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全球MOSFET功率器行业市场规模预测、竞争格局及发展优势:预计2022全球MOSFET市场规模达到523.5亿元[图]

2020年05月29日 13:58:08字号:T|T

    功率器件分三大类:Si、SiC、GaN。功率半导体器件目前主要基于三类材料:Si、SiC、GaN。Si功率器件是主流,最重要的原因在于成本。Si材料的击穿电压是三者中最低,而SiC和GaN属宽禁带半导体材料,具有更高的带隙,更大的击穿电压。高击穿电压的特性让SiC和GaN在大功率、超高电压控制方面的应用更有前景。但是因为产业链协同发展的阶段不同,与成熟的Si产业链相比,SiC和GaN无论是工艺水平还是供给规模都远远小于Si材料,造成SiC和GaN在成本上难以与Si产业竞争,只能在一些特定的、非成本优先的专用领域才有应用,大体而言,SiC和GaN器件多应用于高压和高频电路。从特性上分类,可以把功率器件分为可控和不可控,不可控的器件无法控制信号的通断;可控器件又分为部分可控和完全可控。晶闸管属于部分可控器件,MOSFET、IGBT、GJT则可以完全按照需要实现信号的控制。

功率器件分类

数据来源:公开资料整理

MOSFET结构图

数据来源:公开资料整理

    功率器件核心在于通断控制。功率器件的核心应用场景就是控制电路、信号等的通断。但是因为电路场景错综复杂,电流、电压范围很广,因此每种功率器件都有一定的适用范围。BJT适用于较低电压(<1kV)和电流(<500A)的应用场景,其阻抗低,成本低,但开关速度慢,较多应用于低频电路的控制;MOSFET使用的电压和电流(<200A)更低,但其开关速度在ns级别,多用于高频电路;IGBT从电路结构上看,是MOSFET与GJT的结合,因此兼具有二者的特点,同时又有超越二者的性能。IGBT的电压(>1kV)和电流(>500A)极限高,开关速度中等,但相对而言成本比另外两者更高。

三类硅基功率器件性能对比

器件特性
BJT
MOSFET
IGBT
电压
<1kV
<1kV
>1kV
电流
<500A
<200A
>500A
输入驱动方式
电流驱动
电压驱动
电压驱动
输入阻抗
输出阻抗
开关速度
慢(us)
快(ns)
成本

数据来源:公开资料整理

    智研咨询发布的《2020-2026年中国MOSFET器件行业市场发展调研及未来前景规划报告》数据显示:全球功率器件年复合增速将保持在3.56%,2018年的总市场规模为2070亿元人民币,预计在2022将达到2381亿元。PMIC是功率器件最大的市场。IGBT则增速最快,增长率达7.62%,但当前市场份额仅为13.67%。

    MOSFET增速与全球功率器件增速接近,占据功率器件22%的市场份额,长期来看仍将保持重要地位。全球MOSFET市场规模在2018年为470.7亿元人民币,预计在2022年达到523.5亿元。全球功率器件市场规模稳步增长,IGBT增速最快,MOSFET需求长期稳定。

2018-2022年全球功率器件分类规模(亿元)

数据来源:公开资料整理

2018年全球功率器件分类规模占比

数据来源:公开资料整理

2022年全球功率器件分类规模占比

数据来源:公开资料整理

    MOSFET需求广泛,汽车电子极速启航。功率MOSFET市场应用占比最多的行业包括:便携设备、音频设备、家电设备、汽车电子、计算存储、工业控制、网络通讯等,其中汽车电子和计算存储是应用占比最大的两个行业。车用MOSFET的市场增速(2016-2022年)预计维持在5.11%,是MOSFET应用中增长最快的细分领域。全球车用MOSFET的规模预计在2022年达到116亿元人民币,占MOSFET总体的比重为22.2%,是全球MOSFET增长的重要推动力。

2016-2022功率MoSFET细分应用市场规模预测(亿元)

数据来源:公开资料整理

    MOSFET行业中国市场排名前十的全是国外巨头,国内厂商士兰微排名最高,第十一名,市占率只有2%。《中国制造2025》要求,到2020年中国芯片自给率要达到40%,2025年要达到50%,目前距离这个比例还有很大空间,国内厂商迎来机遇。

中国大陆MOSFET竞争格局

数据来源:公开资料整理

    SiC-MOSFET具能效优势,可与IGBT竞逐600-1200V市场。基于SiC材料的MOSFET在同一电压下比Si基的IGBT具有更大的导通电流,即更低的导通电阻。

    同时SiC相比于Si材料具备等高的击穿电压,可以拓宽MOSFET的应用场景。IGBT的最主要问题是开关通断时有损耗:当开关打开时,IGBT的导通电流会陡然增加然后回落至额定的通路电流,高出额定通路的那部分电流为开关导通带来损耗。但SiC-MOSFET则具有更小的损耗;当开关关断时,IGBT存在尾电流,即电流拖尾现象,带来损耗。而SiC-MOSFET则只有很小的尾电流,具有很高的开关比。特别强调,电动车对于电池续航需求极其严苛,功率器件如果对能量转化的效率不高导致累积的损耗过多,会影响电动车电池续航。而SiC-MOSFET具有低损耗的能效优势。

SiC-MOSFET与Si-IGBT特性比对

数据来源:公开资料整理

Si-IGBT与SiC-MOSFET的导通损耗

数据来源:公开资料整理

Si-IGBT与SiC-MOSFET的关断损耗

数据来源:公开资料整理

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