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全球功率器件竞争白热化

从传统Si功率器件IGBT、MOSFET,到以SiC和GaN为代表的第三代半导体,再到更新一代的半导体材料氧化镓,企业融资并购、厂商增资扩产、新玩家跑步入场、新项目不断涌现,整个功率半导体市场全都沸腾起来了。

押注传统Si功率器件

如今传统的Si功率器件包括IGBT和MOSFET,仍旧是市场应用最大的部分。IGBT是众多电力电子应用的关键,而硅 MOSFET 是非常广泛的中低功率应用中的关键组件。

2020年,IGBT最大的细分市场是工业应用和家用电器,紧随其后的是 EV/HEV,除了 EV/HEV之外,分立式 IGBT 和 IGBT 功率模块还可以在工业电机驱动器、风力涡轮机、光伏装置、火车、UPS、EV充电基础设施和家用电器等应用中找到。

Yole预计,2020年至2026年间IGBT将增长7.5%,到2026 年,其市场规模将达到84亿美元。而且2026年IGBT 模块细分市场将占总市场的81%。这主要是受到EV/HEV的推动,2020年IGBT在EV/HEV的市场规模为5.09亿美元,而在2020年至2026年间,IGBT将以惊人的23%的复合年增长率增长。

Yole 电子电源系统技术与市场分析师 Abdoulaye Ly解释说:“充电基础设施也受到政府决策的影响,因为充电器的部署对于扩大电动汽车的普及至关重要。虽然充电基础设施对IGBT来说仍然是一个小市场,但预计未来五年将增长300%以上。”

2020-2026年IGBT不同应用市场的发展预测。(图源:Yole)

在IGBT领域,欧美日的玩家长期占据主要地位,但这几年国内也不乏有优秀的IGBT玩家在开发、生产和产能方面都在快速追赶。不过国内面临的竞争依然很大,在系统层面,因为国外的大厂正在瞄准最大的IGBT市场,制造商们都开始提供600V - 1200V组件,并提供新的产品系列(从800到1000v)。包括三菱电机、东芝、Onsemi在内的电子制造商正在寻求与竞争对手的区别,他们提供具有“中间”标称电压等级的IGBT设备,如1300伏、1350v、2000伏……Yole预计,到2026年,超过80%的市场将专注于 600V-1,200V 标称电压范围。


2020年IGBT前十五名厂商情况(图源:Yole)

全球主要的头部IGBT玩家已经开发了几代IGBT器件,并且处于IGBT技术的前沿,例如场阻、栅极沟槽和薄晶片。中车和富士电气正在开发6.5kV以上的超高电压IGBT,作为轨道和电网中晶闸管的替代品。像super junction IGBT这样新的 IGBT结构已经被ABB或英飞凌这样的公司追求了好几年,但是仍然没有商业化生产。

2021-2030年Yole预计的IGBT技术路线图(图源:Yole)

虽然在IGBT裸片上还有许多未被挖掘的潜力,但为了降低成本和更好地响应给定应用程序的特定需求,现在许多开发工作都开始集中在用于分立器件和模块的IGBT器件封装上。特别是大功率IGBT模块,越来越多地使用创新的封装解决方案,如铜线键合、增强陶瓷基片和银烧结模具连接。模块热管理设计越来越多地针对特定的逆变器设计和功率优化,尤其是在集成系统中。电动汽车中不同系统进一步集成的趋势,也导致了供应链上的集成趋势,而且汽车制造商对增加系统和动力模块设计和制造的集成越来越感兴趣。

在Si功率MOSFET上,2020年,硅MOSFET的市场价值75亿美元。Yole预计2020年至2026年MOSFET的复合年增长率为 3.8%,到 2026 年,MOSFET 市场规模将达到 94亿美元,其中大部分收入来自消费者和汽车市场。

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