谁在“驱动”工业4.0

作在线性区，由于电流过大而导致的热失控；装配不当造成的封装损害。

落合康颜认为，根据瑞萨电子的统计，客户的失效问题90%以上是由于过电压或过电流造成的损坏，特别是IGBT和MOSFET等开关器件，在开关过程中发生的失效极多。"为防止此类失效，采用适当的驱动条件，并尽力抑制PCB寄生电感。"

"器件最常见的失效就电压击穿，短路烧毁，所以器件抗浪涌的能力必须强，抗冲击能力必须强。另外耐受电压的能力也要高。短路失效使我们最头疼的问题，因为器件短路对电源的沙胜利最大，可能会把整个电路板烧毁，甚至引起火灾。"杜尧生举了一个例子，工厂里运行的变频器通常是六个桥臂顺序工作，如果因为器件失效引发上下桥短路，没有保护的管子就会炸掉。"功率器件的短路保护是非常重要的设计环节，驱动板都会设定短路保护的时间，功率器件也会有最大短路电流标称。"

功率器件发展趋势
遵循摩尔定律的数字芯片更新换代非常迅猛，相比之下，功率器件发展比较缓慢，但也在不断演进，从最早的晶闸管技术，到GTO技术、MOSFET技术，再到IGBT、IGCT或IGET，这些以硅为基材的技术，在工作电压与损耗等参数上似乎已经达到了极限。"SiC技术的兴起和成熟，给功率器件带来了变革的曙光，"杜尧生表示，提高功率密度是目前功率器件技术的主要要求，电力传动系统和电力转换系统对能效比要求都很高，"力特的SiC产品，相比传统功率器件降低了80%的损耗，几乎变成了一个理想的开关器件。"

除了传统的IGBT，安森美半导体也在持续开发宽禁带器件技术，包括碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），此外超级结和屏蔽栅极硅基MOSFET（shielded-gate silicon based MOSFET）也是重点投入方向。"产业趋势是设计开发出更快、导通电阻更小的器件，不断降低硅特征导通电阻（RSP）和开关损耗，以实现更高的能效和功率密度。"Jon Gladish指出，还有一个优化方向是新型封装，安森美的重点方向是低寄生电阻和电感的表面贴封装，以及增强散热能力的封装，例如双面冷却封装。

Jon Gladish将功率技术发展趋势总结为四个方向。首先是高压化，高压化趋势是为了提高能源效率；其次是模块化，通过更有效的热管理，来实现高额定功率；第三是先进技术研发，重点是基于硅技术和宽禁带（SiC和GaN等）材料的功率器件技术；最后是智能化，带保护功能的智能功率器件将更适合工业控制。

智能化
Jon Gladish表示，虽然智能化功率模组（IPM）比普通分立器件方案更先进，对具体应用更优化，但用户并不一定会买账，因为智能功率模组通常价格更高，而且不是像分立器件这样的标准化产品。

但智能功率模组的优点更多。首先模组性能更出色，隔离度更高、散热性能更强，同时模组内还可包含完整的保护功能，例如过电压、欠流和热关断；其次使用模组可以减小系统尺寸，功率模组通常采用系统化封装，将MOSFET、IGBT、二极管和驱动电路（Gate Driver Unit，简称GDU）等裸片都封在一个封装里，从而节省系统空间；最后模组可靠性更高，智能功率模组比分立方案元器件数量更少，加工环节减少，保护措施更完善，散热性能更好，这些都意味着更高的可靠性和更长的寿命。

瑞萨电子落合康颜表示，在空调中使用IPM等功率较小的器件已经很广泛，但工业大功率器件通常是多个芯片并联使用，所以智能化也是整套设备的智能化。"比如在纯电动车中使用IGBT，瑞萨电子的想法并不是让IGBT本身变得智能化，而是对顾客提供包括IGBT的整个智能化变频器解决方案。"

"集成了驱动管理、热管理以及防护管理的智能化产品会让工程设计更加简洁，力特的产品会更加灵活好用，对整个工业应用也会带来变革，工业4.0也就是智能化制造的过程，这个过程离不开智能化的功率器件或模组。"设备信息化是实现工业4.0的基础，就如杜尧生所言，智能化是功率器件行业发展的大趋势。

总结
功率器件是保证工业设备正常运作的核心器件，严苛的工业应用场景对工业用功率器件的参数提出了更高要求，并需要在使用中增加多种保护措施以防止功率器件失效造成的灾难，高压化、模块化、智能化将是今后功率器件发展的主要趋势，宽禁带半导体技术也越来越受到重视。可以预见，在实现工业4.0过程中，智能化功率模块的接受度将越来越高。