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功率半导体的市场应用及发展趋势预测

近日,国内功率半导体厂商的好消息不断,先是由佛山合芯半导体有限公司投资的合芯高端功率半导体项目全面投产,主要研究三极管、MOSFET封装测试、可控硅、三端稳压管、高反压开关三极管、信号放大三极管、集成电路等;然后是重庆万国半导体科技有限公司的12英寸功率半导体晶元测试片已顺利产出,预计年底正式量产,据悉,这是亚洲首款12寸半导体芯片。

功率半导体器件也叫电力电子器件,它的作用是进行功率处理的,是处理高电压、大电流的。IGBT和功率MOSFET器件是目前应用最广泛的电力电子器件,作为新型功率半导体器件,在计算机、通讯、消费电子汽车电子等领域广泛应用。

功率半导体的市场应用及发展趋势预测

功率半导体器件是关系着高铁动力系统 、汽车动力系统、 消费及通讯电子系统等能否实现自主可控的核心零部件,近年来得到了国家的大力支持,本文将主要为大家讲述IGBT和功率MOSFET器件在各行各业的作用和前景。

IGBT的应用市场和趋势

IGBT是由BJT和MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点,适合于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。IGBT是能源变换与传输的核心器件,在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

目前全球的IGBT器件及模块基本由欧美日等企业垄断,英飞凌、三菱、富士电机、仙童半导体等企业占据全球八成的市场份额。

IGBT在电动汽的应用

在电动汽车里面,充电和能源转换是最常见的部件,IGBT的作用是交流电和直流电的转换,同时IGBT还承担电压的高低转换的功能。如当汽车进行外界充电时是交流电,要通过IGBT转变成直流电然后给电池,同时把充电电压转换成适当电压给电池组充电;电池放电时,把通过IGBT把直流电转变成交流电机使用的交流电,同时实现对交流电机的变频控制。

IGBT的好坏直接影响电动车功率的释放速度和充电性能,是最关键的核心部件。

IGBT在轨道交通的应用

除了电动车,IGBT在轨道交通应用很广。在轨道交通中,需要用电力实现对车的供电,大功率交流传动电力机车内部构成有有两个重要的功率模块,即主牵引变流器和辅助变流器。主牵引变流器为牵引机车提供动力,功率最高、电压最大,辅助变流器为其他非动力电流供电,如空调、车灯、后备电源等,电压、功率相对较低。

IGBT模块在轨道交通的作用主要是功率转换、降温和调节等。如混动车的关键组件是发电机和马达驱动,而发电机和马达驱动的关键是IGBT模块。由于混动车的工作环境略优于轨道交通,因此可选用等级稍低的车辆级IGBT模块。实际应用时,可通过将IGBT的位置更靠近基板螺丝固定点的方法,来有效降低基板与散热片之间的热阻效应。

随着集成电路的不断发展,设计和工艺也不断几部,高速、微型化的集成模块成为厂商们更好的选择。如今的大电流高电压的IGBT已模块化,它的驱动电路除了由分立元件构成之外,现在已制造出集成化的IGBT专用驱动电路,其性能更好,整机的可靠性更高及体积更小。

功率MOSFET器件的应用与发展前景

MOSFET是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管,依照其“通道”的极性不同,可分为“N型”与“P型” 的两种类型,通常又称为NMOSFET与PMOSFET。MOSFET在数字信号处理上最主要的成功来自CMOS逻辑电路的发明,这种结构最大的好处是理论上不会有静态的功率损耗,只有在逻辑门的切换动作时才有电流通过。

和IGBT市场类似,目前全球的MOSFET器件由欧美日等企业垄断,英飞凌、仙童半导体、瑞萨、意法半导体、东芝等厂商占据了绝大部分。

功率MOSFET器件的应用

MOSFET自1980年即进入电子商业应用,早期功率MOSFET器件主要是针对PC市场和主板和显卡升级换代,随着Type-C接口的普及,MOSFET在功率转换、过载保护上发挥着重要作用,快充接口统一带动MOSFET发展。

由于MOSFET是电动汽车驱动控制系统和充电桩电源模块的核心零部件,近年来,随着物联网、电动车的发展,汽车电子比重提升,产业需求迅速增长,MOSFET等功率元件也迎来了短期的爆发。

功率半导体未来的发展趋势

功率半导体是很多应用领域不可或缺的上游器件,未来将伴随着产业的爆发而实现增长。功率半导体的发展将呈现两大方向,一是功率电子模块的集成度越来越高,半导体模块之间的差异,不仅仅体现在连接技术方面,附加有源和无源器件的集成度也是重要的参数;二是功率半导体的智能化,智能功率模块增加了额外保护和监测功能,如过电流和短路保护、驱动器电源电压控制等功能,智能模块技术让功率半导体成为真正的“智能器件”。