市場正在穩步擴大，通訊設備和能源領域將繼續推動市場和未來的發展，電動鐵路車輛以及汽車和電氣設備領域也一併增加。 自2014年，市場對於SiC業務方面逐年調整...…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。 功率元件2023 作者：鄭華琦／工研院產科國際所★本文節錄自「工業材料雜誌」380期，更多資料請見下方附檔。 由於Si越是高耐壓的元件、每單位面積的導通電阻變高(以耐壓的約2～2.5倍增加)，600V以上的電壓則主要使用IGBT(絕緣閘雙極電晶體)。
功率半導體主要都是使用半導體的成熟製程製造的，跟我們常常看到台積電這種先進製程生產的邏輯運算晶片有明顯的差異化。 Semikron成立于1951年，总部位于德国纽伦堡，是全球领先的功率模块和系统制造商之一。 其产品主要涉及中等功率输出范围（约2 kW至10 MW），是现代节能型电机驱动器和工业自动化系统中的核心器件，广泛应用于电源、可再生能源（风能和太阳能发电）和电动车（私家车、厢式货车、公交车、卡车、叉车等）领域。 同时，Semikron也是全球前十大 IGBT 模块供应商，在 1700V 及以下电压等级的消费 IGBT 领域处于优势地位。 目前，赛米控在全球二极管和晶闸管半导体模块市场占有 25%的份额。
功率元件: 半導體保險絲（IPD）
一般會用圖示的方式，在座標軸分別是汲極電流及汲極－源極電壓的圖上標示。 汲極電流以及汲極－源極電壓都需要低於其標示的最大值，而且其乘積也要小於元件可以散熱的最大發熱量。 一般來說，功率MOSFET因為散熱能力的限制，無法工作在汲極－源極電壓以及汲極電流均為最大值的條件下[34]。 功率MOSFET發熱的方式（連續發熱或是脈衝發熱），會對應不同的熱質量（英語：thermal mass）特性，也會會影響最大操作溫度（英語：operating temperature）。 一般來說，相同發熱量下，若脈波的頻率最低，最高工作環境溫度就可以越高，因為元件可以冷卻的時間比較長。 有些模型（例如福斯特電抗定理（英語：Foster's reactance theorem））可以用來分析功率模組暫態下的溫度特性。
在 5G 基地台建設、無線電探測、新能源汽車及充電樁等領域得到快速應用，並將在光伏新能源、軌道交通、智能電網等產業擴大應用。 此外，在高精度模擬電路、射頻前端晶片、嵌入式記憶體、CMOS（互補金屬氧化物半導體）圖像感測器、高壓 MOS 等特殊產品方面，200mm 及以下晶片製造的工藝更為成熟。 隨著汽車電子、工業電子等應用的驅動，200mm 半導體矽片的需求呈上漲趨勢。
功率元件: 功率模組
有些模型（例如福斯特電抗定理（英语：Foster's reactance 功率元件 theorem））可以用來分析功率模組暫態下的溫度特性。 二個主要的參數決定了電晶體的崩潰電壓以及RDSon：摻雜程度以及N−磊晶層厚度。 相反的，磊晶層厚度越薄，摻雜越多，RDSon越低（MOSFET的導通損失也會越少）。 因此這是MOSFET設計上的取捨，在電壓額定以及導通電阻之間進行取捨[來源請求]，這也是圖3所描述的。
其中的功率半導體（稱為裸晶）會用銲接或是燒結的方式固定在乘載功率半導體的基板（英语：power electronic substrate）上，依需要提供熱接觸、電氣導通或是絕緣。 分立功率半導體多半是TO-247或TO-220（英语：TO-220）的塑膠包裝，相較起來，功率模組的功率密度較高，而且在許多領域中比分立元件要可靠。 針對電壓等級超過500V的MOSFET，元件製造商（包括英飞凌科技以及其CoolMOS產品）開始使用電荷補償原理（charge compensation principle）。 安全工作区會結合功率MOSFET的汲極電流以及汲極－源極電壓，定義MOSFET可以正常使用，不會損壞元件的電壓及電流範圍。 功率MOSFET發熱的方式（連續發熱或是脈衝發熱），會對應不同的熱質量（英语：thermal mass）特性，也會會影響最大操作溫度（英语：operating temperature）。
功率元件: .元件構造與特徵
氮化鎵射頻元件正在取代 LDMOS 在通訊宏基地台、雷達及其他寬頻領域的應用。 隨著資訊技術產業對數據流量、更高工作頻率和頻寬等需求的不斷成長，氮化鎵元件在基地台中應用越來越廣泛。 根據製造工藝分類，半導體矽片主要可以分為拋光片、外延片與以 SOI 矽片為代表的高端矽基材料。
站在政府和供给端企业角度来说，功率器件领域，欧美日三足鼎立的局面暂时不会改变，而国内市场需求大，本土厂商应援还存在问题，如何尽快地完成国产替代是未来地一场攻坚战，如何打赢？ 再加上中美贸易战等大环境对功率器件价格的影响，功率器件成为了继MLCC等被动元件之后的涨价之最。 同时，各大厂商交货周期一再延长，并致使主要功率器件原厂2019年上半年产能都被预订完。 1970年代，既能控制导通，又能控制关断的全控型功率器件在集成电路技术的发展过程中应运而生，如门极可关断晶闸管GTO、电力双极型晶体管BJT、电力场效应晶体管功率MOSFET等，其工作频率达到兆赫级，常被应用于直流高频斩波电路、软开关谐振电路、脉宽调制电路等。 近期來自波蘭的醫療團隊進行了 18 個月的臨床實驗，證實了使用羥磷灰石成分的牙膏，能夠有效取代傳統氟化物產品，達到防蛀牙功效並降低氟化物中毒危險。 功率元件2023 AI最近因與ChatGPT等自然語言處理器的驚人能力而受到更多關注，但當應用在晶片設計的各個階段，包括設計最佳化、佈局、模擬和驗證下，人工智慧演算法可以幫助更有效地探索設計空間，能比傳統方法更快地發現最佳設計配置。
功率元件: 什麼是「功率半導體」？ 生產流程為何？供應鏈有哪些？
與傳統的矽元件相比，碳化矽（SiC）元件由於擁有低導通電阻特性以及出色的高溫、高頻和高壓性能，已經成為下一代低損耗半導體可行的候選元件。 此外，SiC讓設計人員能夠減少元件的使用，可進一步降低設計的複雜程度。 根據市調機構預測，2020~2026 年車用功率半導體元件市場規模將由 15 億美元快速成長到 55 億美元，年複合成長率將近 26%，遠高於整體功率半導體元件市場的增長力道，可以看出車用需求是驅動功率半導體元件市場成長的最主要力量。 2020 年全球功率元件市場規模約 170 億美元，預計 2026 年將成長至 246 億美元，2020~2026 CAGR 7.7%，主要成長動能來自於電動車、新能源發電、儲能、快充等應用商機。
功率半导体是很多应用领域不可或缺的上游器件，未来将伴随着产业的爆发而实现快速增长。 然而在SiC和GaN材料的制备与质量等方面仍有较多亟待破解的问题。 因此有許多的最佳化技術可以增加通道的表面積，也就是增加「通道密度」。 作法包括在MOSFET晶元產生多個重覆性的Cellular結構。
功率元件: 功率因數定義
与适用于中大功率的SiC相比，GaN的方向是中小功率，因此GaN成为紧随SiC的第三代半导体材料。 GaN微波射频器件目前主要用于远距离信号传输和高功率级别，如雷达、移动基站、卫星通信、电子战等，主要玩家有东芝、三星等。 站在全球角度看，目前SiC的技术和市场都被国际企业所垄断，主要为Infineon、Cree和Rohm，而且他们已经形成了产品体系。 与国际大厂相比，中国大陆的碳化硅功率半导体器件研发起步晚，于20世纪末才开始重视SiC的开发，在技术上仍有很大差距。 而中国在国家多项科研计划的扶持下，已经大幅缩小了与国际的技术差距，并取得了不少成就。
根据IHS的分析，2017年全球前10大厂商清一色为欧美日企业，供应规模占比达到了全球的60％以上，其中Infineon（18.5％）、ONSemiconductor（9.2％）、ST（5.3％）分别依次位列前三位。 从体量上看欧洲功率器件厂商似乎不占优势，但是以英飞凌为首的几家企业绝对是霸主地位的存在。 有了AI加入之後，它大幅提升了IC設計的效率，無論是前段的設計優化，或者是後段晶片驗證，它都帶來了無與倫比的改變。 根據 Yole 預測，至 2025 年，功率在 3W 以上的射頻元件市場中，砷化鎵元件市場佔有率基本維持不變的情況下，氮化鎵射頻元件有望替代大部分矽基 LDMOS 比例，佔據射頻元件市場約 50% 的比例。 單片晶片的生產成本＝[某代工廠製程對應的晶圓（Wafer）價格 ÷ 一個晶圓可以切出來的晶片（Die）的個數 + 封裝和測試單片的費用] ÷ 良率 + IP 的著作權費用。 TI 常以盒裝或管裝、盤裝方式運送承載管或盤裝置，依現有庫存而定。
功率元件: 功率半導體元件的主流爭霸戰
功率元件工業是半導體歷史的關鍵部分，電力電子市場正在穩步發展，且通過整個半導體行業不斷推動其創新。 電能的產生、分配和使用皆需要電能轉換的電力電子設備，發展電力電子元件、系統和機具的原動力不外乎希望穩定電力、有效分配電力和提高效率。 本文將從以下大綱，剖析下世代功率元件的市場趨勢，以利於掌握技術發展方向，因應快速變動的產品需求。
為了功率MOSFET元件的可靠度，其结温（TJ）有最高溫度的限制，此溫度和MOSFET晶元的佈置以及封裝的材料有關。 閘極的氧化層很薄（100 nm，甚至更小），因此可以承受的電壓有限。 製造商會在資料表中列出閘極－源極電壓的最大值，大約是20 V，若電壓超過此限制值，可能會造成元件的損壞。 而且，過高閘極－源極電壓會讓縮短MOSFET的壽命，降低RDSon的效果不明顯，甚至沒有效果。 閘極對源極電容CGS是由CoxN+、CoxP和Coxm的並聯連接組成（如圖4）。
功率元件: 全球功率元件市場回顧與展望
供應商選用Ciss、Coss和Crss來標示的原因是可以直接量測。 而CGS、CGD和CDS比較接近物理上的意義，條目後續內容也會用此方式說明。 不過這解法在MOSFET的汲極（陰極）和源極（陽極）之間產生了二極體（本體二極體，body doide），使其只能單一方向阻隔電流。 電動車絕對是未來10年內成長性最強的產業之一，歐美國家對於碳排放的減少管制越來越高，挪威2025年禁售燃油車等等..，電動車的普及已經是不可逆的趨勢。 在国际巨头面前，国内本土厂家显得格格不入，以提供二极管、晶闸管、低压MOSFET等低端功率半导体器件为主，还处在产业链的末端。
功率半導體元件（電晶體領域）除了IGBT之外，還有MOSFET、BIPOLAR等，這些都能用來作為半導體開關。 從各自可因應的開關速度來看，中頻用BIPOLAR，高頻用MOSFET。 IGBT是輸入端為MOSFET構造、輸出端為BIPOLAR構造的元件，採用複合式構造，除了為使用電子和電洞這二種載體的雙極性元件外，也是同時具備低飽和電壓（相當於功率MOSFET的低導通電阻）、較快速切換特性的電晶體。 但是，即使切換較為快速，和功率MOSFET比較仍然相形見絀，這是IGBT的弱點。
功率元件: 切換特性
功率MOSFET常用在电力电子学，是源自信號級的MOSFET，自1970年代開始有商品販售[2]。 羅姆在SiC功率元件和模組的開發領域處於領先地位，這些元件和模組在許多行業的應用中都實現了更佳的節能效果。 Renesas于2003年，由日立制作所半导体部门和三菱电机半导体部门合并成立，是世界十大半导体芯片供应商之一。 其主营模拟功率器件包括双极型功率晶体管、功率二极管、功率MOSFET、晶闸管和IGBT，广泛应用于汽车、工业、家居、办公自动化、信息通信技术等领域。 Mitsubishi成立于1921年，主营功率器件包括IGBT、IPM、MOSFET和SiC器件，并在白色家电、工业控制、智能电网、轨道交通、绿色能源、卫星、防御系统、电梯及自动扶梯、汽车用电子用品、空调、通风设备等领域的电力变换和电机控制中得到广泛应用。 相对于Si材料，使用宽禁带半导体材料制造新一代的功率器件，可以变得更小、更快、更可靠和更高效。
- 本文將從以下大綱，剖析下世代功率元件的市場趨勢，以利於掌握技術發展方向，因應快速變動的產品需求。
- 例如，預期在未來十年內---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
- 功率MOSFET可以用在許多不同的領域中，包括大部份的電源供應器、直流-直流轉換器、低電壓電機控制器等，以及許多其他的應用。
使用此技術時，磊晶層的電阻（佔高壓MOSFET元件電阻的95%）可以縮小到原來的五分之一。 功率MOSFET的等效電路中包括一個MOSFET，以及一個並聯的寄生BJT。 功率元件2023 為了避免閂鎖現象，MOSFET體以及源極之間會透過封裝直接短路，避免有電位差。 安全工作區會結合功率MOSFET的汲極電流以及汲極－源極電壓，定義MOSFET可以正常使用，不會損壞元件的電壓及電流範圍。
功率元件: 功率器件知识详解
碳化矽元件具有低損耗、高開關頻率、高適用性、降低系統散熱要求等優點，將在光伏新能源領域得到廣泛應用。 功率MOSFET是最常見的功率半導體（英語：power semiconductor device），原因是因為其閘極驅動需要的功率小、以及快速的切換速度[3]、容易實施的並聯技術[3][4]、高頻寬、堅固性、偏壓簡單、容易使用、也容易維修[4]。 在低壓（200V以下）的應用中，功率MOSFET是最常見的功率半導體。 功率MOSFET可以用在許多不同的領域中，包括大部份的電源供應器、直流-直流轉換器、低電壓電機控制器等，以及許多其他的應用。 功率MOSFET是最常見的功率半導體（英语：power semiconductor device），原因是因為其閘極驅動需要的功率小、以及快速的切換速度[3]、容易實施的並聯技術[3][4]、高頻寬、堅固性、偏壓簡單、容易使用、也容易維修[4]。 功率MOSFET可以用在許多不同的領域中，包括大部份的電源供應器、直流-直流轉換器、低電壓电机控制器等，以及許多其他的應用。
為此，以相同的耐壓產品同士做比較則可達到規格化導通電阻(每單位面積導通電阻)的小元件。 例如以900V為Si-MOSFET的35分之1、SJ-MOSFET的10分之1晶片尺寸，可實現相同的導通電阻。 除了能以小封裝實現低導通電阻外，閘極電荷量Qg、容量等方面也變小。 SJ-MOSFET只有900V左右的產品，SiC則1700V以上的耐壓也能以低導通電阻推出產品。 由於不須採用如IGBT般的雙極元件構造 (導通電阻變低但開關慢)，是能夠兼顧到低導通電阻、高耐壓、高速開關的元件。 功率MOSFET和側向MOSFET的結構不同：就像大部份功率元件一樣，其結構是垂直的，不是水平的。
功率元件: 功率元件
台灣的半導體產業供應鏈原本就相當完整，過往受制於汽車產業的封閉性供應鏈，在功率半導體部分相對並沒有表現的空間。 功率元件 富邦證券表示，隨著特斯拉衝擊傳統的汽車製造供應鏈，引進大量的電子零組件供應商，加上這波車用晶片大缺貨，也使得台灣的相關廠商得到在車用電子突破的商機，從電源管理 功率元件2023 IC、功率元件到功率模組，各領域都有相關的上市櫃公司值得中長期投資人留意。 氮化鎵射頻元件主要基於碳化矽、矽等異質襯底外延材料製備的，並在未來一段時期也是主要選擇。
功率二极管，晶闸管，还有功率BJT（就是功率双极型晶体管）这些都是第一代产品了，比较老了。 第二代是以功率MOSFET为代表的新型功率半导体器件，如VDMOS、LDMOS，以及IGBT。 IGBT目前非常火啊，国内才刚刚起步，大量需要IGBT的高技术人才，这个非常有钱途。 針對電壓等級超過500V的MOSFET，元件製造商（包括英飛凌科技以及其CoolMOS產品）開始使用電荷補償原理（charge compensation principle）。
