如何推动功率半导体技术创新_多类型应用与发展趋势分析 - 上海国际电力元件

功率半导体，亦被称为电力电子器件或功率电子器件，是电子产业链中的关键组件，同时也是电力电子变换装置不可或缺的核心部件。接下来，我们将深入探讨其详细信息与广泛应用。

工作原理

功率半导体器件，如二极管和晶体管，利用半导体的PN结特性进行工作。通过调控PN结的正反向电压，这些器件能够控制电流的通断与大小，进而实现对电能的精细操控。例如，二极管仅允许电流单方向流动，而晶体管则通过调控基极电流来掌控集电极与发射极间的电流。

主要类型

功率半导体器件涵盖多种类型，包括二极管、晶闸管、功率场效应晶体管（MOSFET）以及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。每种类型都有其独特的应用和性能特点。

作用及应用

这些器件在电力电子系统中扮演着多种角色。它们不仅用于功率转换，将市电转换为电子设备所需的直流电压，还用于功率放大、线路保护以及逆变和整流等关键任务。此外，在数字电路和电力系统中，它们也发挥着至关重要的作用。

发展趋势

随着技术的进步，功率半导体器件正朝着高功率密度和高集成度发展。通过改进器件结构和封装技术，单位体积或面积内的功率处理能力得到了显著提升，使得这些器件更加紧凑、高效。同时，将多个器件及相关电路集成在一个芯片或模块中，也简化了系统设计，提高了系统的整体性能和可靠性。
• 高频化：通过提升功率半导体器件的开关频率，可以有效减小滤波器等外围组件的体积和重量，进而提升电能转换的效率。这一发展动态特别适用于那些对体积和效率有严格要求的应用场景。
• 宽禁带半导体材料的革新：碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料，凭借其出色的击穿电场强度、高热导率和电子迁移率等特点，为制造性能更卓越的功率半导体器件提供了可能。这些新材料的应用已逐渐扩展到新能源汽车等前沿领域。

功率半导体产品涵盖了多种类型，包括功率二极管、晶闸管、功率场效应晶体管（MOSFET）以及绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等。这些产品在不同应用场合发挥着关键作用，如电源适配器、充电器、工业电镀电源、家庭灯光调光电路以及电脑主板的电源电路等。

接下来，我们将深入了解各类功率半导体产品的特点及其应用。首先，功率二极管中的普通整流二极管，主要用于简单的整流电路，其特点是正向电流大，而反向耐压能力则因型号而异。快恢复二极管则适用于高频整流和逆变电路，能减少反向恢复时间带来的能量损耗。肖特基二极管则以其正向压降低、开关速度快的优势，常用于低电压、大电流的整流电路。

晶闸管方面，普通晶闸管通过控制门极触发电流来调节输出电压，常用于可控整流和交流调压等电路。而双向晶闸管则能在交流电路中双向导通，适用于家庭灯光调光电路和小型电机调速电路。

对于功率场效应晶体管（MOSFET），平面型MOSFET以其输入阻抗高、驱动功率小的特点，广泛用于消费电子设备的电源管理。沟槽型MOSFET则因低导通电阻和高电流密度承受能力，在电脑主板电源电路和电动工具电机驱动等领域大放异彩。

最后，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）结合了MOSFET和双极型晶体管的优点，开关速度快、导通压降小，常用于小功率电机控制和电磁炉等家电产品的逆变电路。IGBT模块则将多个IGBT芯片与续流二极管等集成在一起，功率等级更高，适用于工业变频器、新能源汽车电机控制器等大功率应用场合。

• 英飞凌：作为全球功率半导体市场的佼佼者，英飞凌的业务范围广泛且规模宏大。其营收主要来源于汽车电子业务，并广泛应用于电动汽车、数据中心和电力调节等多个领域。在汽车功率器件和电源器件等细分市场，英飞凌稳坐领先地位。

• 安森美：位列全球第二大功率半导体供应商，安森美的产品线琳琅满目，能满足大部分新能源应用中的主动器件需求。其汽车业务增长迅猛，且供不应求。未来，安森美将致力于发展多元化的硅、SiC和GaN产品。

• 意法半导体：作为传统的功率半导体领军企业，意法半导体在MOSFET领域独树一帜。其产品范围广泛，包括SiC、高低压硅二极管和GaN功率器件等。汽车和工业市场对意法半导体的需求旺盛，特别是在下一代电动汽车中，其基于SiC的分立器件解决方案得到了广泛应用。

• 三菱电机：作为日本功率半导体的领军企业，三菱电机在变频家电、工业与新能源中高压功率半导体领域占据显著优势。其产品技术成熟、性能稳定，赢得了市场的广泛认可。

• 罗姆：在日本的SiC半导体领域，罗姆扮演着重要角色。近年来，其业绩持续攀升，尤其是在2022年车用功率半导体需求激增的情况下，营收和利润均实现了大幅增长。罗姆自2022年12月开始量产SiC功率半导体，主要用于逆变器，能有效提高电力使用效率。

• 东芝：东芝的功率半导体产品主要应用于电力供应、节能和节电领域。其分立器件产品涵盖功率器件、隔离器件和小信号器件等，未来东芝将致力于提升采用功率电子技术的各类产品性能。

• Vishay：作为世界上最大的低功率MOSFET制造商，Vishay的产品在汽车、电池管理系统和LED照明等多个领域发挥着重要作用。

• AOS：AOS提供完整的功率MOS、IGBT、IPM等半导体产品线，产品市场涵盖笔记本电脑、液晶电视、手机等多个领域。其在半导体设计、晶圆制造和封装测试方面均拥有强大的实力。

国内厂商方面，闻泰科技旗下的安世半导体是全球功率半导体十强之一。在功率分立器件领域，安世半导体保持领先地位，特别是在汽车半导体市场占据一席之地。其产品广泛应用于汽车、工业、通信、电力和消费等多个领域。

• 斯达半导：作为国内IGBT行业的佼佼者，斯达半导专注于IGBT芯片及模块的研发、生产与销售。其产品广泛用于新能源汽车、变频器、逆变焊机等众多领域。

• 士兰微：士兰微是国内功率半导体领域的领军企业，涵盖了芯片设计、制造及封装测试的全产业链。其功率半导体产品深受家电、工业控制以及新能源汽车等行业的青睐。

• 比亚迪半导体：在功率半导体领域，比亚迪半导体发展迅猛，其功率模块装机量持续攀升，市场份额也在不断扩大。产品主要供应比亚迪自身的新能源汽车及相关电子产品，展现出强大的市场竞争力。

• 中车时代：中车时代在功率半导体模块方面成果显著，产品广泛应用于轨道交通及新能源汽车等多个领域。凭借在轨道交通领域的技术和市场优势，公司正逐步拓展在新能源汽车等领域的市场份额。

• 捷捷微电：作为汽车分立器行业的领军企业，捷捷微电提供各类二极管、晶闸管等产品，主要服务于汽车电子和消费电子等领域。其在汽车分立器件市场享有较高知名度及市场份额。

• 立昂微：立昂微在半导体分立器件和半导体硅材料两大细分行业均处于领先地位，是国内实力强大的半导体材料、功率半导体及集成电路制造产业平台。其产品广泛用于汽车等领域。

• 华润微：华润微是国内功率半导体的重要企业，拥有完善的半导体产业链，包括芯片设计、制造及封装测试等环节。其功率半导体产品在消费电子、工业控制及汽车电子等多个领域均有着广泛的应用。