“硅谷之父”成立50周年，展望功率半导体未来五大技术

Mark Thompson：功率半导体的未来取决于五个关键技术的突破。

1958年发明了平面晶体管的飞兆(Failchild)半导体确实可以当之无愧的接受“硅谷之父”的至高荣誉。从某种意义上来说，是它开创了硅谷在过去半个世纪的辉煌：包括英特尔在内几乎所有在此发源的国际半导体大鳄都可以看作是它的派生公司。正如苹果公司CEO乔布斯所言：“飞兆就象是个成熟了的蒲公英，你一吹它，创业精神的种子就随风四处飘扬了。” 不过，正是这样一家首个营收超过10亿美元的半导体公司却一度遭到被收购、甚至在市场上销声匿迹的命运。然而，自1997年被风投基金收购后，飞兆的名称再度出现在人们的视野之中，并迅速通过收购不断扩大企业规模。2006年，该公司实现营收16.5亿美元，比上年提高14.3%。不久前，飞兆在全球范围内展开了一系列盛大活动，庆祝公司成立50年以及新创10周年。飞兆半导体总裁兼首席执行官Mark Thompson也飞赴中国参加在上海的庆祝活动。 如今的飞兆已是全球最大的功率模拟和功率分立器件的半导体供应商之一。“在降低能耗、提高效率方面，半导体器件扮演了重要角色。”Thompson表示。他以占据了电力消耗22%的照明举例表示，在逐步采用荧光灯、LED、高压气体放电灯(HID)代替白炽灯后，可将发光效率从10%提高到85%。“而在洗衣机、洗碗机等白色家电中把单相交流电机换为直流变频电机后，可节能40%左右。”他还指出，由于电器待机功耗约占家庭用电的5%，仅在美国市场，“一瓦倡议”的推进都将为全美用户每年节约总额超过35亿美金的电费单。而带有软开关功能的集成式功率开关器件在降低开关损耗的同时，还可简化设计并减小尺寸。最后，可再生能源方面，由于太阳能、风电以及水电需要高效的电能转换系统，功率器件同样起着关键作用。 不过，居高不下的成本显然拖累了上述技术的普及进程。以LED照明为例，尽管已不是一项新兴技术，但其价格还远未降低到在普通家庭中推广普及的程度。Thompson承认了这一点。不过他表示，与经过了百年成本优化的白炽灯相比，LED仍然属于新生事物。“随着应用的日益广泛，LED的成本终究会降低到可以接受的范围。”此外，他还指出，传统白炽灯会经常发生灯丝烧断的现象，需要不定期更换灯泡，而LED则是稳定的照明源，得益于这种可靠性，其在公司、酒店的大规模应用将会很快起飞。 如何节约能源已经成为推动功率半导体器件技术前进的主要动力。尽管已经取得了一些成果，但是很显然还做得不够。比如，如何进一步减少元件数目和总体成本、简化镇流器设计、降低开关损耗、改进亮度都是功率器件厂商在电源领域需要努力的课题。而在变频电机的推广当中，需要开发更好的IGBT、电荷平衡MOSFET、HVIC和封装技术来降低系统成本和简化设计。至于在电源方面的挑战，Thompson认为是“如何实现更高的效率，更小的尺寸、更低的成本以及更高的可靠性。” “功率半导体的未来在于工艺、封装、材料、开关性能以及控制技术等五个方面的突破。” Thompson指出，随着工艺的不断改进，具有高低压模块的数模混合信号单片IC将会出现；将数字IC、模拟IC和分立器件集成在一起的封装技术则推动了功能功率混合器件的诞生。“在功率半导体技术的进步当中，新材料的作用同样功不可没，比如SiC用于功率器件、GaAa用于LED、铜铟镓硒(CIGS)用于太阳能。”此外，随着软开关、混合开关以及新拓扑结构的利用，功率器件的开关性能也在逐步改善当中。最后，在包括数字控制(如PFC)、几何控制在内的创新控制技术的帮助下，功率半导体技术的性能将会进一步得到发挥和改善。