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三极管将在未来几年供不应求,价格攀升

2000年,中国移动电话将增长4000多万部,移动通信系统(包括手机、便携PC、PDA等)将将有长足的发展。各大三极管制造商尽管已经满负荷生产,三极管价格仍将上涨。三极管日趋小型化,表面安装型将成为主流;各类三极管向高效、低耗、高性能不断发展。

化通信产业进入了一个的巨大发展时期,作为功率放大和电源转换用的各种三极管将有较大的需求。2000年日本和东南亚市场将占市场的68%,2003年日本和亚太区市场增长率为26.3%,欧美增长率也超过10%。通信产业的高速增长是造成整个三极管市场供应紧张、甚至短缺的主要原因,产品供不应求则价格必然上涨,Infineon和Microsemi都对三极管价格的上升持乐观态度。并且认为,尽管许多三极管制造商已经满负荷生产,但是产量的增长跟不上通信产业对三极管需求的增长,三极管价格仍将上涨。

三极管的封装趋势是体积越来越小,集成度越来越高及采用卧式/无引脚封装,小型化成为趋势。在三极管小型化过程中,表面封装是优秀的表现形式,表面安装式三极管将成为市场主流。

RF三极管的主要发展方向是提高技术性能,低电压供电、低噪声、高效是RF三极管的发展趋势。RF三极管低压、高效则可延长电池的供电时间。开关电源用三极管不仅仅要求稳定性高、表面安装,还要求尽可能降低本身对电源的消耗。于是,General Semiconductor、Intersil、APT和Philips等公司的Trench MOSFET、GENFET系列MOSFET、Power MOS和SiliconMAX MOSFET全面推出。对音频三极管而言,其技术的新发展集中在封装上,即体积越来小,集成度越来越高,功耗越来越小。

 

 

三极管需求量会有较大增长

移动通信产业进入一个发展的高峰期,作为放大元件的三极管的需求将呈现出快速的增长,同时,用于电源转换的小功率开关三极管和大功率MOSFET也紧随而上,今后的几年三极管市场需求将有较大的增长。

General Semiconductor北美营销总监Jon Schleisner认为:从市场的角度看,低压三极管,2000年的总销售额达6亿7千2百万美元。日本和东南亚占68%。2003年,日本和亚太区市场会增长26.3%。日本和亚太区三极管需求大幅增长的主要原因是该地区便携式产品会有巨大的增长,据Strategies Unlimited估计:到2004年,手持式设备市场将达到77亿美元。

欧洲和北美51-100V的高性能功率MOSFET的增长率为15.3%,比30V产品13.3%的增长率高,这是因为欧洲和北美的汽车制造商将大量使用功率MOSFET。“General Semiconductor的长远计划是扩大使用电压高达200V的Trench MOSFET技术。高达200V的沟道技术的性能表现将比标准的平面DMOS好。”Schleisner说。

30V以下工作电压的产品适用于电池供电的移动信息通信产品(蜂窝电话、膝上型电脑、寻呼机等),而51-100V则适用于自动化系统。过去,自动化系统用于保护系统不受40V以上电涌的冲击。这个电压范围(40V)也是低压、高性能MOSFET市场的一个热点。“2000年市场容量大约为4亿8千2百万美元,欧美今年的增长率约为15.4%。”Schleisner说。

将来,由于市场的发展,三极管的需求还会增大。“在功率半导体应用方面,MOSFET将继续获得一定的市场份额;而小信号应用方面,MOSFET、IGBT和其它晶体管将被集成到IC中。今后将会看到越来越多的移动电话用的MOSFET和肖特基二极管封装在一起的组件。”Microsemi公司营销总监Manuel Lynch说。

无线通信和便携式电脑(还有光技术)是发展较快的市场。用于低电压功率管理、转换和开关而设计的低电压、高单元密度、高性能功率MOSFET市场的年增长率为两位数。各种电池供电的电子系统都需要高效的电源转换和管理技术,随着电源系统效率的提高,电子系统将变得更小、更轻、更可靠和更广泛应用,这类电子系统对高效半导体开关电源的需求是相当大的。

Shindengen公司的Koji Sakai认为:电子整流器和开关电源用双极三极管的需求会有增长。但开关电源用的分立三极管会被单片式DC/DC转换器模块取代。

 

 

 

 

 

 

今年三极管供应仍然紧张

Microsemi公司的Lynch更是对今年三极管价格的上升充满信心。他强调:“今年,三极管的价格一定会上升,尽管许多公司已经满负荷生产各种三极管,但仍然会出现三极管供不应求的现象。Microsemi公司批量供货的时间是8-14个星期。”

今年各地,特别是中国,移动通信产品的生产会有意想不到的激剧增长。中国今年移动电话将增长4000万部,这将造成整个三极管市场供应紧张,甚至短缺。供不应求,则价格上升,这是自然规律。所以,“今年三极管的价格不会下降,反而会提升。”Infineon公司调谐器/分立器件产品营销经理Peter Reimer说,“Infineon公司批量供货期为12-20个星期。”在某些场合,RF三极管已经集成到一些应用(如DECT)中了,但是,由于RF三极管有较大的灵活性、价格优势和较好的性能,RF三极管将继续有需求,还将是下一代和再下一代(UMTS/W-CDMA)移动通信所必需的元件,其市场需求还在增长。

表面安装三极管:市场需求重点

小型化就是高效率,是一个永恒的主题。人们要求便携式通信产品体积越来越小,功耗越来越低,作功率放大用的三极管和作为电源组成重要成份的开关三极管的封装也要求越来越小,表面安装型成为主流。

“三极管的封装趋势是:体积越来越小、集成度越来越高(MMIC)以及卧式/无引脚封装。表面安装现在是,将来也还将是三极管的主流封装。”Reimer认为。

“对于蜂窝电话来说现在的SO-8封装简直就是庞然大物,现在流行的是TSOP-6的芯片级封装。对于便携式电脑(包括膝上型电脑)应用,SO-8封装依然是优选,因为便携式电脑的电流消耗在增大,由于散热的要求限制了终封装的缩小。对于桌面应用,因为在桌面应用中空间和散热都不是问题,所以,TO-263甚至TP-220都有采用。”Schleisner说。

除了小型化,对采用其它复合半导体材料的三极管市场需求也在增大。“Microsemi现在正采用的有InGaP、SiGe和SiC。”Lynch说。 “在嵌入式电子系统中,元器件大小是一个关键因素。”新型多相高压疗法将使得嵌入式心脏起搏器获得推广应用,每个心脏起搏器需要10个MOSFET。仅去年,心脏起搏器的销售量即达70,000只,今后心脏起搏器还将以每年20%以上的比例增长。表面安装型肯定会成为三极管的主流形式。2000年倒装片会走强,并因此而省去小信号或小功率三极管的封装。倒装片直接安装到PCB上,可节省空间并削减制造成本。今年2月7日,Microsemi推出一种用于双向移动通信输入级功放用的表面安装型低噪声射频MRF5812系列小功率三极管,MRF5812系列的集电极电流低达200mA,500MHz时增益达15.5dB,适用于12V移动式双向无线应用。

Microsemi还为医疗、数字相机和移动电话推出高密度三端口Powermite表面安装功率半导体器件。新的Powermite 3封装用于取代目前广泛采用的外形较大、较高的D-PAK封装和TO-220封装。Powermite 3高度不到1.1mm,只需5.3mm×4.8mm的PCB板,大约是D-PAK和TO-220封装的1/3大小。Microsemi美国分部总经理Angelo Santamaria说:“Powermite 3除了体积小,结构也相当牢固,比普通封装有好得多的热组抗特性。”已推出的Powermite 3封装的是一种N沟道MOSFET,额定电压1000V,面向嵌入式医疗应用。

 

 

 

 

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Powermite 3节省空间的表面安装式封装是针对第三代移动电话、WAP设备、膝上电脑和需要电源管理、瞬间电压保护或

电池充电保护的便携式设备。Lynch说,“便携式设备的功能越来越多,功率消耗越来越大,但体积却越来越小。Powermite 3恰好满足这种要求。”“随后将推出的是供数字相机闪存和马达控制用的500V MOSFET、音频放大器用的30-40V MOSFET。”Santamaria说。“将来,Powermite 3封的器件还将包括各种肖特基二极管、整流器、Fetkys(MOSFET和肖特基二极管的组合产品)、低噪声稳压器和定制芯片。”

现在Shindengen公司为办公室自动化产品市场开发表面安装型单片式DC/DC转换器模块。新生产的产品包括高效、高击穿电阻、高频分立双极三极管。

 

 

 

 

低功耗RF三极管会成主流

1将来,下一代PDA、移动电话、网络浏览器及其它信息电器都将以无线方式与互联。对于RF三极管而言,其发展动力主要是技术性能:低供电电压、低噪声。“Infineon的SIEGET技术为基于SiGe的三极管设立了新的技术标准,其BFP620在1.8GHz附近的噪声系数为0.65dB。”Reimer说。LNA、驱动级、缓冲级和移动通信振荡器将大量采用低压、低噪声RF三极管。

Mitsubishi的一款PCS频带(1.85-1.91GHz)CDMA移动电话用RF放大器模块是一种低压、低电流、高效三级GaAs FET,该放大器的静态待机电流相当低,仅85mA(典型值),功率效率比前代产品提高37%,同时采用3.2V工作电压,可使移动电话的通话时间延长10%。外形大小为7.5x7.5x1.7mm。Mitsubishi电子(美国)微波/RF产品部策略营销经理Byron Gutow说:“该款新放大器是为延长CDMA移动电话电池寿命而专门设计的,不论是通话或待机状态,该放大器都节省电池电能。”

APT的ARF450是一个共源结构的RF功率MOSFET对管,是为频率高达120MHz的推拉或平行RF功率放大器而设计的。其额定耗散功率为650W,工作电压可达150V,特别适用于做高频RF功率发生器。今年第二季度全面投产。

开关电源三极管新进展

“General Semiconductor公司的Trench MOSFET是一种低电压、高性能功率MOSFET,它采用与200V电压以上MOSFET所用的“平面技术”相反的沟道技术。沟道型MOSFET的优点在于其每单位面积和导通电阻比其它功率三极管的低很多。”Schleisner说。

在数字系统中,3-5V的电源变化通常由DC/DC转换器实现。这些DC/DC转换器通常用于低噪声稳压电源(Low dropout Regulators, LDO)。LDO是3V系统较便宜的稳压电源,但其缺点是要牺牲效率,其转换过程产生的热量会增多,并缩短电池寿命。Schleisner说:“这种转换器通常采用一对低压MOSFET,上面一只MOSFET向感应线圈提供电流,而下面的另一只MOSFET则起同步整流器的作用。只要在适当的时间捕获电流,下面那只MOSFET就可完成过去一般由肖特基整流器完成的整流任务。这种同步整流方式的效率比标准整流方式高5-7%。”

1General semiconductor公司推出新的GENFET系列低电压功率MOSFET是为改善个人电脑中为微处理器供电的DC/DC转换电路的效率而设计的。“下一代微处理器对电源的要求使得MOSFET越来越重要,要求MOSFET在高频开关过程的电流损耗尽量小。”General semiconductor营销和业务部副总裁Matthew O'Reilly说。

目前PC的CPU频率愈来愈高,速度也越来越快,电能消耗也随之增加。如何让提供CPU所需电力的电源转换线路的转换损失降到*小,已成为一项非常严苛的目标。对设计移动电脑电源线路的工程师而言,如何在有限的印刷电路板上选择适合尺寸的电子零件,设计转换损失*小而效率较高电源,不但是个人设计功力的表现也有赖于厂商的协助。

Intersil新MOSFET驱动器具有灵活的门驱动电压,在全频段内优化MOSFET导通和开关之间的损耗,高开关频率减少电路板体积和自身重量。其20V/30V 1TF8XXX系列产品提供了低内阻,低闸极电容量,包装尺寸为S08,TSSOP8,及TS0P6。用于蜂窝电话和笔记本电脑电源管理和锂离子电池保护的沟道技术MOSFET,包括ITF861XX和ITF870XX两类,其中的TSSOP8和TSOP6封装小巧,可用于体积较小的便携式设备,如笔记本电脑等。其低门电荷和短恢复时间可减小开关型稳压电源的损耗。

另外,高频双N通道功率MOSFET驱动器HIP6601和HIP6603具有灵活的门驱动电压,这些器件可优化效率,并减少高频开关元件、加载点DC/DC转换器数量,适用于多相功率转换。HIP6601以12V推动同步整流桥中的低位门,而高位门可由5-12V电压驱动。HIP6603则以5-12V电压驱动高、低位门。设计人员可在任意给定的开关频率选择适合的驱动电压,实现MOSFET导通和开关损耗之间的*佳优化。Intersil产品营销经理George Lakkas说:“这类器件可减少设计过程的复杂性并改善快速开关、嵌入式或稳压模块和5-200W输出的DC/DC转换器的性能。”HIP6601和HIP6603是HIP6300系列多相脉宽调制控制器的配套门驱动器。多相电源结构是大功率DC/DC转换器的理想结构,它用更小和更便宜的晶体管,并减少输入和输出电容个数。HIP6601和HIP6603以8脚SOIC封装,1000片批量单价为1.72美元。

APT公司新的MOSFET采用了新的Power MOS V技术,具有较快的开关速度,且其导通电阻比以前的产品小。这类产品的应用范围包括:用于功率因素校正的前级稳压器、DC/DC转换器、开关电源、不间断电源等。根据电压和封装的不同,每1000个单价从14.36-94.42美元不等。

全25%的电能消耗于照明系统上,提高照明系统的效率可节省宝贵的能源。Philips的BUJ系列晶体管采用平面钝化离子注入制程生产,下降时间短,在数安培感性负载下进行开关操作时仅为30ns。又因其具有严格控制的电荷存留时间、非常短的导通时间,以及极低的Vce饱合电压,因此该晶体管的功率耗散在电子照明镇流器应用中可节省40%的能量。除节省能源外,其较低的功耗还使结点温度有所降低,降低了对散热片的要求,提高了组件可靠性。这还意味着在所定结点升温下,BUJ系列晶体管与其它任何玻璃台面型或平面型晶体管相比,可驱动更大的功率负载。

“对于峰值电流高达1A至2A的开关低电压负载来说,硅双极晶体管仍然是许多设计工程师的优选组件,因为它们与MOSFET相比,具有更低的激活电压及更佳的峰值电流处理能力,”Philips产品行销经理Andreas Niemann说,“具有小信号突破技术的新型晶体管在开关晶体管中具有更低的功率耗散,使移动设备中的电池寿命大幅度延长。”

 

 

 

 

初的两款互补的SOT23包装晶体管(BDL31和BDL32)可以处理高达5A的电流。很快还将补充两款5A的SOT223包装型号(PBSS4540Z和PBSS5540Z),该两款产品将具有更低的VCE(sat)和更高的击穿电压。SOT89包装型号亦计划于今年内推出。小信号突破晶体管较高的峰值电流额定值使之更适用于小马达控制。所有型号产品现已批量供货,价位在Hfl0.15(SOT23组件)至Hfl0.29(SOT223组件)之间,批量单位为10万只。

Philips系列新型SiliconMAXTM MOSFET将TrenchMOS技术在功率耗散和开关速度方面的优势应用于以前由100-200V DMOS功率MOSFET主导的领域。其典型应用领域包括开关电源、DC/DC变换器及负载开关设备。与DMOS组件相比,SiliconMAXTM功率MOSFET在同一包装尺寸下,具有低得多的RDS(ON)额定值,或在相同RDS(ON)值下允许使用更小的包装。

在给定负载电流能力下,可以减小功率开关组件的尺寸,如从笨重的TO247包装的晶体管更换为TO220包装的SiliconMAX(TM)组件。在很多情况下,甚至可以替换为D2-PAK(TM)表面贴装SiliconMAX(TM)晶体管。类似的,现有D2-PAK(TM)晶体管可以替换为更小的D-PAK(TM) SiliconMAX(TM)组件。另一方面,设计者可利用SiliconMAX(TM) MOSFET较低的RDS(ON)值来增加负载电流处理能力。在大功率应用中,负载电流通常由两只或更多的DMOS组件并连后来分担,现在则多数可由一只SiliconMAX(TM)晶体管来代替──组件数量因此大大减少。

音频三极管体积、功耗越来越小,集成度越来越高

“市场对通用音频三极管的需求相当高,特别是移动电话和汽车市场对音频三极管的用量较大。音频三极管的发展趋势是封装越来越小(如SOT3x3、SC75和TSFP3/4),且集成度越来越高(如SOT363和SCT598)。”Infineon公司调谐器/分立器件产品营销经理Peter Reimer说,“对于音频三极管而言,其新型技术发展体现在封装上,即体积越来越小,集成度越来越高,另外,对于电池供电的应用,电流消耗小是另一发展方向。”音频三极管BCR400W采用很小的SOT343封装,用于其它RF三极管的温度补偿和电流稳定。