發布日期：2022-07-14 點擊率：45
科學技術的飛速發展，使半導體技術形成兩大分支：一個是以大規模集成電路為核心的微電子技術，實現對信息的處理、存儲與轉換；另一個則是以功率半導體器件為主，實現對電能的處理與變換。功率半導體器件與大規模集成電路一樣具有重要價值，在國民經濟和社會生活中具有不可替代的關鍵作用。
電力、電子兩大領域并行發展
功率半導體器件在其發展的初期(上世紀60年代-80年代)主要應用于工業和電力系統，近二十年來，隨著4C產業(通信、計算機、消費電子、汽車)的蓬勃發展，功率半導體器件的應用范圍有了大幅度的擴展，已滲透到國民經濟與國防建設的各個領域，其技術已成為航空、航天、火車、汽車、通訊、計算機、消費類電子、工業自動化和其他科學與工業部門的至關重要的基礎。
過去，通常把大規模集成電路和功率半導體器件的關系比喻為大腦和四肢，因為大規模集成電路的作用是接受和處理信息，而功率器件則根據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。上世紀80年代以后，隨著新型功率半導體器件如VDMOS、IGBT及功率集成電路的興起，功率半導體器件步入一個新的領域，除了驅動電機之外，其為信息系統提供電源的功能也越來越引人注目。因此，功率半導體器件在系統中的地位已不僅限于“四肢”，而是為整個系統“供血”的“心臟”。
概括而言，功率半導體器件的技術領域主要分為兩大門類，即以發電、變電、輸電為代表的電力領域和以電源管理應用為代表的電子領域。隨著技術的進步，這兩大領域的功率半導體器件正沿著不同的路徑發展。在電力領域，功率半導體器件以超大功率晶閘管、IGCT技術為代表，繼續向高電壓、大電流的方向發展；而在電子領域，電源管理器件則傾向于集成化、智能化以及更高的頻率和精度。北京工業大學電子信息與控制工程學院亢寶位教授在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“功率半導體器件的這兩大技術領域由于用途各異，不存在誰替代誰的問題，兩個領域的技術發展是并行不悖的。”不過，亢寶位同時也指出，由于歷史的原因，按照很早以前的管理體制，電力領域歸原機械部系統管理，而電子領域歸原電子工業部門管理，原有掛靠在兩個管理系統的企業、學會、協會等社會網絡需要加強合作、加速融合，以促進我國的功率半導體產業快速發展。
促進節能及產業升級
使用功率半導體器件的最根本的目的，一是為了將電壓、電流、頻率轉換到負載所需要的數值，二是為了更有效地利用電能。
功率半導體器件的廣泛應用可以實現對電能的傳輸轉換及最佳控制，大幅度提高工業生產效率、產品質量和產品性能，大幅度節約電能、降低原材料消耗，因此，它已經愈加明顯地成為加速實現我國能源、通信、交通等量大面廣基礎產業的技術改造和技術進步的支柱。例如在綠色照明工程中，在節能燈中使用VDMOS產品將提高節能燈的性能及壽命，徹底糾正節能燈在人們頭腦中留下的壽命短、節電不省錢的印象，使節能燈應用到千家萬戶。IGBT的出現及在空調、UPS電源等中的廣泛應用，使效率得到大幅提高，同時體積也大幅縮小。如逆變焊機原來要兩個人才能拿動，采用了IGBT器件之后，體積只有書包大小，重量僅為幾公斤，同時其性能、效率及可靠性等也得到質的改進。
功率半導體器件的應用對于節約能源具有深遠影響。在人類所消耗的電能中有75%需經功率半導體器件轉換成一定的形式后才可供最終設備使用。新型功率半導體器件能較大地提高轉換效率，達到節能的目的。如電動機采用變頻調速可節電20%以上。各種風機、水泵電機的總耗電量約占全國發電量的36%，如采用變頻調速技術，每年可節電659億度，相當于三個葛洲壩電站的發電量。亢寶位告訴本報記者，如果全國電機的驅動都采用功率半導體進行變頻調速，則全國總用電需求量將降低15%到20%。
本土企業有機會
按器件結構劃分，功率半導體器件可分為功率集成電路和功率分立器件。功率集成電路雖然使用歷史較短，但其發展勢頭遠遠超過功率分立器件。
功率集成電路最典型的產品是電源管理電路，電源管理電路品種繁多，大致可分為電壓調制器和其他接口電路。由于電源管理芯片市場的增長速度快于功率分立器件市場，這就導致電源管理芯片市場在功率器件市場中所占比重將逐步提升。據賽迪顧問預測，到2011年，電源管理芯片銷售額將達到775.6億元，占整體功率器件市場的46.2%。
與微處理器、存儲器等數字集成電路相比，功率集成電路也具有其獨特之處。功率集成電路的技術發展路線不遵從“摩爾定律”，它們的產品壽命周期可達到幾年甚至十多年，而數字集成電路產品的壽命周期通常不超過一年。功率集成電路的制造過程并不要求最先進的生產工藝。成都國騰微電子有限公司研發部主任楊洪強在接受《中國電子報》記者采訪時指出，目前功率集成電路的光刻精度通常為0.5微米到微米，某些高端產品可能會達到微米。相比之下，90納米工藝目前已經逐漸成為數字集成電路產品的主流。因此，功率集成電路的制造成本通常低于數字集成電路。
在國內功率集成電路的高端市場，國際知名企業如TI(德州儀器)、ST(意法半導體)、安森美等公司仍然占據著主導地位，但中國本土企業并非沒有機會。據楊洪強先生透露，目前已經有很多的中國設計企業進入電源管理電路領域，占據了大部分的中低端市場。得益于功率集成電路較低的生產工藝要求，國內的Foundry廠家都可以為這些設計企業提供委托加工服務，再加上測試過程中多項目晶圓(MPW)技術的普遍使用，這些都有效地降低了國內設計公司進入該領域的門檻。
