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滿足MOSFET需求 英飛凌CoolMOS系列性價俱佳

  • 賴品如

物聯網趨勢方興未艾,連網成為電子產品未來的重要功能,再加上2017年起,全球掀起AI浪潮,在此浪潮下,高強度的運算能力也將是各類型IT系統的設計重點,無所不在的連網與運算,將對設備的電源管理帶來巨大挑戰,台灣英飛凌科技(Infineon)電源管理及多元電子事業處資深行銷經理陳志星就指出,無論是消費性領域或企業用系統,電源管理的重要性在未來都會逐漸提升。

陳志星表示,英飛凌在電源管理的產品布局已久,技術深度與應用廣度都早獲得市場口碑,英飛凌的電源管理產品主要分工業電源控制(Industrial Power Control;IPC) 與電源管理及多元電子(Power management & multimarket;PMM) 兩部分。IPC的產品大部分為3kW以上,PMM則有低功率、高功率與照明3個主要領域,大略區分低功率為150W以下,高功率則是150W~3kW,照明部分則涵蓋傳統照明與LED兩部分,其中LED照明一直是英飛凌的重點應用。

台灣英飛凌科技電源管理及多元電子事業處資深行銷經理 陳志星。

滿足MOSFET市場多元需求 英飛凌CoolMOS系列性價俱佳。

在PMM產品線方面,則有MOSFET、IC控制器、驅動器等,陳志星指出,目前供電系統的兩大區塊線性穩壓與交換式電源(SMPS),英飛凌都有相關產品對應,其中SMPS產品的應用多元,包括筆記型電腦、桌上型電腦、伺服器等,英飛凌的MOSFET近年來也推出多款產品因應。

在MOSFET部分,英飛凌產品包括低壓與高壓兩部分,低壓產品有OptiMOS和 StrongIRFET系列,高壓則為CoolMOS系列。CoolMOS的優異品質享有高度的客戶滿意度,在過去的3年期間,CoolMOS的出貨量超過16億顆,其中失效品只有38個,這代表不良率小於0.03DPM(Defects per million),遠低於業界其他競爭對手產品。

陳志星指出,CoolMOS系列採用了高耐壓超接合面(Super Junction)製程,不但在效能表現相當突出,也可讓轉換器的頻率更高,高壓MOSFET材質方面則有3種,包括矽的CoolMOS、碳化矽的CoolSiC與氮化鎵的CoolGaN,英飛凌是目前市場上唯一量產供應矽、碳化矽與氮化鎵MOSFET產品的廠商。陳志星表示,目前矽材質仍是出貨量最大的產品,主要原因在於價格較低,且製程為工程師所熟悉。

至於採用碳化矽的CoolSiC或氮化鎵的CoolGaN,其特性是效率更佳、頻率更高,陳志星指出,高頻率的好處是,設備內部的被動元件尺寸可以有效縮小,功率密度更高,除了可有效降低成本外,對多數應用例如電動車的充電樁,也可縮減設備所佔面積,目前CoolGaN的價格雖高,市場應用比例也還偏低,不過如果要提升SMPS的效率,還是需要GaN才能辦到,因此此一技術仍是MOSFET的未來。

目前英飛凌的高壓MOSFET主要產品為CoolMOS 7系列,此系列是是從2015年推出C7啟動,之後對應不同市場需求所設計的P7、G7、CFD7陸續推出,例如CFD7專攻高可靠性市場、P7是訴求低功耗與高性價比、C7為高效率、G7也是高功率密度,不過其封裝技術則是採用SMD。

CoolMOS 7系列均採用Super Junction製程,陳志星表示,英飛凌從1998年開始推出Super Junction製程的MOSFET,由於當時這仍是新製程,客戶端仍不熟悉,因此成效不理想,不過也有幾家大型電源供應器廠商認為此技術是未來趨勢,並與英飛凌合作討論導入後的設計做法,一直到現在Super Junction已然進入成熟,但這些客戶與英飛凌的合作關係仍然相當緊密。

對於CoolMOS系列的產品特色與應用,陳志星表示可從AC/DC架構中的PFC與LLC/ZVS兩部分來看,若是需要高效能的PFC,則可選用C7與G7,這兩款產品不但都具有高效與高功率密度,且可快速切換,至於高效能要求的LLC/ZVS,可用CFD7與C7、G7,CFD7的特色除高效外,在切換速度與恢復時間也都相當快,同時具有高穩定度與高耐用性,C7與G7則是最高效的CoolMOS產品,非常適用於高階產品使用。

而若是對性價比較在意的PFC與LLC/ZVS,則可以採用P7,其易用性與性價比都非常合適,陳志星指出,P7的應用相當廣泛,再100 W 至15 kW之間的產品包括充電器、適配器、照明、電視、PC和Server電源、…等,這些產品由於規格較普遍,價格成為市場競爭重點,元件的性價比考量就會偏高,P7會是非常適用的MOSFET元件。

P7的CP值高不代表效能變差,陳志星指出,目前市場上同類型產品的VGS最大與最小值不是3.0~5.0就是2.5~4.5,英飛凌之前的C3系列是從2.25~3.75,P7則進一步將之設計到2.5~3.5之間,數值窄化代表更精確,對工程師來說,產品設計的誤差也會更小,另外過去產品的Rds會與溫度成正比,溫度越高Rds也就越高,P7的Rds則受溫度的影響較小,因此在電流輸入,元件溫度升高後,P7的Rds上升有限,效能也會更好。

除了性價比之外,P7的另一個重點是提供SMD與插件型兩種封裝技術,陳志星特別強調SOT-223 SMD封裝技術,他表示此一封裝方式目前多為30W~100W的電源元件所使用,英飛凌是少數使用在P7這種600V以上的高壓,目前市場習慣用的高電壓元件封裝尺寸都較大,然而這種大尺寸封裝內部都未填滿MOSFET元件,而大封裝尺寸也會讓電源供應器的體積同步變大,對成本與體積而言都是浪費,SMD的小體積則是最適用的封裝技術。

從整體產品線來看,CoolMOS 7是英飛凌強化過去的產品線所延伸出來系列,其中每1個系列都有對應新的產品,在大功率部分,客戶過去若是用CFD產品,現在可用CFD7、P6為P7、CP則是C7或G7,陳志星指出,英飛凌一直以來不斷升級原有的產品線,讓客戶有更好的產品選擇,這幾年由於市場升級,在加上今年市場缺貨,有不少客戶直接升級原有產品轉換到新系列,英飛凌也大力配合。

談到目前市場的缺貨狀態,陳志星認為原因在於各類應用不斷增加,且需求快速浮現,造成很多半導體產品供不應求,他以車用市場為例指出,現在ADAS(先進車用輔助系統)已成為多數車廠的標準配備,根據STPI的資料顯示,2017年全球車用電子的IC使用總值就達到280億美元,與2016年的184億美元相較,成長幅度高達22%,再加上物聯網市場開始啟動,這兩個市場的蓬勃,不但全球的矽缺貨嚴重,連帶晶圓製造、封裝,測試等製程產線也都滿載,直接影響出貨速度。

而英飛凌除了與全球晶圓製造、封測廠合作外,這幾個製程也都有自己的廠房,因此供貨無虞。對於電源元件的未來發展,陳志星認為效能、成本、功率密度與上市時間仍會是市場對這類型產品的主要需求,尤其是車載、工控等趨勢漸趨明顯,對電源管理的重視程度也逐漸增加。

他引用ABI Research的研究報告指出,從2017年至2022年,車載市場的複合成長率將達7.7%,工控市場則會有7.1%,屆時這兩大領域中,半導體在車用市場的應用總值將有380億美元,工控則是490億美元,這兩個驚人的商機,將會是電源元件未來的重要成長動力。

面對未來的市場挑戰,陳志星指出,英飛凌將會透過自有生產,確保技術領先地位和成本優勢,而為了提升產能、強化未來供貨能力,目前英飛凌也計畫在奧地利投資16億歐元興建300mm製程的12吋晶圓廠,預計在2021年投入營運,產能完全開出時,除可帶來每年18億歐元的營收外,更可提供客戶穩定的半導體貨源,從而掌握新世代的市場商機。