IGBT已經是非常成熟的產品,目前在中高電壓領域的市場規模達16億美元。未來IGBT有向縮小電壓范圍發展的趨勢,以滿足電視機、計算機適配器和照相機等消費類目標應用需求,從而搶占更多市場。與此同時,在上述應用中的SJMOSFET可提供更快的開關頻率和具有競爭力的價格,2012年年底,SJMOSFET市場規模將達5.67億美元。
功率電子領域主要負責DC-DC轉換、AC-DC轉換、電機驅動等工作。需要更輕更小更高效率更便宜,目前有4種技術來對應這些要求,分別是silicon IGBT,Super Junction(SJ) MOSFETs,Gallium Nitride(GaN)and Silicon Carbide(SiC)-baseddevices.
GaN和SiC對功率電子市場來說還不成熟。前者要求在制造工藝上做技術改進,特別是外延厚度;而后者,目前是一種昂貴的材料,不適合在消費類市場使用。
從功率處理能力來分,功率半導體分立器件可分為四大類,包括低壓小功率分立器件(電壓低于200V,電流小于200mA)、中功率分立器件(電壓低于200V,電流小于5A)、大功率分立器件(電壓低于500V,電流小于40A)、高壓特大功率分立器件(電壓低于2,000V,電流小于40A)。
IGBT是RCA公司和GE公司在1982年提出并于1986年開始正式生產并逐漸系列化的器件,是繼雙極晶體管(GTR)和MOSFET后的第三代功率半導體分立器件,其綜合GTR和MOSFET的優點,具有易于驅動、峰值電流容量大、自關斷、開關頻率高的特點,廣泛應用于小體積、高效率的變頻電源、電機調速、UPS以及逆變焊機當中,是目前發展最為迅速的新一代功率器件。
IGBT下游應用領域也非常廣闊,從IGBT的耐壓范圍上來分,600V-1200V的IGBT主要用于電磁爐、電源、變頻家電等產品,現階段這部分市場的IGBT用量最大;低于600V的IGBT主要用于數碼相機閃光燈和汽車點火器上;電壓大于1200V的IGBT主要以1700V的IGBT為主,這部分產品主要用在高壓變頻器等工業產品上。
未來推動IGBT市場增長的最主要領域是變頻器、變頻家電、軌道交通產業、太陽能及風能可再生能源、混合動力車和純電動車。出汽車外的市場都集中在中國。
變頻器產業:變頻器對電機轉速和轉矩進行實時調節,由此可以節約不必要的能源浪費。應用變頻器的電動機節能效果明顯,一般節能率在20%-30%,較高的可以超過50%,節能潛力巨大。由于變頻器廣泛應用到機械、油氣鉆采、冶金、石化、電力和市政等領域,具有廣泛的下游應用需求,未來市場將有望保持持續增長,其中,我們預計高壓變頻器未來三年將保持40%以上的增速,而中低壓變頻器未來三年也將保持20%以上的增速。變頻器市場快速的增長,將保證作為變頻器主要原材料的IGBT的需求快速增長。
目前國內基本都是只能做到封裝IGBT管,完全自主生產我沒有看到,雖然南車說自己有8英寸線,但未聽說正式投產。
更先進的SIC和GAN,中國是完全空白,基本是日本\美\德的天下。
SiC比GaN最佳工作電壓更高,最佳工作功率更高。其應用范圍比較窄,局限在軌道交通、海上風電、PV和工業驅動領域。對于HEV、EV和PHEV市場,SiC比GaN缺乏競爭力。HEV是目前市場主流,被豐田壟斷,而豐田傾向于采用GaN而非SiC,當然了2015年之前IGBT還是主流。
豐田第二代普瑞斯PCU中采用的逆變器IGBT為平面型,從第三代開始采用溝道型,因此后者的IGBT尺寸和厚度均小于第二代PCU.其中,芯片面積減小約17%,為11.7mm×9.4mm,厚度從380μm減至165μm.還提高了耐壓,從850V增至1250V.另外,第三代PCU中配備的IGBT,每枚芯片流過的電流為200A左右。
由于與SiC-MOSFET為縱向型元器件不同,GaN-MOSFET為橫向型元器件,因而容易將外圍芯片集成在同一底板上。這一點很有吸引力。由于可采用硅底板,因此不會像SiC那樣受到底板尺寸的限制。將來在汽車領域,有可能分為SiC-MOSFET及GaN-MOSFET分別采用。某些大馬力的HEV、EV、PHEV可能使用SiC-MOSFET,但HEV、EV、PHEV的賣點就是環保而非大馬力,與汽油機轎車相比,HEV、EV、PHEV的馬力肯定不足。
軌道交通將是SiC最主要的市場,日本三大SiC廠家三菱、東芝和日立都是全力以赴開發此市場,三菱動作最迅速。
GaN是具備高電子遷移速率的晶體管,主要在Si、SiC和藍寶石基板上制造,SiC是一種異常堅硬的材料,鉛鋅礦纖維水晶結構,適合化合物半導體。
采用GaN技術,可以做到更小、更低溫度(Cooler)和更低成本。其他GaN市場還包括D類音頻放大器、PV微逆變器、低壓無刷直流馬達和LED照明,這些需要高效、小體積、高頻的市場。
在GaN市場上,Transphorm無疑是投資人的關注焦點,該公司從2009年開始,已陸續從Google創投及索羅斯基金管理(Soros Fund Management)獲得高達10400萬美元的資金挹注,這也顯示出市場對GaN倍感興趣。
由于大量熱錢進入市場,也促成不少GaN新進業者冒出頭來搶市,包含位于比利時Hasselt的磊晶業者——EpiGaN,以及位于加拿大渥太華的無晶圓廠(Fabless)業者——GaNSystems等;另外,設立于美國加州圣荷西的整合電路與組件供貨商——英特爾(PowerIntegrations)也透過購并GaN半導體商——Velox,積極切入市場。
不僅如此,英飛凌(Infineon)亦從艾司強(Aixtron)采購有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)設備,進一步將GaN半導體材料沉積在硅基板上,成功跨足該領域;而韓國樂金(LG)也采用相似手法展開布局。
另外,三星(Samsung)也在嘗試研發硅基GaN為主的功率半導體;日本三肯(Sanken)也預計在2012年底~2013年,與Panasonic及古河(Furukawa)等大廠連手量產GaN組件。其他計劃進入GaN開發的業者還包括荷蘭的NXP(NXP)半導體,以及總部位于瑞士日內瓦的意法半導體(ST)。
一般來說,發展與測試一種新半導體材料的時間相當長,但隨著世界各地大廠紛紛投入,很有可能在未來2~3年內就大量出現商用化的GaN產品。
硅基GaN磊晶目前單位價格跟往后在市場上的預估價格相比,便顯得相當昂貴。
雖業界均看好GaN組件可提升電源轉換效率,但仍面臨諸多生產挑戰。目前最關鍵的變量在于如何降低量產成本,也就是如何改善現有的6吋晶圓技術或直接跳到8吋
舉例來說,IR正全力進行更完善的生產設備整合;而意法半導體或NXP則藉由購買磊晶Epitaxy,并以慣用的互補式金屬氧化物半導體(CMOS)制程生產,不須自行制作磊晶。此即回到營運模式與企業定位的問題,將反映成本結構上的差異,但目前很難進行比較。
與成本結構的發展情形相同,GaN組件結構也會因技術整合方式不同,而有所差異,IR與宜普目前都采取逆向工程方式,將1~1.5微米(μm)厚的GaN磊晶層鍍在硅基板上;至于Epi GaN與位于德國專門制造磊晶的Azzurro半導體,則宣稱可供應5~7微米厚的GaN層。后者將一舉改變生產GaN組件的方式,若以崩潰電壓為主要訴求更是如此。
隨著三星推出6000/7000/8000三大系列的9款LED電視新品上市,夏普也上市以LED為主打的LE700A的三款產品,而索尼炫薄ZX1系列以其9.9mm的超薄搶足了人們的眼球。一時間LED電視成了最近黑電業界除了液晶面板漲價之外最受關注的話題,像每個新產品現世的那樣,這些LED電視均價值不菲。
比普通液晶電視貴近一倍貴價LED遭非議
LED最吸引人的莫過于其超薄的身材,除了索尼ZX1不足1厘米以外,三星今年新上市的6000/7000/8000系列都擁有極致超薄的身材,最薄只有2.99厘米。比起普通的液晶電視7、8厘米左右的身材堪是搶眼,然而這些LED電視除了海信TLM42T08GP以外,其他的報價均在1萬3千元左右,即使是40英寸的三星UA40B7000WF也在1萬6千元左右。
目前國內上市的主流LED液晶電視報價
品牌型號規格報價 索尼 KLV-40ZX1 40英寸 26999元 三星 UA46B7000WF 46英寸 17999元 三星 UA46B6000VF 46英寸 18500元 三星 UA46B8000VF 46英寸 24888元 三星 UA40B6000VF 40英寸 14999元 三星 UA40B7000WF 40英寸 16499元 三星 UA55B8000VF 55英寸 33888元 夏普 LCD-65XS1A 65英寸 129000元 夏普 LCD-52XS1A 52英寸 99990元 海信 TLM42T08GP 42英寸 9588元 創維 55LED09 55英寸 16500元
從上面的報價表上可以看到三星是LED的主力,共有6款LED電視在市場上銷售,而46英寸是三星LED主力,40/46英寸則是整個LED電視的主流規格,報價從9588至24888元左右。而普通液晶電視,40/42英寸國產機報價集中在6、7千元左右,新機集中在7千元左右,TCL今年新上市的42英寸P10報價在7640元,合資企業像三星650系列里的40英寸LA40A650A1F報價為8900元。46英寸全高清液晶國產報價在7、8千多,如果是外資將近萬元。
同樣超薄的合資產品,3.5厘米厚度的日立UT42-MH08C只需要8499元;而厚度為2.99厘米的三星最低價的一款40英寸LED報價為14999元,兩者厚度相差不到1厘米,但是報價卻差了將近一半。除了海信的一款TLM42T08GP以外,其他均比普通液晶電視貴上40%以上。
除上述廠商以外,目前會另行采購磊晶制作GaN功率組件的通常是無晶圓廠公司,例如加拿大的GaNSystems、美國南卡羅萊納州的Nitek,以及德國柏林的BeMiTec.這些公司的共通處是規模較小,由此可見,對磊晶業者來說GaN市場的前景并不明朗。
IR與EPC現在GaN市場取得領先,且皆已推出商用產品,不過,截至目前為止,來自GaN組件的營收還是相當低。也因此,EPC現正嘗試與位于明尼蘇達州的組件批發商Digi-Key接洽,期拓展銷售管道。
在此同時,硅基GaN的發光二極管(LED)技術也正逐漸發揮影響力,將吸引更多功率組件采用相似構造。由于與功率電子相比,LED領域對GaN更加熟悉,故驗證期相對較短,一旦硅基GaN的LED技術發展成熟,也將帶動電源供應領域導入硅基GaN功率半導體的發展。
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