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MOSFET器件是功率器件市場第一大產品類型
現代生活的方方面面都離不開功率器件,有電的地方就有功率器件。功率器件種類很多,包括MOSFET、IGBT、BJT、晶閘管等多種類型,近年來SiC、GaN基MOSFET產品也憑借高壓、高頻的特性優勢,在汽車和快充市場得到了零星應用。
不同功率分立器件特性各不相同,應用場景差異明顯,相互之間難以替代,都屬于長生命周期的芯片產品,其中二極管從半導體誕生之初一直使用至今天,依然具有可觀的市場份額。
受產能緊缺影響,全球芯片市場大幅漲價,疊加電動汽車逆勢大增,2021年全球功率分立器件市場規模達到空前的266億美元。
全球功率市場中,MOSFET是市場份額最大的功率產品,市場規模達到113億美元,占比達到42.6%,其次是IGBT和功率二極管,三者占據了90%以上的功率器件市場。
MOSFET特性、種類與制造過程
工作原理:MOSFET是一種全控制型半導體功率分立器件,通過柵極電壓的變化來控制輸出電流的大小,并實現開通和關斷。常用產品種類非常多,按載流子類型可分為N型和P型MOSFET兩大類。按溝道形成方式可分為增強型和耗盡型MOSFET兩種,增強型MOSFET是主要產品類型。具有輸入阻抗大、導通電阻小、功耗低、漏電小、工作頻率高,工藝基本成熟,成本低的特點。MOSFET應用領域非常廣,主要使用在電源和驅動控制兩類電子產品中。
按照溝道結構劃分,可以將目前的MOSFET功率器件分為平面型、溝槽型和超結型三類。
結構上的改動,使它們的性能各有優勢,并且適用的電壓也有明顯差異。
平面型憑借其工藝簡單、參數易調節、高可靠性和電壓覆蓋范圍廣的特點在眾多領域都獲得了應用。
溝槽型由于尺寸小和能耗低的特點,在250V以下的消費電子中獲得了大量的應用。
超結型依賴同等尺寸耐壓更高和能耗低的特點在500-900V的高壓領域獲得了一定的市場份額。
MOSFET器件的制造過程是最典型的,也是相對比較簡單的。從襯底生產,到外延層生長,再到芯片制造,最后進行封裝測試,如此就完成了一整套的MOSFET芯片制造過程。功率器件具有技術密集型特點,對芯片設計、工藝流片、封裝測試、可靠性測試要求較高,研發周期長。
功率器件的發展比較成熟,已經多年沒有理論創新,國內企業與國際頭部企業之間的差距正在逐漸縮小。MOSFET器件尤其明顯,技術和結構相對已經固化,國內企業也深耕了多年,經驗積累充足。因此,未來幾年以MOSFET為代表的功率器件國產化率將大幅提升,提升幅度領先于大多數半導體產品。
終端市場及趨勢
2021年全球MOSFET市場規模首次突破100億美元,達到113.2億美元,增長速度達到33.6%;同期國內市場為46.6億美元,增長速度達到37.9%,高于全球水平,主要原因是國內新能源汽車產業飛速發展帶來了新的產品應用場景。
未來幾年(2022-2026年),全球MOSFET市場還將持續增長,2023年增長率回落到3.3%之后緩慢反彈,至2026年市場規模將達到160.6億美元。同期,國內MOSFET市場增長將略高于全球,至2026年國內市場規模達到69.5億美元。隨著國內MOSFET市場的持續快速增長,中國市場在全球市場的占比也將持續提升,從2021年的41.2%提升至43.3%。
汽車(含充電樁)、工業、消費(含家電)和通信市場是MOSFET最主要的四個應用細分市場。2021年受缺芯和漲價影響,各個細分市場漲幅均超過25%,其中汽車類MOSFET市場增長達到56.7%。
未來幾年,汽車市場在四個細分市場中增速會長期處于領跑位置,主要是受國內新能源汽車產業快速發展帶動。
細分產品市場及趨勢
2021年平面型、溝槽型和超結型市場份額分別為44.6%、40.8%和14.6%。從市場規???,平面型、溝槽型和超結型MOSFET市場都將持續增長。主要原因是受互聯網和電子信息產業發展影響,更多產品向電子終端發展,最典型案例是汽車走向電動化、網聯化和智能化,成為單體使用芯片最多的終端之一。
從在MOSFET市場中的比重看,在雙碳經濟和交流變直流的需求變化趨勢下,市場對高壓MOSFET需求將持續增加,平面型和超結型市場將受益,市場份額將持續增加。受消費電子市場低迷拖累,溝槽型MOSFET市場漲幅不及平面型和超結型,導致市場份額由2021年的40.8%逐漸下降至2026年的35.7%。
2021年中低壓、高壓和超高壓市場份額分別為63.1%、26.4%和10.5%,中低壓市場占據較大市場份額。從市場規???,未來幾年中低壓、高壓和超高壓MOSFET市場都將持續增長。
從在MOSFET市場中的比重看,市場對高壓、超高壓MOSFET需求將持續增加,兩者份額將持續提升。中低壓MOSFET漲幅不及高壓和超高壓,導致市場份額由2021年的63.1%逐漸下降至2026年的53.8%。
前面提到平面型MOSFET是參數易調節并且應用較為廣泛的一類產品,工作電壓可以覆蓋中低壓、高壓和超高壓。2021年,在平面型MOSFET市場中,中低壓產品市場占比50%,高壓和超高壓分別占比34.6%和15.7%。從占比發展趨勢看,中低壓市場的份額在下降,高壓和超高壓市場份額在上升,與MOSFET整體市場一致。
不同電壓段各個結構市場份額
2021年,中低壓段、高壓段和超高壓段不同結構之間的產品比例如圖。這一比例在未來幾年基本保持不變。
國產化替代進程
2021年,中國MOSFET市場規模達到46.6億美元,國產化率達到30.5%。預計隨著國產替代加速,至2026年MOSFET的國產化率將達到64.5%。
從結構上看,平面型和溝槽型的國產化率高于超結型,至2026年三者的國產化率分別達到68.7%、66.6%和47.9%,相比2021年均提升了30%左右。
從電壓段看,中低壓段的國產替代領先于高壓和超高壓市場,至2026年三者分別達到82.7%、46.2%和21.5%,其中中低壓、高壓的國產化率相比2021年提升較大,分別提升46.9%、23.3%,而超高壓國產化率僅提升了6.3%。
2021年平面型MOSFET市場,中低壓、高壓和超高壓的國產化率分別達到42.2%、29.9%和18.2%。預計到2026年,中低壓、高壓和超高壓的國產化率將分別提升至85%,67.4%和44.4%。
國產替代痛點
1.國內企業平面MOSFET以VDMOS為主,缺乏高元胞密度的低功耗功率產品。熱門超結器件國內尚處于研發階段。