大陆PK日、美、德 LED芯片核心技术落后20年

   2013-09-09 4570
核心提示:IGBT已经是非常成熟的产品,目前在中高电压领域的市场规模达16亿美元。未来IGBT有向缩小电压范围发展的趋势,以满足电视机、计算机适配器和照相机等消费类目标应用需求,从而抢占更
 IGBT已经是非常成熟的产品,目前在中高电压领域的市场规模达16亿美元。未来IGBT有向缩小电压范围发展的趋势,以满足电视机、计算机适配器和照相机等消费类目标应用需求,从而抢占更多市场。与此同时,在上述应用中的SJMOSFET可提供更快的开关频率和具有竞争力的价格,2012年年底,SJMOSFET市场规模将达5.67亿美元。
  功率电子领域主要负责DC-DC转换、AC-DC转换、电机驱动等工作。需要更轻更小更高效率更便宜,目前有4种技术来对应这些要求,分别是silicon IGBT,Super Junction(SJ) MOSFETs,Gallium Nitride(GaN)and Silicon Carbide(SiC)-baseddevices.
  GaN和SiC对功率电子市场来说还不成熟。前者要求在制造工艺上做技术改进,特别是外延厚度;而后者,目前是一种昂贵的材料,不适合在消费类市场使用。
  从功率处理能力来分,功率半导体分立器件可分为四大类,包括低压小功率分立器件(电压低于200V,电流小于200mA)、中功率分立器件(电压低于200V,电流小于5A)、大功率分立器件(电压低于500V,电流小于40A)、高压特大功率分立器件(电压低于2,000V,电流小于40A)。
  IGBT是RCA公司和GE公司在1982年提出并于1986年开始正式生产并逐渐系列化的器件,是继双极晶体管(GTR)和MOSFET后的第三代功率半导体分立器件,其综合GTR和MOSFET的优点,具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高的特点,广泛应用于小体积、高效率的变频电源、电机调速、UPS以及逆变焊机当中,是目前发展最为迅速的新一代功率器件。
  IGBT下游应用领域也非常广阔,从IGBT的耐压范围上来分,600V-1200V的IGBT主要用于电磁炉、电源、变频家电等产品,现阶段这部分市场的IGBT用量最大;低于600V的IGBT主要用于数码相机闪光灯和汽车点火器上;电压大于1200V的IGBT主要以1700V的IGBT为主,这部分产品主要用在高压变频器等工业产品上。
  未来推动IGBT市场增长的最主要领域是变频器、变频家电、轨道交通产业、太阳能及风能可再生能源、混合动力车和纯电动车。出汽车外的市场都集中在中国.
  变频器产业:变频器对电机转速和转矩进行实时调节,由此可以节约不必要的能源浪费。应用变频器的电动机节能效果明显,一般节能率在20%-30%,较高的可以超过50%,节能潜力巨大。由于变频器广泛应用到机械、油气钻采、冶金、石化、电力和市政等领域,具有广泛的下游应用需求,未来市场将有望保持持续增长,其中,我们预计高压变频器未来三年将保持40%以上的增速,而中低压变频器未来三年也将保持20%以上的增速。变频器市场快速的增长,将保证作为变频器主要原材料的IGBT的需求快速增长。
  目前国内基本都是只能做到封装IGBT管,完全自主生产我没有看到,虽然南车说自己有8英寸线,但未听说正式投产。
不仅如此,英飞凌(Infineon)亦从艾司强(Aixtron)采购有机金属化学气相沉积(MOCVD)设备,进一步将GaN半导体材料沉积在硅基板上,成功跨足该领域;而韩国乐金(LG)也采用相似手法展开布局。
  另外,三星(Samsung)也在尝试研发硅基GaN为主的功率半导体;日本三肯(Sanken)也预计在2012年底~2013年,与Panasonic及古河(Furukawa)等大厂连手量产GaN组件。其他计划进入GaN开发的业者还包括荷兰的NXP(NXP)半导体,以及总部位于瑞士日内瓦的意法半导体(ST)。
  一般来说,发展与测试一种新半导体材料的时间相当长,但随着世界各地大厂纷纷投入,很有可能在未来2~3年内就大量出现商用化的GaN产品。
  硅基GaN磊晶目前单位价格跟往后在市场上的预估价格相比,便显得相当昂贵。
虽业界均看好GaN组件可提升电源转换效率,但仍面临诸多生产挑战。目前最关键的变量在于如何降低量产成本,也就是如何改善现有的6吋晶圆技术或直接跳到8吋
  举例来说,IR正全力进行更完善的生产设备整合;而意法半导体或NXP则藉由购买磊晶Epitaxy,并以惯用的互补式金属氧化物半导体(CMOS)制程生产,不须自行制作磊晶。此即回到营运模式与企业定位的问题,将反映成本结构上的差异,但目前很难进行比较。
  与成本结构的发展情形相同,GaN组件结构也会因技术整合方式不同,而有所差异,IR与宜普目前都采取逆向工程方式,将1~1.5微米(μm)厚的GaN磊晶层镀在硅基板上;至于Epi GaN与位于德国专门制造磊晶的Azzurro半导体,则宣称可供应5~7微米厚的GaN层。后者将一举改变生产GaN组件的方式,若以崩溃电压为主要诉求更是如此。
  除上述厂商以外,目前会另行采购磊晶制作GaN功率组件的通常是无晶圆厂公司,例如加拿大的GaNSystems、美国南卡罗莱纳州的Nitek,以及德国柏林的BeMiTec。这些公司的共通处是规模较小,由此可见,对磊晶业者来说GaN市场的前景并不明朗。
  IR与EPC现在GaN市场取得领先,且皆已推出商用产品,不过,截至目前为止,来自GaN组件的营收还是相当低。也因此,EPC现正尝试与位于明尼苏达州的组件批发商Digi-Key接洽,期拓展销售管道。
  在此同时,硅基GaN的发光二极管(LED)技术也正逐渐发挥影响力,将吸引更多功率组件采用相似构造。由于与功率电子相比,LED领域对GaN更加熟悉,故验证期相对较短,一旦硅基GaN的LED技术发展成熟,也将带动电源供应领域导入硅基GaN功率半导体的发展。
 
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