來源TrendForce研究
MOSFET是最常見的金屬氧化物半導體場效電晶體,終端應用在工業、汽車、消費性電子、通訊等領域,對MOSFET皆有不同的性能要求,數量上的需求也日益高漲。
目前由于晶圓代工産能緊缺、新冠肺炎疫情影響,MOSFET交期普遍延長至26周以上,甚至最長達52周,顯示市場需求強勁,産品報價也逐漸提高。
根據TrendForce研究顯示,MOSFET、IGBT與Bipolar屬于功率半導體元件(電晶體領域),用來做為半導體開關,其中MOSFET長年占比超過五成,2020年占52.9%,2021年由于市場需求旺盛,占比有望小幅提升至54.2%。
TrendForce進一步表示,2020年全球MOSFET市場規模為79億美元,與2018、2019年相近,2021上半年由于消費性電子市場需求居高不下,MOSFET無論是在出貨量或平均售價都有成長,2021年整體市場規模将達97億美元,年成長22.8%。
展望2022年,消費電子市場需求預計持穩,車用市場将接續消費電子市場需求,成為MOSFET成長主要推動力,整體MOSFET市場規模将達100億美元。
工業需求最高
從功率半導體元件市場來看,用于工業領域比重最高,包括電機控制、軌道交通、無線電力供給、能源控制、智慧電網等領域,占比長期大于三成,預計2021年将達35%;再來則是汽車應用占29%,将随着新能源車/電動車發展讓車用、高壓MOSFET市場逐漸擴大。此外,消費性電子在2021年因筆記型電腦、智能手機、穿戴裝置、快充頭等需求提高,占比也達18%,而通訊、運算領域分别占10%與7%。
(一)消費應用電子需求:快充
由于5G智能手機傳輸速度較4G更快,射頻元件數量更多,不可避免将增加功耗、耗電速度。随着使用者對充電效率要求逐步提升,品牌廠推出USB-PD快充功能,目前大多以Type-C線材做為快充的充電線材,為支援更高規格的傳輸電壓,需添加同步整流的MOSFET調整優化,增加MOSFET的用量。
在材料方面,随着GaN技術發展與普及,USB Type-C PD充電器市場日新月異,高功率密度、體積小的充電器漸成主流,發熱量低、體積小之GaN也就成為MOSFET在快充上發揮的最佳材料。
(二)通訊需求:5G基站
5G基站是5G網絡的核心設備,5G基站采用Massive MIMO技術,需要32通道、64通道等多通道架構,在提高系統通道容量同時,導緻5G基站的功耗、成本提升。5G基站功耗為4G的兩倍,而降低功耗需求,則增加對MOSFET的低耗損、高熱穩定性要求。此外,5G基站因頻段較4G更高,覆蓋範圍較窄,因此需使用的5G基站将大幅增加,總體基站數量需求是4G的2~3倍,提高了對MOSFET的需求。總體來說,5G基站使用的MOSFET達4G基站5~10倍,低、中、高壓MOSFET皆有。
而5G網絡布建帶來數據中心、雲端服務規模提升,架設服務器亦帶動AC/DC Converter、DC/DC Converter等電源管理模組需求,故通訊用MOSFET也成為需求之一。
(三)汽車應用需求:新能源車
新能源車前進需要更多MOSFET等功率半導體元件協同運作,在傳統燃油汽車中,各類供電元件從電池取電,電池電壓通常有24V和12V兩種;新能源車的動力電池電壓一般高達336V、384V,甚至電動大客車的電壓要580~600V,因此新能源車在高壓和低壓系統間需功率半導體元件進行調壓,實現高低壓系統間的電流流動,讓各汽車電子零組件功能發揮作用。
汽車電池支持的電子零組件用電電壓各有不同,因此須在電的傳輸過程進行電壓轉換,無論是降壓或是升壓,都是随着MOSFET不斷開關而逐步變化,因此MOSFET要考慮的是流經電流與耐受電壓,另外在應用中要考慮開關頻率、開關噪音和Oscillation Damping(阻尼震蕩)、DPM(動态電源管理)設計。
随着汽車電子零組件增加,功率半導體元件乃至MOSFET的應用也不斷增加,原本一輛最基本汽車配備約90顆MOSFET,新能源車則可能需要200顆MOSFET,甚至高階新能源車的MOSFET用量可達到400顆,随着新能源車功能的疊加,未來需求數量還可能往上提升。
(四)工業應用需求:工業自動化、充電樁
工業領域為功率半導體元件應用最多的領域,大部分工業設備均需要使用MOSFET,且工業産業正朝自動化方向發展。與傳統Si MOSFET、IGBT産品相比,在工業領域使用SiC MOSFET可實現高耐壓性、高速開關與低導通電阻,并有助于降低功耗和系統小型化,是當前所有廠商發展重心。
此外,充電樁屬工業領域,需通過工業認證。充電樁是新能源車要普及的關鍵,且充電時間越短、适應各種環境進行大功率充電,是充電樁統一的目标,而功率半導體元件是實現電能轉換的核心元件。在充電樁中,需要AC/DC Converter、DC/DC Converter等裝置進行電壓和頻率的轉換,随着縮短充電時間的要求,功率半導體元件則需具備耐高壓特性,故SiC MOSFET将逐漸在充電樁中滲透,并朝降低熱阻、減少高頻工作的開關損耗等特性發展。
新冠沖擊出貨留意交期延長變數
2020年第三~四季各品牌商與系統廠啟動備貨以供消費性電子市場所需,MOSFET市況複蘇,全球MOSFET季出貨量達百億水平;2021年第一~二季需備貨與補足庫存,整體出貨量分别達到109億顆和108億顆。
進入2021下半年,雖2021年第三季為傳統電子業出貨旺季,然由于新冠肺炎疫情在馬來西亞造成嚴重影響,而馬來西亞是IDM廠商生産重鎮之一,Infineon、Renesas、Toshiba等廠商在當地設有MOSFET晶圓廠或封測廠,供貨動能全面受限、交期延長,故2021年第三季MOSFET出貨量可能不若往年成長顯著,估僅能維持在105億顆水準,季減3%。
◆低電壓MOSFET應用廣泛
第四季若馬來西亞的新冠肺炎疫情能緩解,各廠産能利用率能有提升,在IDM廠商MOSFET交期順暢下,出貨量應能維持與2021年第三季相同水平,否則仍需留意交貨日期存在繼續延長的可能性。
MOSFET按照電壓(Vds)區分為低電壓(Vds<40V)、中電壓(40V<Vds<400V)與高電壓(Vds>400V),越往高電壓所需的技術、結構、材料更為複雜,目前材料大部分仍采用矽(Si),并往第三代半導體碳化矽(SiC)、氮化镓(GaN)發展為趨勢。
低電壓MOSFET應用廣泛,因數量龐大故市場占比最高,2021上半年消費電子市場需求強勁,低電壓MOSFET相對需求也較迫切,市場規模成長幅度也較明顯,Vds<40V的MOSFET于2021年市場規模将達36億美元;此外,中電壓與高電壓MOSFET大量使用在工業、電網、基站、汽車、電動車等領域,市場需求亦逐年成長,已然成為2022年各廠商重點發展項目之一。
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