探讨功率器件的应用及发展趋势

功率器件(power device)是一个大的半导体器件族群，从最早的BJT(Bipolar Junction Transistor，双极性接面晶体管)、GTO(Gate Turn-off Thyristor，栅关断闸流体)到现在的Power MOSFET、IGBT(Insolated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)以及正在加温的SiC(Silicon Carbide，碳化硅)与GaN(Gallium Nitride，氮化镓)宽带隙(wide band gap)材质的功率器件都属于此族群。

由于以前器件的存在，多是分离式器件(discrete device)或模块(module)形式，而不是更习见的集成电路封装；其生产工厂多为传统的6吋厂、8吋厂，而使用制程最多止于0.13/0.11微米，因此比较少接受到关注。

但是由于电动车、油电混合车(新能源车)、快速充电、无线充电等应用正在快速兴起，而6吋厂、8吋厂的机器设备早已停产、晶圆供应受12吋晶圆需求排挤，器件供应增加有限，未来几年内的市场荣景可期，因此重新又受到注目。

除了正在扩展中的宽带隙功率器件外，其它的功率器件都是硅基的传统器件，只是以结构、载子来区别其功能。到2000年左右，器件的主要结构演进大致完成，以后只是渐近式的改良。

功率器件主要的两个特性为操作频率和耐受功率。以频率为横轴、功率为纵轴作图，可以约略把这些功率器件存活的生态区描述一、二。最接近原点的是最原始的BJT—低频较低功率。于其上的是GTO—低频高功率。于其右的是中频高功率的IGBT，频率可达70Hz，功率可达10W。再右边些，可以高频运行的是Power MOSFET，频率可达1MHz，功率却只能在1W上下。

使用宽带隙的材料能使这些传统功率器件的性能再上层楼。它们比硅基器件的共同好处是其功耗减少、散热较佳、晶粒较小。此外，SiC的耐受功率较硅基的相同器件可以高1个数量级以上，而GaN主要表现在较高的频率，它也是5G通讯中的理想器件。目前SiC已在6吋厂开始量产，准备移往8吋厂，GaN还在6吋厂。

在未来预计会快速窜起的新能源车中，半导体器件的成本会倍增至600~700美元之间。车辆所使用之半导体大致有控制器、传感器与功率器件三大块，其中功率器件由汽车至新能源车的成长约有15倍。

新能源车异于传统汽车的核心技术为电机驱动、电池和电子控制。电机驱动又分成三大部分：传动机构、电机和逆变器—将直流电变为交流电的设备，逆变器中使用IGBT，约占整个电机驱动成本的一半。另外在充电桩也会使用到Power MOSFET和IGBT。

功率器件虽然少上媒体焦点，在未来兴起的市场仍有机会占一席之地，但这事情极讲究市场策略。譬如IGBT，虽然新能源车商机庞大，但事涉安全，产品验证期非常长，直接进攻恐怕要枵腹了。

不如在验证期的同时，先往工控和白色家电的市场先取得活命的奶油与面包。另外，功率器件的应用与规格品类繁多，利用此复杂的生态系取得一个栖息地以徐图发展也是一策。