No012 专题:日本的自然能源
系列 02 实现节能的功率半导体
系列报告

第三次会议
未来路线图开始

 

  • 2016.12.29
  • 津田健二撰写

未来功率半导体市场的预期是什么?事实上,市场研究公司的预测与功率半导体不同的产品领域很少见。例如,一家市场研究公司称2015年功率半导体市场价值为148亿美元,另一家公司称其为340亿美元,还有另一家公司称其为26,561亿日元(约合221亿美元)。在最后一部分,我们将着眼于未来预计引入功率半导体的市场,探讨研究公司对市场规模解读不同且难以预测的原因。

不同市场研究公司的功率半导体市场规模差异很大。我想知道为什么。如果存在显着差异,投资决策就会有所不同。之所以根据研究公司的不同而有不同的解释,可能是因为功率半导体的定义发生了变化。例如,持续统计的日本电子技术工业协会(JEITA)将硅晶体管分为1W以下和1W以上。换句话说,功率晶体管和小信号晶体管之间的界限被设定在1W。

反观功率半导体顶级厂商德国英飞凌科技公司的网站,你会发现耐压从20V到900V的MOSFET、IGBT、功率IC、电源IC等多种产品,但都在几十瓦以上,没有只有几瓦的功率晶体管。

过去,很难将功率晶体管和其他电路(例如硅上的驱动器)集成在单个芯片上。这是因为只有功率晶体管部分发热,热量很容易集中在一个部分。如今,发热对策技术已得到改善,市场上出现了集成模拟和逻辑的电源IC。因此,单个(分立)晶体管可以处理的功率范围正在扩大,并且功率相对较低的功率晶体管正在集成到 IC 中。

因此,最近,处理几十V或更高电压和几A或更高电压的器件被称为功率半导体。换句话说,JEITA提供的定义不再具有任何意义,功率晶体管和二极管的定义在市场研究公司和制造商之间也变得不同,因此可以说市场规模变得不明确。

扩大可处理的功率和频率

看看功率半导体产品,一家主要功率半导体制造商的网站列出了功率 MOSFET、IGBT、智能低侧和高侧开关、线性稳压器、DC-DC 转换器、照明 IC、碳化硅 (SiC)、高功率二极管和晶闸管、电机控制和栅极驱动 IC、AC-DC 电源转换、半导体继电器和音频驱动器 IC。 IC产品的种类比单个晶体管还要多。

此外,功率半导体还可以按工作频率来划分。这是因为应用程序因工作频率而异。从图 1(与系列第 1 部分的图 4 相同)来看,晶闸管的工作频率较低,但功率转换能力高达 100M x 1kVA,而 MOSFET 和 GaN 晶体管速度最快(工作频率最高),但功率转换能力较小,为 1k x 1kVA 或更小,预计未来将会增长。

功率半导体正在向更高功率和更快速度发展
[图 1] 功率半导体正在向更高功率和更快速度发展
来源:JEITA

功率晶体管的工作频率越高,周围的无源元件需要越小,因此功率晶体管变得更快、更强大。通过提高速度,可以使使用功率半导体的逆变器电路和电源电路变得更小。

如果工作频率变得更高,它可以用于无线设备中的射频(RF)发射器和雷达。这将开辟通信基站、移动电话以及航天和航空收发器的发射机等领域。 RF 功率放大器广泛应用于智能手机和移动电话中,全球有 14 亿个。换句话说,这是一个巨大的市场。然而,图 1 不包括该射频发射器的功率放大器应用。换句话说,高频、高输出晶体管似乎不被视为功率半导体,甚至市场研究公司的功率半导体应用中也常常不包括射频功率放大器。

版权©2011-