功率半导体应用提速 电源管理芯片一马当先

科学技术的飞速发展，使半导体技术形成两大分支：一个是以大规模集成电路为核心的微电子技术，实现对信息的处理、存储与转换；另一个则是以功率半导体器件为主，实现对电能的处理与变换。功率半导体器件与大规模集成电路一样具有重要价值，在国民经济和社会生活中具有不可替代的关键作用。

电力、电子两大领域并行发展

功率半导体器件在其发展的初期(上世纪60年代-80年代)主要应用于工业和电力系统，近二十年来，随着4C产业(通信、计算机、消费电子、汽车)的蓬勃发展，功率半导体器件的应用范围有了大幅度的扩展，已渗透到国民经济与国防建设的各个领域，其技术已成为航空、航天、火车、汽车、通讯、计算机、消费类电子、工业自动化和其他科学与工业部门的至关重要的基础。

过去，通常把大规模集成电路和功率半导体器件的关系比喻为大脑和四肢，因为大规模集成电路的作用是接受和处理信息，而功率器件则根据这些信息指令产生控制功率，去驱动相关电机进行所需的工作。上世纪80年代以后，随着新型功率半导体器件如VDMOS、IGBT及功率集成电路的兴起，功率半导体器件步入一个新的领域，除了驱动电机之外，其为信息系统提供电源的功能也越来越引人注目。因此，功率半导体器件在系统中的地位已不仅限于"四肢"，而是为整个系统"供血"的"心脏"。

概括而言，功率半导体器件的技术领域主要分为两大门类，即以发电、变电、输电为代表的电力领域和以电源管理应用为代表的电子领域。随着技术的进步，这两大领域的功率半导体器件正沿着不同的路径发展。在电力领域，功率半导体器件以超大功率晶闸管、IGCT技术为代表，继续向高电压、大电流的方向发展；而在电子领域，电源管理器件则倾向于集成化、智能化以及更高的频率和精度。北京工业大学电子信息与控制工程学院亢宝位教授在接受《中国电子报》记者采访时表示："功率半导体器件的这两大技术领域由于用途各异，不存在谁替代谁的问题，两个领域的技术发展是并行不悖的。"不过，亢宝位同时也指出，由于历史的原因，按照很早以前的管理体制，电力领域归原机械部系统管理，而电子领域归原电子工业部门管理，原有挂靠在两个管理系统的企业、学会、协会等社会网络需要加强合作、加速融合，以促进我国的功率半导体产业快速发展。

促进节能及产业升级

使用功率半导体器件的最根本的目的，一是为了将电压、电流、频率转换到负载所需要的数值，二是为了更有效地利用电能。

功率半导体器件的广泛应用可以实现对电能的传输转换及最佳控制，大幅度提高工业生产效率、产品质量和产品性能，大幅度节约电能、降低原材料消耗，因此，它已经愈加明显地成为加速实现我国能源、通信、交通等量大面广基础产业的技术改造和技术进步的支柱。例如在绿色照明工程中，在节能灯中使用VDMOS产品将提高节能灯的性能及寿命，彻底纠正节能灯在人们头脑中留下的寿命短、节电不省钱的印象，使节能灯应用到千家万户。IGBT的出现及在空调、UPS电源等中的广泛应用，使效率得到大幅提高，同时体积也大幅缩小。如逆变焊机原来要两个人才能拿动，采用了IGBT器件之后，体积只有书包大小，重量仅为几公斤，同时其性能、效率及可靠性等也得到质的改进。

功率半导体器件的应用对于节约能源具有深远影响。在人类所消耗的电能中有75%需经功率半导体器件转换成一定的形式后才可供最终设备使用。新型功率半导体器件能较大地提高转换效率，达到节能的目的。如电动机采用变频调速可节电20%以上。各种风机、水泵电机的总耗电量约占全国发电量的36%，如采用变频调速技术，每年可节电659亿度，相当于三个葛洲坝电站的发电量。亢宝位告诉本报记者，如果全国电机的驱动都采用功率半导体进行变频调速，则全国总用电需求量将降低15%到20%。

本土企业有机会

按器件结构划分，功率半导体器件可分为功率集成电路和功率分立器件。功率集成电路虽然使用历史较短，但其发展势头远远超过功率分立器件。

功率集成电路最典型的产品是电源管理电路，电源管理电路品种繁多，大致可分为电压调制器和其他接口电路。由于电源管理芯片市场的增长速度快于功率分立器件市场，这就导致电源管理芯片市场在功率器件市场中所占比重将逐步提升。据赛迪顾问预测，到2011年，电源管理芯片销售额将达到775.6亿元，占整体功率器件市场的46.2%。

与微处理器、存储器等数字集成电路相比，功率集成电路也具有其独特之处。功率集成电路的技术发展路线不遵从"摩尔定律"，它们的产品寿命周期可达到几年甚至十多年，而数字集成电路产品的寿命周期通常不超过一年。功率集成电路的制造过程并不要求最先进的生产工艺。成都国腾微电子有限公司研发部主任杨洪强在接受《中国电子报》记者采访时指出，目前功率集成电路的光刻精度通常为0.5微米到0.35微米，某些高端产品可能会达到0.18微米。相比之下，90纳米工艺目前已经逐渐成为数字集成电路产品的主流。因此，功率集成电路的制造成本通常低于数字集成电路。

在国内功率集成电路的高端市场，国际知名企业如TI(德州仪器)、ST(意法半导体)、安森美等公司仍然占据着主导地位，但中国本土企业并非没有机会。据杨洪强先生透露，目前已经有很多的中国设计企业进入电源管理电路领域，占据了大部分的中低端市场。得益于功率集成电路较低的生产工艺要求，国内的Foundry厂家都可以为这些设计企业提供委托加工服务，再加上测试过程中多项目晶圆(MPW)技术的普遍使用，这些都有效地降低了国内设计公司进入该领域的门槛。