功率半导体供应商积极应对市场需求的上扬

上网时间: 2003年08月30日? 作者:秦冰、白永山? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:MOSFET? 功率半导体? 导通电租?

手机、笔记本电脑、PDA等移动通信产品的迅速发展促进了市场对功率半导体器件的需求。市场调研公司iSuppli预测,中国市场对二极管、双极晶体管、LED和功率半导体的需求,将由今年的27亿美元上升至2006年的42亿美元。

需求上扬是否会引发供应短缺呢?对此业内人士观点不一。iSuppli指出,由于中国消费电子、电信、汽车和电力工业设备等领域的需求超出了供应商的产能,中国供应商将无法满足这些需求。该公司的分析师Daniel Yang表示,多数中国供应商都在扩充产能,以克服短缺问题。“我认为中国市场分立半导体不会出现短缺。”Yang说。

但一些分立半导体供应商不同意Yang的说法。他们表示,稳定的政治与经济形势将促进中国经济发展,而这足以引起供应短缺。飞利浦旗下双极业务发展部的国际产品销售经理Neil Massey预测,金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)将出现短缺。他说:“我们认为,对于主板电压调整器模块来说,DPAK MOSFET将在今年稍晚时候出现短缺,DPAK封装将是限制供给的重要因素。”

“显然,中国对功率半导体需求的增长速度将快于当地的供给能力的增长,因为终端产品制造商正在迅速涌现,同时,终端产品组装公司也在移往中国。”飞兆半导体分立、功率与信号技术部门执行副总裁兼总经理Izak Bencuya指出。

鉴于此,目前飞兆半导体、飞利浦和其它供应商正在投资兴建封装厂和测试厂。他们相信,这类工厂将以相对较快的速度赚回投资,而对费用较高的晶圆厂则兴趣不大。飞兆半导体正在中国苏州兴建一座占地80万平方英尺的封装、测试和仓储设施,将在2003年中期完成第一阶段的建设工作。初期完工的40万平方英尺设施,将雇用250名员工,预期将帮助飞兆半导体节省30%的功率、逻辑和分立元件组装与测试费用。

导通阻抗与性能因子是改进产品性能的因素

为了取得更大的市场份额,厂商们不断寻求办法以提高单元密度,进而提高产品的性能。基本的衡量指标是器件的导通阻抗(RDS)和栅极电荷(QG),这些指标已经远远超过一两年前确定的范围。这是因为随着移动终端应用对功效越来越重视,功率MOSFET必须将导通阻抗最小化。同时,低电压趋势也使各厂商积极研发先进的沟道技术。

Advanced Analogic科技公司正在利用其TrenchDMOS技术开发一系列N沟道和P沟道MOSFET,可为较大封装尺寸的器件提供导通阻抗。该工艺采用了外延层较薄的大尺寸晶圆,并缩小了沟道尺寸,密度达到了2.87亿单元/平方英寸,而多数MOSFET的单元密度都低于1亿单元/平方英寸。该公司的总裁兼首席执行官Richard K. Williams介绍说,其MOSFET是为便携式产品和脉宽调制电路所设计,采用的是尺寸较小的三引脚SC70JW-8封装,导通阻抗等于或低于尺寸为3x2.85mm的六引脚TSOP-6封装。Williams表示:“我们的产品尺寸缩小了一半,性能却有所提高,这是双重胜利。”

Vishay也在寻求用导通阻抗和性能因子提高MOSFET的性能标准。该公司引进TrenchFET功率MOSFET技术,采用PowerPAK SO-8封装将导通电阻降低到5毫欧。Vishay公司表示将采用该技术升级其单沟道、双沟道12伏、20伏和30伏P沟道器件,采用Little Foot小尺寸封装和无引线PowerPAK SO-8、1212-8封装。

另外Vishay还采用最新的WFET沟道技术生产了两种N沟道产品。WFET在硅沟道的底部使用更薄的栅极氧化层,将器件的输入电容减少了70%,而不影响产品的性能。该系列产品中的首批器件是20伏、N沟道Si4390DY,采用该公司的Little Foot SO-8封装;以及Si7390DP,采用PowerPAK SO-8封装。这些MOSFET设计用于单相和双相DC/DC转换器,为CPU核提供20-40安培电流。该公司表示,基本上WFET方案能够降低栅漏电容50%,导致性能因子比前期产品低40%。

为了改进性能因子,意法微电子公司也延伸了其StripFET技术,专注于设定条纹(stripe)的宽度,而不是单元的三维尺寸,以使单元和沟道密度最大化。最新的产品包括几个StripFET III器件,单元密度高达每平方英寸5700万。意法公司的其它新器件包括采用NF生产线的30伏系列MOSFET,专门设计用于最小化DC/DC转换器的性能因子。

安森美公司也推出系列24伏、25伏,60-125安培N沟道器件,用于服务器上同步降压转换器、桌面电脑、数据通讯与电信用负载点转换器等领域。该公司表示采用DPAK和TO-220封装的12种产品比以往产品性能因子提高40%。安森美公司的两种新型器件,通过最小化单元面积而使单元密度最大化,并逐步降低导通阻抗。这些器件是计划推出的P型、N型系列产品中的首批产品,将于今年晚些时候面市,用于负载管理、电池保护以及DC/DC转换。

与此同时,厂商们还不断对MOSFET的结构进行优化,使其适用更多的应用领域。意法微电子公司FDMesh N沟道功率器件建立在该公司MDmesh 500伏MOSFET成功的基础上,通过组合该公司Mesh-Overlay平面版图技术和多重垂直p-stripes漏极结构实现低导通阻抗和栅极电荷器件。最新的FDMesh器件增加一个内部快速恢复二极管,以使反相恢复电荷和反相恢复时间最小化。该公司表示它们特别适合零电压相位移动开关技术和高效桥式转换器。目前ST增加STS1DNC40、STQ1NC40 400伏MOSFET,用于低成本荧光显示应用。该公司表示这些器件硅效率高,因此导通阻抗和硅片面积更低。

平面MOSFET通常认为非常适合用于大于200伏的高电压应用,但随着技术的发展也逐渐应用在低电压领域。改进后的产品一般倾向应用于桌面电脑、通讯和非移动系统。飞兆半导体公司推出全新QFET平面MOSFET系列产品,C系列和V2系列MOSFET通过降低导通电阻来减少导通损耗,并降低栅极电荷和输出电容以减少开关损耗,这些改进是从飞兆半导体DMOS技术与平面条状结构结合而来。通过采用QFET工艺技术,飞兆半导体的平面MOSFET器件的性能因子大幅度提高。这些产品广泛应用于电源、PFC (功率因子校正) 设备、DC/DC转换器、等离子显示板、照明镇流器和机动控制装置等领域。功率半导体供应商积极应对市场需求的上扬_图题:飞兆半导体推出改进的QFET平面MOSFET_1

飞兆半导体市场总监Joon Rhee称:“与先前的产品相比,这些改进的QFET平面MOSFET具有更低的导通阻抗、更少的栅极电荷,以及在雪崩和整流模式下更高的雪崩能量密度。此外,改进QFET平面MOSFET的有效输出电容更低,不仅简化了电源的硬开关电路设计,还可简化服务器/电信电源管理、PDP电源管理和UPS设备谐振模式开关的电路设计。”

提高集成度,降低功耗

由于功率半导体越来越多的应用在便携式和移动产品中,对器件的尺寸要求越来越高,导致MOSFET向集成化方向发展。然而,集成度的提高不能以增加功耗为代价。

东芝与飞利浦两家半导体供应商一直着眼于改善成熟的产品肖特基二极管,或者把它们与一个MOSFET集成在一个裸片上,或者降低它们的功率损耗,以便可以采用较小的封装。

东芝公司采取了第一种方法,它推出的一款功率MOSFET,将肖特基二极管集成在同一个裸片上,减少了分立元件所需的空间,并消除了多余的连线,以减少感应现象。这种名为TPC8A01 MOSBD的双沟道器件,在一个SOP上集成了两个MOSFET和一个肖特基二极管。东芝美国电子器件公司功率产品部门业务拓展经理Brach Cox表示,上述器件面向移动与便携产品而设计。“这种器件的替代品很少。”Cox说,“在笔记本电脑磁盘驱动器和DC/DC转换器等应用领域,设计人员希望进一步提高集成度。他们希望将更多的元件集成到电路板上。”TPC8A01 MOSBD的面积为32平方毫米,厚度为1.6毫米。它采用东芝的UMOS III工艺制造,Cox表示该产品采用了亚微型沟道结构和高集成度,以降低导通阻抗和提高开关速度。

飞利浦电子则采取了第二种方法,将该公司的新款PMEG肖特基二极管的功率损耗降低了50%,使其可以采用表面贴装的形式,尺寸比现有的二极管缩小了50%。飞利浦小信号二极管产品销售经理Andreas Niemann表示,采用行业标准BAT54封装的肖特基二极管,功率损耗通常达80mW,而PMEG则只有35mW。飞利浦将把这种二极管与它的BISS晶体管集成到SOD323、SOD523和SOT666封装,充当DC/DC转换器、MOSFET驱动器、电池充电器、继电器与电机驱动器的双极晶体管二极管。

Williams认为,随着集成器件增多,便携设备使用晶体管的机会将会减少,所以必须提供专用MOSFET,而不是通用的MOSFET,这样才能获得design win。“如果走分立化的道路,那么元器件最好具备良好的性能,较小的尺寸。”Williams表示。

改进封装提高产品性能

厂商们不断减小现有单元的结构和尺寸,以期在特定的封装内实现更高的产品性能。器件封装技术正以飞快的速度发展,不再是影响MOSFET性能的重要因素。然而在大多数情况下还是仅仅能够满足越来越严格的热学要求。

飞利浦半导体公司开始非常关注产品的封装,最近推出了微型TrenchMOS系列产品。该系列产品采用飞利浦公司已有的TrenchMOS生产线和各种超小尺寸封装。飞利浦表示该系列产品最初将采用9平方毫米TSOP-6,然后转移到TSSOP-8、SOT-23等,最终将采用SC70、SC88、SC8?封装。

Ixys公司采用IsoPlus22装推出IXUC100N055与200N055、160N075器件,作为TO-220的更好热性能替代品。主要市场是DC/DC转换应用、不间断电源电池储备、通讯和汽车领域。Ixys公司还推出Plus26? HiPerFET。该公司指出Plus26?封装比TO-247约大50%,支持以前只存在于模组中的大尺寸MOSFET硅技术。同样,该器件针对功率大于10 kW、频率大于1 MHz的应用进行优化,用于离线AC/DC功率传输系统。该公司表示该器件是离散PC板封装中最大的离散功率MOSFET,导通阻抗和栅极电荷最小。

作者:秦冰、白永山


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