批廠商紛紛在近期推出了一系列SiC、或基于硅襯底的GaN功率器件。

三菱電機機電(上海)有限公司半導體事業(yè)部市場營銷部部長錢宇峰

以SiC材料為例，錢宇峰指出，SiC功率器件可廣泛用于節(jié)能、高頻和高溫三大電力電子系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的硅功率器件相比，SiC功率器件具有關斷拖尾電流極小、開關速度快、損耗低、耐高溫的特性。采用SiC功率器件開發(fā)電力電子變流器，能提高功率密度，縮小設備體積;提升變流器效率;提高開關頻率，縮小濾波器體積;并可確保在高溫環(huán)境下運行的可靠性;同時還易于實現(xiàn)高電壓大功率的設計。據(jù)介紹，今年三菱電機采用SiC材料技術的HVIGBT模塊已在日本軌道交通的輔助電源設備上開始使用。

而富士通半導體推出的基于硅襯底的GaN功率器件芯片，可耐壓150V，產(chǎn)品初始狀態(tài)為斷開(Normally-off)，相較于同等耐壓規(guī)格的硅功率器件，其品質因數(shù)(FOM)可降低近一半。采用這款GaN功率器件，用戶可設計出體積更小，效率更高的電源組件，廣泛運用于ICT設備、工業(yè)設備和汽車電子等行業(yè)。

不得不提的是，雖然這些基于新型材料的功率器件一經(jīng)問市，就獲得了市場人士的普遍關注，但這類器件的開發(fā)還處于初期階段，產(chǎn)品的性價比以及生產(chǎn)良率仍然有待進一步提高。有廠商表示，SiC、GaN等功率器件的未來發(fā)展速度將取決于市場的需求變化，在市場應用量擴大、制造商對生產(chǎn)工藝優(yōu)化之后，越來越多的新型材料功率器件將在電力電子行業(yè)扮演更為重要的角色。

擴展閱讀：4K TV：未來顯示技術革新的曙光

文/Eric Braddom，消費電子產(chǎn)品部全球市場策略總監(jiān)，TE公司

2013年是4K電視發(fā)展革新元年，繼在年初的CES 2013上大放異彩后，全球各大電視品牌對4K電視產(chǎn)品的積極布局也進一步推動著市場的持續(xù)增長。據(jù)全球市場研究機構Futuresource Consulting預計，2013年4K電視的出貨量將從去年的6.2萬臺增長至78萬臺，至2017年時更將達到2,200萬臺。而中國國產(chǎn)品牌低成本電視的普及也使得中國有望成為未來4K電視的主要市場。然而，對于電子元件制造制造商來說，革新并非易事。超高清(UHD)科技還面臨數(shù)據(jù)處理速率、處理能力與散熱處理等的多方面挑戰(zhàn)。

盡管今天業(yè)內對4K電視的優(yōu)越性還存在著爭議，但隨著顯示設備從“高清”到“全高清”再到“超高清”的轉變升級，在消費電子領域中提供更高清的顯示器已是大勢所趨。這意味著在處理傳輸4K內容所需的比特數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)速率和處理能力的指數(shù)型變化會對相關電子元器件產(chǎn)生重大影響。4K技術，即被熟知的4K×2K(3840×2160)分辨率技術，像素數(shù)達到全高清(1920×1080)的4倍。因此，與標準高清顯示相比，就要求有4倍的數(shù)據(jù)傳輸率。

相較于3D電視市場，4K電視是整個行業(yè)發(fā)展更為水到渠成的表現(xiàn)。但因受限于不菲的價格、稀缺的4K片源和缺乏能夠處理數(shù)據(jù)、帶寬及速度等技術需求的硬件，4K LCD電視在今年不會有跨越式的發(fā)展。不過這項技術還是為所有尺寸的顯示器設定了新的基準。比如，一款具備標準120Hz數(shù)據(jù)刷新率的高清顯示器可傳輸9Gb的未壓縮數(shù)據(jù)。在超高清技術下，數(shù)據(jù)傳輸率達到前所未有的每秒36Gb，這不可避免地要求數(shù)據(jù)速率至少提高到每秒80Gb才能達到數(shù)據(jù)刷新的需求。

處理更高的數(shù)據(jù)速率

連接器與電纜制造商必須決定出處理上述更高數(shù)據(jù)速率的最佳方法。這可以通過增加數(shù)據(jù)傳輸通道、提高信號傳輸速度以及使用更高針數(shù)的連接器等方法來實現(xiàn)。在許多實際操作中，連接器制造商通過為電視設備引入高達100針的方案來解決這一問題。高清需要的數(shù)據(jù)通道則從每秒3.74Gb的4個通道增加到超高清所需的16個。當下業(yè)內正努力實現(xiàn)每通道每秒14Gb的系統(tǒng)，我們相信在不遠的將來這個數(shù)字還會增加。

將數(shù)據(jù)傳送至LCD電視或移動設備所需的原理是相同的，最為重要的指標是像素密度。像素密度必須限定在一定范圍內，以確保電視屏幕實現(xiàn)高質量的畫面。顯示器制造商所面臨的挑戰(zhàn)在于，在實現(xiàn)一定像素密度和大尺寸的同時，保證面板生產(chǎn)的良率。

對于小型顯示器制造商而言，部分挑戰(zhàn)則來自于在有限的空間內提升分辨率。

信號完整性與電磁干擾

對于連接器制造商來說，隨著數(shù)據(jù)速率提高所帶來的信號完整性與電磁干擾(EMI)是他們所面臨的兩大難題。舉例來說，連接器數(shù)據(jù)通道的布線方式必須能夠保證不同信號間互不干擾，以確保信號的高度完整性、低串行干擾性、低電磁干擾以及高可靠性。

為了保證可信的數(shù)據(jù)傳輸，連接器制造商還必須考慮阻抗和衰減的問題。連接器必須針對差分阻抗和電纜的性能進行優(yōu)化。一根帶有屏蔽的彈性電纜，對于從小信號板到時間控制板的所有連接性能都會產(chǎn)生主要影響。

顯示器的纖薄化趨勢也影響了連接器的大小，特別是在高度上。如今，許多顯示器生產(chǎn)商都需要高度大約在3毫米的連接器。[!--empirenews.page--]

4K超高清顯示器所需的處理能力帶來了散熱方面的挑戰(zhàn)，因為在持續(xù)提高數(shù)據(jù)速率以實現(xiàn)3D顯示等更高級性能時，需要更多的電力。供電模塊將產(chǎn)生更多的熱，因此需要復雜的散熱處理，并對電路保護提出了一些潛在的新要求。

在電容、靜電放電(ESD)水平以及封裝等方面都將對ESD保護提出全新挑戰(zhàn)。如今的高速端口需要低電容ESD設備，以在對信號傳輸產(chǎn)生最低影響的前提下提供更高程度的保護。此外，它們還需要適應尺寸不斷縮小的板型規(guī)格。行業(yè)內許多最小的單通道器件可實現(xiàn)0201和0402 XDFN封裝，幾款多通道ESD保護器件能提供低至0.31毫米的封裝。更小尺寸的器件能夠在布局上更靠近印刷電路板(PCB)的邊緣，或者控制板及連接器之間，從而賦予設計人員更多的靈活性;許多領先水平的器件具有20KV的接觸放電與空氣放電等級。

為了應對關于快速數(shù)據(jù)速率、更高的功率器件需求、更小板型規(guī)格和更優(yōu)的散熱處理能力設備的設計難題，包括各類元件、顯示設備與消費電子生產(chǎn)商在內的電子產(chǎn)品供應鏈需要同心協(xié)力。這種合作也將使得行業(yè)作為一個整體，充分利用超高清技術(甚至將來的8K分辨率)帶來的發(fā)展機遇。隨著移動與便攜電子設備日益成為我們生活中不可或缺的一部分，更高分辨率的顯示器將繼續(xù)激發(fā)元件制造商推出擁有更高性能的產(chǎn)品，來滿足消費者永無止境的需求。

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