为啥说这是一个属于功率半导体的时代?原来有这两大机遇
功率分立器件、功率模组与功率 IC
功率分立器件从最初的二极管到高端 IGBT、MOS 类器件,根据耐压、工作频率不同,各自适用于不同领域。其中 MOS 类器件占据着整个功 率半导体市场单类产品的最大份额,约为 25%;IGBT 是目前最热门且最具潜力的功率半导体器件,2015 年 IGBT 分立器件约占 10%的市场份额,相关模组产品约占 30%;晶闸管是目前耐压容量最高(12kV)与电流容量最大(10kA)的功率器件。
功率模块是指将多个功率器件芯片以绝缘方式组装到金属基板上进行 模块化封装的功率半导体产品。相比于分立器件,功率模块电压规格更高、工作更可靠。目前功率模块产品约占整个功率半导体市场的 30%左右,市场占比逐年上涨。IGBT 模块是当前最热门的功率模块化产品。
功率 IC 也常被电源 IC(Power IC),是电力电子器件技术与微电子技术相结合的产物,即将功率器件及其驱动电路、保护电路、接口电路等外围电路集成在一个或几个芯片上。功率 IC 产品约占功率半导体市场 25%左右。
按照集成方式与性能特点,功率集成电路一般可以分为:
高压集成电路(High Voltage IC-HVIC)
智能功率集成电路(Smart Power IC-SPIC)
智能功率模块(Intelligent Power Module-IPM)
市场趋势:模块化、集成化大势所趋,多产业驱动市场增长
现代功率半导体器件的制造技术与超大规模集成电路类似,都以微细加工和 MOS 工艺为基础,因此也使得功率半导体得以模块化、集成化,促进了功率模块和功率 IC 的迅速发展:
一方面,随着工艺技术的不断升级以及高压大功率需求不断提升,功率器件需要具有更高性能、更快速度、更小体积,多芯片连接封装从而实现模块化是必然趋势;
另一方面,随着应用领域不断扩张和深入,驱使功率 IC 实现更高的效率、更优异的控制功能、更简化的外围布局设计,因此高度集成化也成为极重要的发展方向;
相比分立器件,模块化器件能有效提升功率器件价值。功率器件模块化使得器件体积更小,功能更强大,相应产品价值会更高。在市场需求之下,预期到 2020 年,随着功率半导体应用的拓展升级,尤其是在新能源汽车领域的应用带动之下,功率模组的产值将翻倍。
封装技术演进:小型化、大功率、高能效
功率分立器件和功率模组的封装工艺演化趋势相同,都是向器件小型化、大功率应用、高能量效率方向进展。
功率模块几乎应用于所有大功率工业产品中,各种应用领域的不同要求 使得功率模组每一部分都面临改进创新。从封装工艺上来看,加装基板的功率模块是一种标准设计(约占 70%-80%),DBC(直接覆铜工艺) 是应用最广泛的封装工艺,这种工艺封装的模块通常复杂昂贵。未来功 率半导体封装工艺将向更加优异的 Fan-out 封装发展。
以手机为例,智能手机由许多不同功能的模块组成,每个模块所需供电电压各不相同,由锂电池直接供电无法满足各模块要求,因此需要一个 高效率电源管理芯片,把锂电池提供的电压用不同方法按照需要进行转换和调节,达到期望的电压值,以满足各个模块的需要。
例如,SDRAM、闪存(Flash Memory)等数字电路由于受到制造工艺 的限制,需要较低的供电电压;而模拟电路、射频电路和显示部分则需 要一个较高的供电电压。此外,电源管理 IC 还需要根据系统的工作状态信息动态调节各个模块的供电电压值,实现优化控制,减小功耗,从而提高系统的效率,缩小产品体积,降低成本。因此,电源管理 IC 已经成为电子产品系统设计中一个最基本也是最重要的部分。
据市场调研机构 iSuppli预计,2016年全球电源管理 IC 市场将达387亿美元。随着应用的不断创新,电源管理 IC 的市场也呈现出需求多样化,应用细分化,更多高性能电源管理 IC 的市场需求也不断深化扩展,更好地为满足系统创新,性能提升而服务。
截止 2016 年,手机电源管理芯片市场年复合增长率(CAGR)为 11.7%移动基础设施为 13.1%,数字机顶盒为 12.3%。预计未来五年各类消费 电子产品将持续推动电源管理半导体市场保持较高增长率。汽车电子领域虽然所占市场份额较小,但却是发展最快的领域,其市场份额在未来几年将快速提高;此外在 5G 大趋势下,网络通信领域也将保持快速的发展。
2014-2020 年,中国电源管理芯片年均增长率将近 8.4%,至 2020 年市场规模将达 1200 亿元左右。
功率分立器件/模组主要应用--电力电子变换器,电力电子变换器是进行电力特征形式变换的电力电子电路和装置,主要包括 4 种:直-交(DC/AC)逆变器、交-交(AC/AC)变频器、交-直
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