今年6月，功率半導(dǎo)體業(yè)界的盛會“PCIM China 2010”在上海光大會展中心舉行，國內(nèi)外知名功率半導(dǎo)體廠商向與會觀眾展示了各自推出的新產(chǎn)品和眾多高能效解決方案。功率半導(dǎo)體在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用成為本屆展會的熱點(diǎn)，而中國功率器件產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展前景也是業(yè)內(nèi)人士非常關(guān)注的話題。
新能源應(yīng)用推動器件升級
“我們在此次PCIM中國展會的口號就是‘低碳與節(jié)能’。”三菱電機(jī)功率器件制造所所長西村隆司告訴《中國電子報》記者，“在本屆展會上，三菱電機(jī)針對可再生能源應(yīng)用領(lǐng)域推出了兩款功率器件產(chǎn)品。”據(jù)西村隆司介紹，在這兩款產(chǎn)品中，新型PV-IPM可以說是為家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)量身定做的，PV-IPM可用于將太陽能電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，該產(chǎn)品的面積比以前的產(chǎn)品減小了約30%，開關(guān)電流的損失也將減少25%；而三菱電機(jī)的新型MPD系列IGBT模塊則針對大容量的可再生能源設(shè)備，其額定電流為前代產(chǎn)品的1.8倍，冷卻效果也進(jìn)一步得到優(yōu)化，可滿足兆瓦級的風(fēng)能、太陽能發(fā)電系統(tǒng)功率變換裝置的要求。
在新能源領(lǐng)域的大多數(shù)功率變換裝置中，IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)是最為重要的器件，與歐洲、日本和美國相比，中國在該領(lǐng)域還相對落后，盡管國內(nèi)也有一些企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)在進(jìn)行研發(fā)，但產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢，技術(shù)上也落后于國外。不過，近年來中國企業(yè)為增強(qiáng)自身在IGBT領(lǐng)域的研發(fā)和生產(chǎn)能力也做了很多有益的探索。
在本屆PCIM展會上，南車時代電氣公司電力電子事業(yè)部向業(yè)界展示了用于機(jī)車牽引和新能源領(lǐng)域的功率器件產(chǎn)品。2008年，南車時代電氣并購了全球知名的大功率半導(dǎo)體公司——英國Dynex，通過資本運(yùn)作的手段實(shí)現(xiàn)了技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的跨越式發(fā)展。南車時代電氣公司電力電子事業(yè)部總經(jīng)理吳煜東在接受記者采訪時表示：“目前全球大功率IGBT領(lǐng)域的三大巨頭是英飛凌、ABB和三菱電機(jī)，與他們相比，Dynex最大的弱點(diǎn)是缺乏一個系統(tǒng)應(yīng)用平臺。因此，南車時代電氣并購Dynex，可以利用公司的軌道交通裝備制造業(yè)務(wù)為Dynex的大功率IGBT 技術(shù)提供應(yīng)用平臺，從而提高公司的整體競爭力。此外，南車時代電氣還擁有從事風(fēng)力發(fā)電的事業(yè)部，這也將為功率半導(dǎo)體器件在新能源領(lǐng)域提供用武之地。”
新材料是中國企業(yè)機(jī)會
“在過去20多年中，圍繞IGBT器件產(chǎn)生了非常多的專利，歐洲、美國和日本的公司已經(jīng)在這個領(lǐng)域形成了巨大的技術(shù)優(yōu)勢。”飛兆半導(dǎo)體亞太區(qū)市場行銷暨應(yīng)用工程副總裁藍(lán)建銅在接受記者采訪時表示，“如果僅就硅基IGBT而言，我認(rèn)為中國本土企業(yè)很難參與競爭。但是，如果使用化合物半導(dǎo)體等新材料，將把IGBT產(chǎn)業(yè)引入一個新的競爭平臺，在這個領(lǐng)域，中國企業(yè)還是有機(jī)會的。不過，在我看來，新材料的成熟還需要大約10年的時間。”
據(jù)浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院長江特聘教授盛況介紹，碳化硅、氮化鎵和金剛石是常見的三種寬禁帶半導(dǎo)體材料，目前已有多家國外企業(yè)批量生產(chǎn)4英寸碳化硅晶圓，6英寸的碳化硅晶圓也將很快出現(xiàn)，使碳化硅成為三種寬禁帶材料中最成熟的技術(shù)，為碳化硅功率器件的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。“不過，由于碳化硅單晶片和外延材料的價格昂貴，使得碳化硅器件的價格都相當(dāng)高，這成為它們大規(guī)模進(jìn)入市場應(yīng)用的一個門檻。”盛況補(bǔ)充道。
國外企業(yè)也沒有忽視新材料、新器件的研發(fā)。“從2009年到2011年的三年間，我們將集中力量研發(fā)碳化硅器件。”西村隆司說，“由于碳化硅器件的成本很高，所以，市場對這種器件的認(rèn)可度取決于它能在多大程度上降低系統(tǒng)的整體成本。舉例而言，在高速電氣列車上，如果用硅基IGBT，需要配備一個很大的冷卻裝置；但如果使用碳化硅器件，冷卻裝置就可以小型化甚至可以省去，這對高速列車而言很有吸引力。因此，碳化硅器件將在特定的領(lǐng)域逐漸發(fā)揮其優(yōu)勢。”