全球主要功率器件供应商
功率器件主要分为MOSFET、IPM和IGBT功率器件。
MOSFET电源控制管理器件是提升电子设施及产品省电效能的首要关键,应用领域包括智能手机、个人电脑、云端运算服务器、大尺寸超薄型LED显示屏、LED TV、及LED照明、DC-DC转换等。随着瑞萨、英飞凌、Fairchild、Vishay相继退出中低端产品线,采用开发Sic方案走向大电流、小体积高端产品。中小功率的MOSFET芯片已产业化,目前国产替代率最高的功率器件,国外知名原厂有APM、FM、APPC,国产厂商知名的有士兰微、Nexperia、闸能科技、成启半导体等。
智能功率模块(IPM),是指集成驱动和保护电路到单个封装的模块化方案,较分立方案减少占板空间,提升系统可靠性,简化设计和加速产品面市时间。应用于工业、汽车和消费等应用,具有显著的能效、尺寸、成本、可靠性等优势,价格优势明显。IPM老牌供应商为:ROHM、三菱电机、东芝、安森美、英飞凌(美国国际整流器)、日本新电元等功率器件大厂。
IGBT适合高压大电流应用,开关频率不高,一般低于20K,也有新型IGBT可以高开关频率,一般来用的话开关频率不高。选型方面,IGBT的驱动要求比较高,需要负压关断,最好是软关断避免高的DV/DT损坏管子。IGBT器件受限于工艺,平均价格居高不下,中国的现状仍是进口芯片封装为主,主要在日美欧大厂手中。三菱自1968年提出IGBT概念后,至今已经开发到第7代IGBT产品。
国际厂商起步早,研发投入大,形成了较高的专利壁垒。美国功率器件处于世界领先地位,拥有一批具有全球影响力的厂商,例如TI、Fairchild、NS、Linear、IR、Maxim、ADI、ONSemiconductor、AOS 和 Vishay等厂商。欧洲拥有Infineon、ST和NXP三家全球半导体大厂。日本功率器件厂商主要有Toshiba、Renesas、NEC、Ricoh、Sanke、Seiko、Sanyo、Sharp、Fujitsu、Toshiba、Rohm、Matsushita、Fuji Electric等等。中国台湾的功率芯片市场发展较快,拥有立锜、富鼎先进、茂达、安茂、致新和沛亨等一批厂商。台湾厂商主要偏重于DC/DC领域,主要产品包括线性稳压器、PWMIC(Pulse Width Modulation IC,脉宽调制集成电路)和功率MOSFET,从事前两种IC产品开发的公司居多。
国内方面,华虹宏力是全球首家、最大的功率分立器件200mm代工厂,在功率器件产品稳定量产上拥有15年的经验。公司提供独特的、富有竞争力的超级结MOSFET(Super Junction,SJNFET)和场截止型(Field Stop,FS)IGBT工艺。其中先进的第二代SJNFET和新一代的600V~1200V FS IGBT已实现量产。
国内首条、世界上第二条8英寸IGBT专业芯片线已于2014年下半年在中国南车株洲所下线投产,标志着我国开始打破英飞凌、ABB、三菱电机等国外公司在高端IGBT芯片技术上的垄断。IGBT模块的封装技术也上了一个大台阶,采用国产芯片的4500V、6500V/600A~1200A的IGBT模块进入小批量的量产阶段。
目前,国内IPM、MOSFET和IGBT功率器件厂商在电力牵引、智能电网、高铁和地铁、电动车和充电桩、变频家电和变频空调、机器人和运动控制、保障性安居工程、节能设备以及城市基础设施项目等市场带动下,将迎来长足发展。
功率器件原厂动态和策略
功率半导体主要在以Si、GaN、SiC三种材料为衬底开发,由于各自的性能不同,Si、SiC和GaN功率器件各有不同的应用市场。国内外各大厂商看好SiC与GaN功率半导体的未来发展前景,早已有所布局。
策略上,ST认为,在工业和家电市场上,IGBT是一个高成本效益的解决方案,但是,在逆变器市场上,碳化硅MOSFET将接替IGBT成为新的霸主,因为逆变器市场对能效要求很高。在电机控制市场上,IGBT将要面临一场卫冕战。Littelfuse投入了大量的研发力量开发SiC产品,如SiC肖特极二极管。强茂股份表示,SiC肖特基的成本高出Si数倍,将慢取代现有的Si组件。
原厂也看好功率器件在新兴市场的表现,安森美通过并购Fairchild,以补足其在中、高压功率器件上的不足。瑞萨则通过收购Intersil巩固其在汽车电子市场的地位。英飞凌以8.5亿美元收购了Cree旗下Wolfspeed功率和射频业务部,包括相关的功率和射频功率器件碳化硅晶圆衬底业务。三菱电机的功率半导体模块(包括其在美国合资企业Powerex)约占全球总销量的23%,位居功率模块市场首位。
刚从NXP标准产品部门独立出来成立的Nexperia,最大优势是现有工厂能够进行前后端生产,IDM模式可缩短产品周期快速上市,日前宣布推出尺寸减小80%的汽车用功率MOSFET封装。
目前,市场上急缺IPM和MOSFET这一类的功率器件物料,IGBT类高压大电流产品反而不缺。国际电子商情询问被动元件分销商了解到,国内IPM智能功率器件供应链,由于新能源汽车、充电桩变频器起量,不用单独设计IGBT驱动和保护电路,可靠性和稳定性比较强,加上选型较多,价格不是特别敏感,厂商订单塞爆。ROHM、英飞凌等原厂优先投产IGBT,导致IPM产能保守过去,出现缺货涨价。过去,通用的IPM智能功率模块45-100RMB不等;现在,已经涨到75-125RMB不等。MOSFET这块主要是做小功率电路保护,电源开关频率高,加上智能手机快充普及千元机器,在消费电子领域、白家电和新能源市场应用广泛,部分品种出现供不应求情况。
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