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      從功率半導體到LED均以環保為推動力

      發布時間:2009-12-04 來源:技術在線

      機遇與挑戰:
      • 采用Si底板的功率元件增加
      • EDLC重獲關注
      • 利用交流驅動取代電源
      • 電容器穩步發展

      受社會節能化浪潮的影響,在電子部件中,電力損失較小的功率半導體和有助于省電的電容器、LED等與環保息息相關的開發品的展出也成了此次展會的熱門。

      采用Si底板的功率元件增加

      功率半導體方面,使用GaN、SiC等Si之后的新一代半導體的演示接連不斷。其中有所增加的是在Si底板上形成GaN類功率元件的類型。如果使用低廉且直徑大的Si底板,居高不下的制造成本就能夠得到減少。投產預期也逐漸趨于具體化(圖1)。

      圖1:利用Si底板的GaN類功率元件
       
      為了降低成本,使用Si底板的展出接連不斷。IR展出了形成有GaN類HEMT的晶圓(a)。羅姆也首次試制使用Si底板的GaN類HEMT并展出了電源模塊(b)。三墾電氣使用配備有6個SBD內置GaN類FET的逆變器驅動200V、2.2kW的3相交流馬達,與利用配備Si制IGBT和FRD的逆變器進行驅動時逆變器表面溫度的變化進行了比較(c)。左側配備GaN元件的逆變器損失小且溫度低。

      美國國際整流器公司(International Rectifier,IR)宣布在2009年內投入實用。首先投產的將是使用耐壓僅為數十V的GaN類HEMT的POL電源模塊,為無需加載柵極電壓即可導通的“常開”型。

      積極開發功率元件的羅姆首次展出了Si底板產品。產品也為常開型,目前還存在耐壓低于600V的課題。今后,該公司將解決有關課題,爭取在2010年供應耐壓為600V的樣品。

      三墾電氣繼2008年后再次展出了Si底板產品,使用配備該產品的逆變器演示了3相交流馬達的驅動。其發熱量小于Si功率元件組成的逆變器,電力損失也有所減少。該公司的Si底板產品的耐壓為600V,能夠進行閾值+1V的常開動作,量產將爭取在2012年左右開始。該公司希望在此之前把閾值電壓提升至+3V左右。

      EDLC重獲關注

      電容器方面,上次大量展出的Li離子電容器難覓蹤影,雙電層電容器(EDLC)展出隨處可見(圖2)。隨著電容器市場最近的回暖,作為高成本Li離子電容器的“現實替代品”,EDLC重新贏得了關注。
       
      圖2:重獲重視的EDLC

      為了高效利用能源,EDLC重新獲得了重視。日本Chemi-Con展出了面向汽車的85℃型號開發品(a)。TDK參考展出了該公司首款大型圓筒形EDLC(b)。[page]
      日本Chemi-Con參考展出了能夠在70℃及85℃高溫下使用的EDLC。其靜電電容分別為1400F和700F。在混合動力建筑機械等領域需求強烈。在此之前,其使用溫度為60℃。高溫氣化的抑制主要歸功于電解液成分的改進,但詳細情況還不清楚。70℃型號將于2010年春季開始量產。85℃型號將爭取在2010年實現樣品供應。

      新進廠商也顯露了身影。TDK參考展出了“18650”尺寸的單元和直徑77mm、高140mm的大型單元。靜電電容分別為100F和4000F。前者18650是鋰離子充電電池(LIB)常用的尺寸,器著眼點在于LIB的簡單置換。后者大容量單元著眼于穩定太陽能發電功率、工業設備的峰值電力支援等用途。除此之外,村田制作所也參考展出了配備便攜產品的18mm×20mm×2.8mm層疊式小型EDLC。其特點為低電阻,“以這種尺寸實現100mΩ內部電阻的別無他人”(該公司)。

      利用交流驅動取代電源  

       圖3:能夠簡化電源的交流驅動LED封裝
       
      首爾半導體在原有2W/4W產品的基礎上增加了照明易用性良好的1W等級封裝(a)。億光電子也展出了該公司首款交流驅動封裝(b)。

      對于備受關注的高效照明——LED,能夠利用交流電源的種類越來越受到重視(圖3)。這種類型的LED照明無需A-D轉換電路,有望實現照明的小型化。該類型的先驅者——韓國首爾半導體(Seoul Semiconductor)展出了新產品:功耗為1W等級的封裝好的產品。過去該公司一般提供2W/4W等級的大型封裝產品,此次展示是為了滿足市場對于小型、高易用性的1W級別產品的需求。該產品的發光效率為70~80lm/W,低于直流電源驅動的類型,但韓國首爾半導體表示:“到2010年,其效率將提高到與直流驅動產品相當的程度(100lm/ W以上)”。

      臺灣億光電子(Everlight Electronics)展出了其首款交流驅動封裝產品——功耗為1W和4W的樣品。這款封裝產品著眼于照明用途,首先將在臺灣和中國大陸上市。與上屆一樣,三墾電氣仍然展出了小型封裝產品。由于發光效率較低,設想的是電源分接頭等指示用途。

      穩步發展的電容器
      除此之外,電子部件區引人注目的還有各公司競爭的電容器薄型化(圖4)。通過在芯片形電容器制造中采用薄膜形成技術,其厚度可以縮小至50μm以下。


      圖4:厚度不到50μm的薄膜電容器村田制作所展出了1005尺寸、厚度為50μm的0.1μF薄膜電容器(a)。
      太陽誘電在Si底板上涂布了BaTiO3和BST膜作為電介質層(b)。

      村田制作所展出了耐壓為4V、靜電電容為0.1μF,厚度為50μm的1005尺寸產品。該產品計劃于2010年春季投入量產。太陽誘電展出了在Si底板上利用BaTiO3和鈦酸鍶鋇(BST)形成電介質層的開發品。1mm2電介質層相當于1層靜電容量為20nF,4層的厚度為50μm,可實現80nF的靜電電容。借助磁場相互抵消的電極結構,小靜電電容同樣能夠抑制阻抗。

      層疊陶瓷電容器(MLCC)在薄型化的同時還實現了大容量化。太陽誘電和村田制作所聯合展出了1005尺寸、厚度為150μm、靜電電容為0.22μF的MLCC。太陽誘電已經開始量產額定電壓為4V的產品。通過電介質層BaTiO3的微粉化,該MLCC通過單層厚度減半(0.5μm)實現了大容量化。村田制作所預定于2009年內啟動量
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