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第三代化合物半导体功率器件市场及机会深度解析

作者:未知 发布日期:2020-01-11

一、什么是功率半导体
功率半导体器件(Power Semiconductor Device) 又称为电力电子器件,是电力电子装置实现电能转换、电路控制的核心器件。主要用途包括变频、整流、变压、功率放大、功率控制等,同时具有节能功效。功率半导体器件广泛应用于移动通讯、消费电子、新能源交通、轨道交通、 工业控制、 发电与配电等电力、电子领域,涵盖低、中、高各个功率层级,受惠于 5G 及新能源电动车需求的显著增长,功率半导体的市场态势喜人。本文重点讨论第三代化合物半导体功率器件在技术推进和应用驱动下迎来新一轮发展机遇。
 
二、功率半导体市场格局
国际厂商制造水平较高,已经形成了较高的专业壁垒。据权威机构统计分析,预计在 2022 年全球功率半导体市场规模将达426亿美元。在 2015年全球功率半导体市场中,英飞凌以12%的市场占有率排名第一。欧美日厂商凭借其技术和品牌优势,占据了全球功率半导体器件市场的70%。
大陆、台湾地区主要集中在二极管、低压 MOSFET 等低端功率器件市场,IGBT、中高压 MOSFET等高端器件市场主要由欧美日厂商占据。
立志智造中国芯的瑞森团队始终看好功率半导体的国产代替空间,我们的研发团队主要来自台湾、日本及内地顶尖技术精英,晶圆在台湾老牌流片厂流片,封装亦是国内先进的知名封装厂,无论是技术还是制造实力,都具备与国际一线品牌的竞争能力,相比国外厂商,我们在服务客户需求和降低成本等方面具有竞争优势。
 
三、汽车电子点燃功率半导体市场
 
新能源汽车为功率半导体带来了极大的增长潜力。新能源汽车是指采用非常规车用燃料作 为动力来源的汽车,如纯电动车、插电式混合动力汽车。我们预计在 2020 年我国新能源汽车销量将达 200 万辆,同比增长 53.8%。新能源汽车新增大量功率半导体器件的应用。 2020 年全球汽车功率半导体市场规模将达70亿美元。
我国财政部、税务总局联合发布了公告:自 2018 年 1 月 1 日起至 2020 年 12 月 31 日,对购置的新能源汽车免征车辆购置税,鼓励用户购买新能源汽车。我们认为政策红利将全面带动市场对功率半导体的需求。
 
 
 
 
SiC--高压器件领域的破局者
SiC 是第三代半导体材料的代表。以硅而言,目前 Si MOSFET 应用多在 1000V 以下,约在 600~900V 之间,若超过 1000V,其芯片尺寸会很大,切换损耗、寄生电容也会上升。SiC 器件相对于 Si 器件的优势之处在于,降低能量损耗、更易实现小型化和更耐高温。SiC 功率器件的损耗是 Si 器件的 50%左右。SiC 主要用于实现电动车逆变器等驱动系统的小量轻化。 
2017 年全球 SiC 功率半导体市场总额达 3.99 亿美元。预计到 2023 年市场总额将达 16.44 亿美元,年复合增长率 26.6%。从应用来看,混合动力和纯电动汽车的增长率最高,达 81.4%。从产品来看,SiC JFETs 的增长率最高,达 38.9%。其次为全 SiC 功率模块,增长率达 31.7%。
目前商业化 SiC MOSFET 的最高工作电压为 1700V,工作温度为 100-160℃,电流在 65A 以下。SiC MOSFET 现在主要的产品有 650V、900V、1200V 和 1700V。在 2018 年国际主 要厂商推出的 SiC 新产品中,Cree 推出的新型 E 系列 SiC MOSFET 是目前业内唯一通过汽 车 AEC-Q101 认证,符合 PPAP 要求的 SiC MOSFET。
 
 
GaN—应用场景增多,迎来发展机遇
由于 GaN 的禁带宽度较大,利用 GaN 可以获得更大带宽、更大放大器增益、尺寸更小的 半导体器件。GaN器件可以分为射频器件和电力电子器件。GaN的射频器件包括PA、 MIMO 等面向基站卫星、雷达市场。电力电子器件产品包括 SBD、FET 等面向无线充电、电源开 关等市场。 
 
英飞凌、安森美和意法半导体是全球 GaN 市场的行业巨头。我们预计到 2026 年全球 GaN功率器件市场规模将达到 4.4 亿美元,复合年增长率 29.4%。近年来越来越多的公司加入 GaN 的产业链。如初创公司 EPC、GaN System、Transphorm 等。它们大多选择台积电或 X-FAB 为代工伙伴。行业巨头如英飞凌、安森美和意法半导体等则采用 IDM 模式。 
目前商业化 GaN HEMT 的最高工作电压为 650V,工作温度为 25℃,电流在 120A 以下。GaN HEMT 现在主要的产品有 100V、600V 和 650V。在 2018 年国际主要厂商推出的 GaN 新产品中,GaN Systems 的 GaN E-HEMT 系列产品实现了业内最高的电流等级,同时将系 统的功率密度从 20kW 提高到了 500kW。而 EPC 生产的 GaN HEMT 是其首款获得汽车 AEC-Q101 认证的 GaN 产品。其体积远小于传统的 Si MOSFET,且开关速度是 Si MOSFET 的 10-100 倍。
 
应用场景
 
SiC 主要应用在光伏逆变器(PV)、储能/电池充电、不间断电源(UPS)、开关电源(SMPS)、 工业驱动器及医疗等市场。SiC 可以用于实现电动车逆变器等驱动系统的小量轻化。  
手机快速充电占据功率 GaN 市场的最大份额。GaN 应用于充电器时可以有效缩小产品的 尺寸。目前市面上的 GaN 充电器支持 USB 快充,以 27W、30W 和 45W 功率居多。领先的智能手机制造商 Apple 也考虑将 GaN 技术作为其无线充电解决方案,这有可能带来 GaN 功率器件市场的杀手级应用。
 
SiC 适合高压领域,GaN 更适用于低压及高频领域。较大的禁带宽度使得器件的导通电阻   减小。较高的饱和迁移速度使得 SiC、GaN 都可以获得速度更快、体积更小的功率半导体 器件。但二者一个重要的区别就是热导率,这使得在高功率应用中,SiC 居统治地位。而 GaN 因为拥有更高的电子迁移率,能够获得更高的开关速度,在高频领域,GaN 具备优势。 SiC 适合 1200V 以上的高压领域,而 GaN 更适用于 40-1200V 的高频领域。

 
瑞森半导体
瑞森半导体起步于2007年,是一家致力于功率半导体电子元器件研发与销售的高新技术型企业。2013年注册成立广东瑞森半导体科技有限公司,总部设在东莞天安数码城园区,同时设有张家港研发中心、台湾研发中心、日本产品验证中心,公司研发团队主要来自台湾、日本及内地顶尖技术精英。
 瑞森半导体依靠专业的自主研发能力和强大的制造能力,已获多项知识产权和实用新型专利,每年为行业提供了超500KK性能卓越的半导体产品,全系列产品符合RoHS、REACH环保要求,并通过第三方认证。现有产品包括碳化硅MOSFET,碳化硅肖特基,高压MOSFET,低压MOSFET,超结MOSFET,集成快恢复(FRD)高压MOS,IGBT, Low VF肖特基及系列二、三极管,桥堆等,瑞森半导体已经成为全球开关电源、绿色照明、电机驱动、汽车电子、新能源充电桩、太阳能设备、数码家电、安防工程等行业长期合作伙伴,产品远销国内外。
   “成就客户的成功”是瑞森坚守的商业原则,瑞森半导体始终坚持以高性价比的硅基 MOSFET做规模,扩大品牌知名度;以IGBT、SiC器件进入工业控制、轨道交通、新能源汽车和充电桩领域,打造行业知名品牌;展望未来,将紧密结合市场热点,推出更有竞争力的产品和整体解决方案。
 
 
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