電力電子學是在上個世紀的七十年代形成的，在這以前，人們稱它為變流技術(shù)，或者稱之為功率變換技術(shù)。它是從四五十年代的整流技術(shù)發(fā)展過來的。早期從事這行業(yè)的，有西安整流器研究所，全國各大整流器廠，美國的國際整流器公司等等。西安整流器研究所的前身，機械部電器科學研究院半導體研究室是中國最早從事功率半導體的單位。成立于1947年的國際整流器公司也被認為是美國最早的半導體公司。 當晶閘管發(fā)展成為一個大家族，當一些關(guān)斷時間短或易于關(guān)斷的器件逐步發(fā)展后，逆變應用漸漸上升為主導的應用。此時學術(shù)界就提出應該有一門新的學科來歸類這方面的發(fā)展。于是相對于信息電子學就有了電力電子學。前者處理信息而后者處理功率。更多的自動控制理論及新型電子技術(shù)也就被引入到這門學科中來。當時的應用方向偏重于工業(yè)應用、車輛拖動和電力系統(tǒng)，因此人們最關(guān)心的是大功率方向的發(fā)展。例如雖然已有了雙向晶閘管在家電方面的廣泛應用，但中國在七十年代，依然鎖定了雙向晶閘管向工業(yè)應用方向的發(fā)展。其后也沒有發(fā)展為家電用的雙向晶閘管。 中國在大功率半導體方面，和國外的差距一直并不很大。由于中國大量基本建設的需要，因而相對于國外，在現(xiàn)階段大功率半導體器件有更多的用武之地。近年來先后有一些重大項目引進，更進一步縮短了和國外的差距。這是電力電子發(fā)展的一個方面?？赡芤彩俏覈娏﹄娮訉W會一貫重視的一個主要方面。 八十年代初MOS型器件興起后，經(jīng)過十余年的發(fā)展，電力電子更多地覆蓋到了另一些領域， 如4C產(chǎn)業(yè)（Communication 通訊、Computer 電腦 、Consumer 消費電器、Car 汽車）。此時，其技術(shù)的先進性較少強調(diào)功率 的大小，而是著重于給這些產(chǎn)業(yè)提供效率更高、體小質(zhì)輕的電源。如果說，大功率的電力電子強調(diào)的是執(zhí)行系統(tǒng)，小功率的電力電子則強調(diào)電源供給。若把微電子比喻為腦子，則大電力電子強調(diào)手足的作用，而小電力電子強調(diào)心臟的作用。我國的電源學會自然會更重視后者的作用。但兩者都屬于電力電子。我相信兩個學會都會關(guān)心電力電子在兩個方面的發(fā)展。 綜上所述，是各種晶閘管的二十年發(fā)展，為電力電子在工業(yè)、拖動、電力系統(tǒng)的發(fā)展打好了基礎。電力電子學也因此形成。而其后的各種MOS型器件又經(jīng)歷了二十年的發(fā)展，也為4C產(chǎn)業(yè)的發(fā)展打下了扎實的基礎。使電力電子技術(shù)向前邁了一大步。當前由于微電子和電力電子的進一步結(jié)合，功率半導體器件正在邁出第三步，可以表現(xiàn)在以下三個方面： 1）新型功率半導體器件的芯片制造正愈來愈多地采用了集成電路的芯片技術(shù)，換句話來說，功率半導體器件正在采用亞微米技術(shù)并向深亞微米方向發(fā)展。認為功率半導體器件只是一種低工藝水平技術(shù)的概念現(xiàn)在應該作出改變。當然，功率半導體器件的制造并未采用當年最先進的IC工藝技術(shù)，但這些差別卻使利用較為便宜的設備成為可能，從而降低制造成本，這一點對功率半導體器件的發(fā)展是很重要的。 2）不僅是芯片技術(shù)，功率半導體器件的封裝技術(shù)也正向集成電路靠攏。過去一些年來，集成電路的封裝熱點是采用BGA（球柵陣列）和MCM （多 芯片模塊）技術(shù)，這些也已逐步成為新型功率半導體器件采用的封裝方式。如IR的FlipFET及iPOWIR都采用了BGA技術(shù)，而iPOWIR同時又是最典型的MCM 技術(shù)。當然功率半導體器件在散熱方面比集成電路有更高的要求，過去晶閘管包裝中常見的雙面散熱，現(xiàn)在也第一次被用在MOS器件中來，DirectFET即為其中的一例。關(guān)于DirectFET, 本文將對它作一簡短的專題介紹。 3）目前的一個新趨勢是：功率半導體器件和集成電路往往被組合在同一個芯片或是同一個封裝中。也即是說，把更多功能的控制部分和功率部分、或保護電路都組合在一個器件中。過去人們所指的功率集成電路，主要是指高壓驅(qū)動電路，即用來驅(qū)動較高壓的MOSFET或IGBT所用的集成電路。而當前卻產(chǎn)生了一類稱為功率管理用的集成電路及其相關(guān)的功率器件。其電壓可能不高，但控制功能大大加強。最典型的是DC－DC應用中的一些器件。因此，認為功率器件只是指分立器件的概念已經(jīng)有了根本轉(zhuǎn)變。例如IR公司生產(chǎn)的和IC相關(guān)或具有特殊功能的先進器件已超過常規(guī)的分立器件，而且正進一步向生產(chǎn)“系統(tǒng)”的方向發(fā)展。有一個說法是，今后系統(tǒng)及IC等先進器件的生產(chǎn)將成為主體。在這樣一個發(fā)展過程中，功率管理（Power Management）這個用語就變得愈來愈普遍。 國外關(guān)于功率管理的提法，已經(jīng)相當普及，特別是在和4C產(chǎn)業(yè)有關(guān)的電力電子行業(yè)。其出現(xiàn)的頻繁度甚至高于原有的電力電子。一些國外的生產(chǎn)企業(yè)，常自稱為功率管理專家。這方面其實并不存在矛盾，因為功率管理只是電力電子發(fā)展到現(xiàn)階段在某些領域的一個新提法。相對于電力電子而言，功率管理更強調(diào)了“管理”。強調(diào)了控制這方面的功能。Power這個字，其意義可為功率、電力或者電源。Management也可理解為管理或處理。所以其中文譯名可以有很多種。但功率管理這四個中文字，已多次在國內(nèi)出現(xiàn)，也許這會對標準用語方面增添一些麻煩。但國外的許多用語，有它自己的發(fā)展過程，新的用語出現(xiàn)常常很多。我們應該對這些新用語的出現(xiàn)從技術(shù)角度有更深的理解。 功率變換（Power Conversion）過去幾乎就是電力電子的代名詞。國外 的一本雜志，曾將電力電子的刊名改為功率變換及智能運動（PCIM）。但功率變換還不能全部包括電力電子中功率管理的內(nèi)容。如功率因數(shù)調(diào)整＊及低壓差穩(wěn)壓器（LDO）等等。LDO廣泛用于電腦的電源中，作為小范圍電壓的調(diào)整與穩(wěn)定。它是一個IC，同時也包含功率器件在內(nèi)。例如AC－DC電源中，可以有一個帶PWM又具有零電壓開通的功率器件，它同時也是一個IC。在IR把它稱為集成開關(guān)（Integrated Switch）。這些都是IC和功率器件組合的典型例子 。 今年春天，在PCIM第一次在中國舉辦的報告會和展覽會上，我曾代表IR同事作了一篇關(guān)于DirectFET的報告。這是IR公司的一個新熱點。我想在這里也對這種器件作一個簡單介紹。 大家知道，現(xiàn)在已經(jīng)有很多采用表面貼裝的功率器件。但那些包裝形式大體是沿用了集成電路的原有包裝。所以從散熱角度來說，不一定最適合于功率器件。DirectFET是第一次把功率器件的雙面散熱引入到表面貼裝型的器件中來。DirectFET的尺寸大小相當于SO－8外殼，但外殼本身的電阻僅為0.1毫歐，而SO－8卻為1.5毫歐。因而使器件的電流密度增加一倍，使線路板的面積比原來用SO－8外殼時減小50％。用一對DirectFET（控制FET與同步FET）組成的同步降壓變換器，可在1.3伏電壓下提供30安的電流。由此組成的功率系統(tǒng)符合Intel最新的64位處理器Itanium2的功率管理要求。關(guān)于DirectFET的外形可參閱圖一。圖中顯示了器件的兩面，一面可看到一個柵極和兩個源極引出部分，它們將直接焊在線路板上。另一面是一個銅蓋，是漏極也是可散熱的另一面。圖二給出了DirectFET的截面圖，這樣就可以更清楚了解到它的結(jié)構(gòu)。對習慣于大功率器件的人來說，會感到很新鮮的是：DirectFET只有5x6.35x0.7mm大小。這種器件將用于高檔的筆記本電腦、服務器的電壓調(diào)制模塊、工作站和主機及先進的通訊和數(shù)據(jù)系統(tǒng)中。 我愿意在本文的文末再簡要介紹一下IC和功率器件在功率模塊方面的結(jié)合?？梢哉f這是較大功率方面微電子和電力電子的結(jié)合。大家都很熟悉 IPM，即空調(diào)中常用的帶智能的IGBT模塊。它實際上是帶有驅(qū)動IC的IGBT模塊。目前更新的模塊層出不窮，按不同的需要形成了一個大家族。例如PI－IPM指的是可編程序且絕緣的IPM。這種模塊中采用了DSP，而且可以把軟件寫入。以后我將就這個大家族作一個專門的介紹。