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永恒动力:功率和电源管理产品

发布时间:2007/8/30 0:00:00 访问次数:446

随着电子产品和设备的小型化,内部系统的集成化,对相关功率和电源管理器件效能的要求也越来越高。在未来几年,随着便携式产品、通信与网络系统、工业与汽车电子市场的快速增长,功率和电源管理器件市场的增长速度甚至超过终端设备市场。

功率器件长盛不衰

从市场面分析,功率半导体在伴随整个半导体产业2001年的低谷之后,在2002年时其恢复增长速度达到整个半导体行业的4~6倍,充分反映了电源产品市场在政府、行业组织针对节能制定标准和规定,以及电子产品性能不断发展趋势下对于稳定、高效电源需求的增长态势。此外,功率产品的模拟属性和相较于数字集成电路产品而言较长的产品生命周期(一般可有几年而数字集成电路产品的生命周期一般为几个月至一年)、对生产设备和工艺相对宽松的要求带来的近乎节省10%的制造成本和稳定性价格都使得相关产业具有很强的连续发展动力。在全球功率半导体市场格局中,Fairchild、IR、ST、ON、Toshiba、Mitsubishi、Infineon、Vishay、Hitachi等在分立功率半导体市场居于领先位置;Texas Instrument、ST、Analog Devices、ON、National Semi、Linear Tech、Maxim,Sanken、Fairchild等则在功率模拟集成电路市场中占据领先。

虽然由于库存上升和市场下滑,去年(2003)年底的时候分立功率半导体供应商曾面临低价格和盈利不足的挑战,但市场研究公司Frost & Sullivan仍然预期2006年分立功率半导体市场将由2002年的86.8亿美元增长至109.6亿美元。另据iSuppli预计,全球功率半导体营收到2007年将达233亿美元,年复合增长率为10.9%。其中分立功率器件将从2002年的78亿美元增长到2007年的118亿美元,年复合增长率为9%;功率模拟集成电路从2002年的61亿美元增长到2007年的115亿美元,年复合增长率为14%左右。

目前,包含整流器和晶闸管的器件和三极管型(包含功率双极晶体管、MOSFET和IGBT)器件的市场份额约为3:7,其中三极管型约占70%。IGBT(insulated-gate bipolar transistors)和MOSFET等类型产品的不断改进正在持续刺激市场,在开关电源(switch mode power supply)等应用方面IGBT的需求增长尤其显著,而出色的性价比,也使得IGBT和MOSFET占据了很大的市场份额。另外在亚洲,便携式和消费电子产品销售强劲增长将在未来一段时间内促进功率半导体亚洲市场销售额的高速增长。

  虽然市场前景看好,但是功率器件销售额的增长目前正面临价格不断下跌的阻碍,制造商正在通过改变生产模式和降低生产成本来解决这个问题,如削减外包费用,将工厂向人力和安装生产成本较低的亚洲转移以及扩大产品组合等。功率器件面临的成本压力也直接改变着生产模式,而多类型功率半导体封装产品需求的急剧增长,也促进了业务模式的改变,其中封装外包趋势具有代表性的体现了这一点:模块和分立功率半导体制造商正更多的寻求外部合同封装厂商合作,外包趋势将迅速增长,从而改变以往功率半导体封装领域在业界没有很大的吸引力,未能产生大量利润的局面。

功率半导体封装相关的营收增长速度将高于整体功率半导体市场的增长速度,封装外包趋势在需要高成本新封装方式的高端功率半导体产品领域尤为明显,并且成为外包市场中的下一个热点。iSuppli的报告显示功率半导体封装市场2001-2006年的复合年度增长率为36.6%,2006年将接近17亿美元,其中功率半导体封装外包业务将占功率半导体封装总市场的近25%,2003和2004年是该业务增长最快的年份,此类外包业务在整个功率半导体封装市场中所占的份额则将从2002年的10.9%增长到2006年的25%。


无铅化工艺正在进入功率半导体产品封装领域,进而在未来几年影响供应商的市场格局,如东芝美国电子元件公司日前宣布该公司功率半导体的很多类型都将采用无铅封装或无铅涂层进行生产,这些功率产品包含高功率的IGBT模块和采用压力包装(pressure packs)的产品以及各种中等功率的产品(包括 MOSFET、双极晶体管、肖特基势垒二极管、智能型功率模块、硅控整流器与三端双向可控硅开关以及其他多种整流器)。


除了业务模式和工艺的改进,对功率器件材料的突破也是供应商下一个竞争筹码,目前比较热门的是碳化硅材料。碳化硅材料具有通态电阻低并且散热性好的特性。碳化硅的能带间隔为硅的2.8倍(宽禁带),达到3.09电子伏特。其绝缘击穿场强为硅的5.3倍,高达3.2MV/cm.其导热率是硅的3.3倍,为49w/cm.k。由碳化硅制成的肖特基二极管及MOS场效应晶体管,与相同耐压的硅器件相比,其漂移电阻区的厚度薄了一个数量级,其杂质浓度可为硅的2个数量级,由此,碳化硅器件的单位面积的阻抗仅为硅器件的100分之一。此外,碳化硅器件的漂移电阻几乎就等于器件的全部电阻。因而碳化硅器件的发热量极低。近年利用碳化硅材料制作的IGBT(绝缘栅双极晶体管)等功率器件采用先进工艺,可将通态阻抗降至通常硅器件的十分之一。可以说,碳化硅材料成为减少功率器件体积和降低电路损耗的理想选

随着电子产品和设备的小型化,内部系统的集成化,对相关功率和电源管理器件效能的要求也越来越高。在未来几年,随着便携式产品、通信与网络系统、工业与汽车电子市场的快速增长,功率和电源管理器件市场的增长速度甚至超过终端设备市场。

功率器件长盛不衰

从市场面分析,功率半导体在伴随整个半导体产业2001年的低谷之后,在2002年时其恢复增长速度达到整个半导体行业的4~6倍,充分反映了电源产品市场在政府、行业组织针对节能制定标准和规定,以及电子产品性能不断发展趋势下对于稳定、高效电源需求的增长态势。此外,功率产品的模拟属性和相较于数字集成电路产品而言较长的产品生命周期(一般可有几年而数字集成电路产品的生命周期一般为几个月至一年)、对生产设备和工艺相对宽松的要求带来的近乎节省10%的制造成本和稳定性价格都使得相关产业具有很强的连续发展动力。在全球功率半导体市场格局中,Fairchild、IR、ST、ON、Toshiba、Mitsubishi、Infineon、Vishay、Hitachi等在分立功率半导体市场居于领先位置;Texas Instrument、ST、Analog Devices、ON、National Semi、Linear Tech、Maxim,Sanken、Fairchild等则在功率模拟集成电路市场中占据领先。

虽然由于库存上升和市场下滑,去年(2003)年底的时候分立功率半导体供应商曾面临低价格和盈利不足的挑战,但市场研究公司Frost & Sullivan仍然预期2006年分立功率半导体市场将由2002年的86.8亿美元增长至109.6亿美元。另据iSuppli预计,全球功率半导体营收到2007年将达233亿美元,年复合增长率为10.9%。其中分立功率器件将从2002年的78亿美元增长到2007年的118亿美元,年复合增长率为9%;功率模拟集成电路从2002年的61亿美元增长到2007年的115亿美元,年复合增长率为14%左右。

目前,包含整流器和晶闸管的器件和三极管型(包含功率双极晶体管、MOSFET和IGBT)器件的市场份额约为3:7,其中三极管型约占70%。IGBT(insulated-gate bipolar transistors)和MOSFET等类型产品的不断改进正在持续刺激市场,在开关电源(switch mode power supply)等应用方面IGBT的需求增长尤其显著,而出色的性价比,也使得IGBT和MOSFET占据了很大的市场份额。另外在亚洲,便携式和消费电子产品销售强劲增长将在未来一段时间内促进功率半导体亚洲市场销售额的高速增长。

  虽然市场前景看好,但是功率器件销售额的增长目前正面临价格不断下跌的阻碍,制造商正在通过改变生产模式和降低生产成本来解决这个问题,如削减外包费用,将工厂向人力和安装生产成本较低的亚洲转移以及扩大产品组合等。功率器件面临的成本压力也直接改变着生产模式,而多类型功率半导体封装产品需求的急剧增长,也促进了业务模式的改变,其中封装外包趋势具有代表性的体现了这一点:模块和分立功率半导体制造商正更多的寻求外部合同封装厂商合作,外包趋势将迅速增长,从而改变以往功率半导体封装领域在业界没有很大的吸引力,未能产生大量利润的局面。

功率半导体封装相关的营收增长速度将高于整体功率半导体市场的增长速度,封装外包趋势在需要高成本新封装方式的高端功率半导体产品领域尤为明显,并且成为外包市场中的下一个热点。iSuppli的报告显示功率半导体封装市场2001-2006年的复合年度增长率为36.6%,2006年将接近17亿美元,其中功率半导体封装外包业务将占功率半导体封装总市场的近25%,2003和2004年是该业务增长最快的年份,此类外包业务在整个功率半导体封装市场中所占的份额则将从2002年的10.9%增长到2006年的25%。


无铅化工艺正在进入功率半导体产品封装领域,进而在未来几年影响供应商的市场格局,如东芝美国电子元件公司日前宣布该公司功率半导体的很多类型都将采用无铅封装或无铅涂层进行生产,这些功率产品包含高功率的IGBT模块和采用压力包装(pressure packs)的产品以及各种中等功率的产品(包括 MOSFET、双极晶体管、肖特基势垒二极管、智能型功率模块、硅控整流器与三端双向可控硅开关以及其他多种整流器)。


除了业务模式和工艺的改进,对功率器件材料的突破也是供应商下一个竞争筹码,目前比较热门的是碳化硅材料。碳化硅材料具有通态电阻低并且散热性好的特性。碳化硅的能带间隔为硅的2.8倍(宽禁带),达到3.09电子伏特。其绝缘击穿场强为硅的5.3倍,高达3.2MV/cm.其导热率是硅的3.3倍,为49w/cm.k。由碳化硅制成的肖特基二极管及MOS场效应晶体管,与相同耐压的硅器件相比,其漂移电阻区的厚度薄了一个数量级,其杂质浓度可为硅的2个数量级,由此,碳化硅器件的单位面积的阻抗仅为硅器件的100分之一。此外,碳化硅器件的漂移电阻几乎就等于器件的全部电阻。因而碳化硅器件的发热量极低。近年利用碳化硅材料制作的IGBT(绝缘栅双极晶体管)等功率器件采用先进工艺,可将通态阻抗降至通常硅器件的十分之一。可以说,碳化硅材料成为减少功率器件体积和降低电路损耗的理想选

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