微碩SGT工藝場效應管新品上線，SGT工藝是MOSFET的未來嗎？
2020/9/21 15:44:41
最近，WINSOK（微碩）對功率半導體MOSFET（場效應管）的技術進行了升級，這種技術改變了MOSFET內部電場的形態，將傳統的三角形電場進一步的變為更為壓縮的梯形電場，可以進一步減小EPI層的厚度，降低導通電阻，減小熱阻。目前WINSOK（微碩）新一代的低、中壓的功率MOSFET，廣泛的采用這種技術，如：WSD40120DN56G、WSD14N10DNG、WSF15N10G、WSF45N10G等型號后綴帶"G"的。其實，這神奇的MOSFET技術就是SGT工藝技術。
微碩SGT工藝場效應管新品——WSD14N10DNG《此圖僅供參考，具體以實物為主》
近些年，作為MOSFET方面的新技術，SGT工藝受到越來越多廠商的重視，投入不少的財力和資源。而從整個產業角度來看，全球范圍內，在中低壓MOSFET領域，SGT工藝技術也屬于行業前沿的功率器件技術，而其中做得最好的公司廠家當屬英飛凌等國際功率半導體大廠。
下面，先簡單介紹一下SGT工藝MOSFET及其優勢。
雖然現在IGBT很火熱，相對于MOSFET也屬于高端功率器件，但在廣大的中低壓應用當中，無論是消費類電子，還是家用電器，或是嵌入式系統和工業領域，MOSFET依然占據著巨大的市場份額。因此，國內外諸多公司廠家依然在相應的新技術研發上不斷加大投入，例如WINSOK（微碩）。
MOSFET的特點主要是：輸入阻抗高、控制功率小、開關速度快和開關損耗低，在高頻率、中小功率應用領域（電壓600V以下）的應用最為廣泛，特別是在消費類電子應用最多。
MOSFET大致可以分為以下四類：平面型MOSFET；Trench MOSFET，即溝槽型MOSFET，主要用于低壓（100V）領域；SGT工藝（Shielded Gate Transistor，屏蔽柵溝槽）MOSFET，主要用于中低壓（200V）領域；SJ-MOSFET，即超結MOSFET，主要在高壓（600V-800V）領域應用。
微碩SGT工藝MOSFET新品——WSF15N10G
SGT工藝和普通溝槽相比更加簡單，開關損耗更低，結電容更小，米勒平臺窄，內阻低。具體而言，SGT工藝比普通溝槽工藝挖掘深度深3-5倍，在柵電極下方增加了一塊多晶硅電極，即屏蔽電極或稱耦合電極。屏蔽電極與源電極相連，即實現了屏蔽柵極與漂移區的作用，減小了米勒電容，器件的開關速度得以加快，同時又實現了電荷耦合效應，減小了漂移區臨界電場強度，器件的導通電阻得以減小，開關損耗能夠更低。與普通溝槽式MOSFET相比，SGT工藝MOSFET的內阻要低2倍以上。
MOSFET通過SGT工藝技術減小場效應晶體管的寄生電容及導通電阻，從而提升芯片性能，減小芯片面積，與普通的溝槽型MOSFET相比在同一功耗下芯片面積減少超過４成。SGT工藝技術獨特的器件結構和掩膜版圖設計提升了產品的耐用度和減少了芯片面積，其獨特的工藝流程設計則減少了工藝步驟和掩膜版的數量，從而減低了MOSFET的生產成本，使MOSFET產品極具性價比，更有競爭力。
采用SGT工藝技術制造的MOSFET，與普通的溝槽型MOSFET和平面MOSFET相比，在功率密度上占有很大的優勢。由于SGT工藝MOSFET具有較深的溝槽深度，可以利用更多的晶硅體積來吸收EAS能量，所以SGT工藝在雪崩時可以做得更好，更能承受雪崩擊穿和浪涌電流。
2010年之后，隨著手機快充、電動汽車、無刷電機和鋰電池的興起，對中壓MOSFET的需求越來越大，中壓功率器件開始蓬勃發展，到目前為止，其市場規模比高壓功率器件市場還要大，僅次于低壓功率器件市場。而SGT工藝MOSFET正是中壓功率器件的代表。
MOSFET 6寸晶圓片
技術迭代
有業內人士宣稱，SGT工藝MOSFET在5年內不會被其他產品取代，未來將會有一些技術迭代的情況出現，迭代是結合封裝技術和芯片技術的持續進步及有效匹配。
除了芯片本身技術的研發和迭代之外，封裝技術的進步對于SGT工藝來說，例如150V和200V的SGT工藝MOSFET，會起到很重要的作用，如用DFN5x6封裝的150V MOSFET，可以將內阻做到小于8毫歐，用TO-220封裝的200V MOSFET可以將內阻做到小于9毫歐的水平。
除了外部封裝，基于電子制造對MOSFET需求的變化，內部封裝技術也不斷地在改進，主要體現在三個方面：改進封裝內部的互連技術，增加漏極散熱板和改變熱傳導方向。這些對于SGT工藝技術的發展都至關重要。
TO、D-PAK、SOT、SOP等采用焊線式的內部互連封裝技術，當CPU或GPU供電發展到低電壓、大電流時代，焊線式的SO-8封裝就受到了封裝電阻、封裝電感、PN結到PCB和外殼熱阻等因素的限制。
SGT工藝MOSFET的未來
這四種限制對MOSFET的電學和熱學性能有著極大的影響。隨著電流密度的提高，MOSFET廠商在采用SO-8尺寸規格時，同步對焊線互連形式進行了改進，用金屬帶或金屬夾板來代替焊線，從而降低封裝電阻、電感和熱阻。
總體來講，隨著電子制造業朝著超薄、小型化、低電壓、大電流方向發展，MOSFET的外形及內部封裝結構也會隨之改變，以更好適應制造業的發展需求。另外，為降低電子制造商的選用門檻，MOSFET向模塊化、系統級封裝方向發展的趨勢也將越來越明顯，產品將從性能、成本等多維度協調發展。
而封裝作為SGT工藝MOSFET選型的重要參考因素，不同的電子產品有不同的電性要求，不同的安裝環境也需要與之匹配的尺寸規格。
再者，要想創新，就要具備定制化SGT工藝產品的能力。不同的應用領域，需要采用不同的SGT工藝技術和制作工藝。芯片制造廠不同，工藝平臺、設備和對應的SGT工藝產品也會有差異，原材料外延層也是不同的，需要定制。
微碩SGT工藝MOSFET新品——WSD4012DN56G
市場動向
從應用層面講，我國企業在市場空間較大、下游應用較分散、進入門檻較低的晶閘管、MOSFET領域布局已久。目前，我國企業在消費電子、白色家電、工業控制、新能源領域有所突破，但真正進入高端車用領域的MOSFET企業較少。
法國市場研究機構Yole Développement曾針對MOSFET給出預判，未來5年內MOSFET將會出現三個明顯的結構變化趨勢：一是Trench MOSFET將從中端下移至中低端，替代部分Planar MOSFET的低端市場，二是SGT工藝等Advanced Trench MOSFET將下移至中端，替代Trench MOSFET在低壓領域的中端市場，三是SiC、GaN等寬禁帶MOSFET將更占據高端市場。
在這種市場發展趨勢的推動下，企業的發展策略和規劃必須及時跟進，需要向更高水平的方向邁進，將功率器件產能從低端MOSFET轉向高端的SGT工藝和SJ-MOSFET。通過調整，盡量遠離競爭激烈、價格低的普通MOSFET紅海市場，就像微碩，專注中高端MOS管市場。
而隨著現在5G、AI、EV（電動汽車）等應用市場的發展，高端MOSFET、IGBT、SiC及GaN的需求也在快速地增長，很多功率半導體廠商開始在高功率密度、低內阻的SGT工藝MOSFET上面進行布局，而既有市場和新興市場對SGT工藝MOSFET的需求還將持續增長。
微碩SGT工藝MOSFET新品——WSF45N10G
目前，國外品牌已經在逐漸退出中國的低端MOSFET市場，主要原因是國產品牌的競爭壓力所導致的。與前些年相比，我國的功率器件廠商在規模方面和性能方面都有了很大的進步，再加上成本方面的優勢，國外品牌很難在中低端MOSFET市場上與國產品牌進行競爭。
如今，隨著市場上的高端MOSFET的逐步下沉，以及各大功率半導體廠商向高端產品研發的邁進，SGT工藝MOSFET具有更加廣闊的發展空間，而WINSOK（微碩），正是為此而來。
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