功率半导体主要用作电子元件中的开关及整流器,同时是矽、砷化镓、氮化矽等半导体材料,是在经过电学属性调整等一系列工艺后,所得到的电学元件。功率半导体的应用十分广泛,从几十毫瓦的耳机放大系统,到上千兆瓦的高压直流传输过程;从储能、家电,到it 产品、网络通讯,只要是涉及电的领域,都存在它的身影。
功率半导体器件分类
从发展历程看,功率半导体器件先后经历了:全盛于六七十年代的传统晶闸管、近二十年发展起来的功率mosfet及其相关器件,以及由前两类器件发展起来的特大功率半导体器件,它们分别代表了不同时期功率半导体器件的技术发展进程。
概括来说,功率半导体器件主要有功率模组、功率集成电路和分立器件三大类。其中,功率模组是将多个分立功率半导体器件进行模块化封装;功率ic对应将分立功率半导体器件与驱动/控制/保护/接口/监测等外围电路集成;而分立功率半导体器件则是功率模块与功率ic的关键。
功率半导体器件又可根据对电路信号的可控程度分为全控型、半控型及不可控型;或按驱动电路信号性质分为电压驱动型、电流驱动型等划分类别。
常用到的功率半导体器件有power diode(功率二极管)、scr(晶闸管)、gto(门极可关断晶闸管)、gtr(大功率电力晶体管)、bjt(双极晶体管)、mosfet(电力场效应晶体管)、igbt(绝缘栅双极晶体管)、sit(静电感应晶体管)、bsit(双极型静电感应晶体管)、sith(静电感应晶闸管)、mct(mos控制晶闸管)、igct(集成门极换流晶闸管)、iegt(电子注入增强栅晶体管)、ipem(集成电力电子模块)、pebb(电力电子积木)等。
不同功率半导体器件,其承受电压、电流容量、阻抗能力、体积大小等特性也会不同。实际使用中,需要根据不同领域、不同需求来选用合适的器件。
随着技术的不断进步,功率半导体器件在不断演进。自上世纪80年代起,功率半导体器件mosfet、igbt和功率集成电路逐步成为了主流应用类型。
市场格局
功率半导体行业壁垒较高,在高端功率器件领域,以美、日、欧龙头厂商为主导。据统计,英飞凌、安森美、意法半导体、三菱电机、东芝半导体是全球前五的功率半导体供应商,前五大供应商市场占比达到42.6%,前十大供应商占比达到60.6%。
而功率半导体厂商大多采用idm模式,有完整的晶圆厂、芯片制造厂和封装厂,垂直整合优势明显,对成本和质量控制能力很强,实力强劲。欧美日的功率半导体厂家大多是idm模式,以高端产品为主;中国大陆的厂商大多也是idm模式,产品以低端二极管和低压mosfet为主,实力较弱;中国台湾以fabless模式为主,主要负责芯片制造和封装。
从供给端来看,全球功率半导体的主要产地集中在欧美日,占据全球功率半导体大部分的市场份额。其次是中国台湾,目前占据全球10%的市场份额。中国大陆以二极管、低压mosfet、晶闸管等低端功率半导体为主,目前实力较弱,占据全球10%的市场份额。