- 國際大廠主導功率半導體產業 電動車、５Ｇ、工業四．○ 驅動MOSFET、IGBT需求
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依照電壓與頻率高低，功率半導體所涵蓋層面從消費性電子、家電、交通運輸、工業機器人、通訊與綠能等產業，只要與電力相關、需透過電力運作的裝置，都離不開功率半導體元件。基本上，功率半導體大致可分為功率離散元件(Power Discrete)與功率積體電路(Power IC)二大類，其中，功率離散元件產品包括金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、二極體(Diodes)、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)；而MOSFET占整體功率半導體比重超過五成。
全球功率半導體幾乎被英飛凌、On Semi、STM、Mitsubishi、Toshiba、Vishay、Rohm等歐美日等大廠所主導，這些國際大廠在車用、工業用等所需要的中、高壓產品具有領導地位。其中，德國英飛凌更是獨領風騷，全球市占率達十八．六％。由於英飛凌本身也是全球第二大車用半導體廠商，於國際車廠及車用電子系統廠關係緊密，加上技術能力具有優勢，因此，英飛凌在功率半導體領域連續十五年居業界龍頭。
英飛凌稱霸IGBT 積極布局SiC
英飛凌在功率元件產品布局相當完整，包括：MOSFET、IGBT分離元件與模組，其中，IGBT元件與模組在全球市占率均達三成以上，遙遙領先對手；幾乎全球前十大熱賣電動車中，有八款是採用英飛凌的IGBT。電動車使用到IGBT的裝置主要有五項，包含逆變器、直流 交流電變流器、車載充電器、電力監控系統以及其他附屬系統。其中，逆變器、直流 交流電變流器以及車載充電器對電動車性能表現影響最為關鍵，在配合高電壓高功率的工作條件下，功率元件的採用需替換成IGBT元件或IGBT模組，對IGBT元件的需求量最大。
IGBT具有高頻率、高電壓、大電流，易於開關等優良性能，被業界譽為功率變流裝置的「ＣＰＵ」；，應用於直流電壓為六○○Ｖ以上的變流系統，如軌道交通、智能電網、航空太空、電動汽車與新能源裝備等領域。在一台電動汽車中，IGBT約占電機驅動系統成本的一半，而電機驅動系統占整車成本的十五∼二○％；也就是說，IGBT占整車成本的七∼十％，是除電池之外成本第二高的元件，也決定了整車的能源效率。
有鑑於矽材料的發展已接近其物理極限，因此英飛凌也積極投入新世代寬能隙(Wide Band-gap)材料如碳化矽(Silicon Carbide；簡稱SiC)、氮化鎵(Gallium Nitride；簡稱GaN)。英飛凌自一九九二年即跨足SiC技術開發，以溝槽式(Trench)技術突破了平面式SiC製程的瓶頸，在二○一六年發表以CoolSiC為名的MOSFET系列產品並於一七年正式上市，可提供高性能、高可靠度、高功率密度，且具成本效益的電源解決方案；該系列產品將以太陽能、電動車充電系統與工業級電源供應為主要的應用領域。
與傳統矽(Si)材料IGBT和MOSFET的開關元件相比，CoolSiC MOSFET提供了在一二○○Ｖ的開關中具有較低的閘極電荷與電容、反向並聯二極體無反向恢復損耗、較低切換損耗等。韓國現代汽車已宣布未來新世代電動車，將採用英飛凌CoolSiC系列產品。此外，英飛凌為了研發與生產SiC產品，除了與Cree簽署了碳化矽晶圓的供應合約之外，去年更收購位於德國德勒斯登的新創公司Siltectra，該公司開發一種創新的冷切割技術(Cold Split)，可有效處理晶體材料，並可大幅減少材料損耗。
英飛凌將採用此Cold Split技術分割碳化矽(SiC)晶圓，使晶圓產出雙倍的晶片數量。目前英飛凌擁有世界第一條十二吋晶圓的功率半導體產線，而位於奧地利菲拉赫、興建中的十二吋薄晶圓全自動化晶片工廠，預定二○二一年初投入營運；屆時將鎖定電動車、工業自動化、５Ｇ等應用。此外，意法半導體(STM)也在今年 二月宣布收購SiC晶圓製造商Norstel AB的多數股權，積極布局SiC功率元件發展。
三菱電機主宰ＩＰＭ
日本三菱電機在功率半導體地位也具有舉足輕重，尤其，在智慧功率模組(ＩＰＭ)更稱霸全球，市占率近四成；ＩＰＭ三個核心技術「驅動、封裝、晶片」都是自行研發。由於三菱集團所涵蓋產業包括工業自動化，能源電力，鐵路牽引、電力傳輸、電梯、變頻冰箱、空調等，因此，足以支撐三菱電機在功率元件發展。
目前三菱電機已經推出第七代ＩＰＭ，不僅功率得到了大幅度提升，還具備三大優化：一、內部集成驅動ＩＣ，調整驅動電流以改變不同電流下的dv/dt(額定電壓上升率)，易於系統電磁干擾(ＥＭＩ)設計；二、配合優化的驅動ＩＣ，辨識故障類型，方便系統設計；三、採用ＳＬＣ封裝技術，並優化模組的封裝材料，以提升模組壽命和可靠性。
為了適應變頻市場高可靠性、低成本、小型化等的應用需求，三菱電機開發出雙列直插型智慧功率模組(DIPIPMTM)系列產品；目前DIPIPMTM已成為變頻家電不可或缺的重要零件。自從一九九七年正式推出DIPIPMTM到今年一月，三菱電機DIPIPMTM產品已累計出貨量超過六．五億片。此外，值得一提的是，三菱電機針對鐵道運輸系統，推出高壓IGBT模組(HV-IGBT/HVIPM)，該產品已成為業界所認可。
今年更針對軌道牽引、電力傳輸和高可靠性變流器等應用領域，推出功率密度更高的Ｘ系列HVIGBT，涵蓋傳統封裝、LV100封裝(六ＫＶ絕緣耐壓)、HV100封裝(十ＫＶ絕緣耐壓)三種封裝模式；透過優化封裝內部結構，Ｘ系列HVIGBT提高散熱性、耐濕性和阻燃性，延長產品壽命；全新的封裝結構，實現極低內部雜散電感。有別於同業，三菱電機則在運輸、工業與家電領域占有一席之地。
同樣地，三菱電機也有在SiC布局，日前已開發出耐壓六．五ＫＶ的全碳化矽功率半導體模組。採用二極體和MOSFET合併為單晶片和全新構裝形式，並實現了額定輸出功率密度比以往多一．八倍的九．三KW/cm3，創下世界新紀錄；透過這樣的功率模組，可實現針對需要高耐壓及小型化、省空間化和節能的鐵路，電力的動力設備。
