功率半導體

更新時間:2024年06月13日 註:數字代表公司家數

概況

功率半導體或功率元件是電子裝置的電能轉換與電路控制的核心,主要用途包括變頻、整流、變壓、功率放大、功率控制等,並同時可具有節能的功效。舉凡消費性電子、家電、交通運輸、工業機器人、通訊與綠能等產業,只要與電力相關、需透過電力運作的裝置,都離不開功率半導體元件。

根據研調機構IC Insights針對功率半導體市場報告,預估2022年的功率半導體市場在產能供給吃緊推動產品單價上漲情況下,全年產值將可望年增11%至245億美元的新高,雖然2023年產值將小幅下降2%,不過2024年起逐年攀升,預估2026年功率半導體市場產值將上看289億美元。在電動車及自動駕駛等趨勢持續推動下,使車內搭載的功率半導體元件需求每年都不斷明顯攀升,其中包含電池管理系統、車內資通訊系統及儀表板等功能升級,都成為功率半導體元件需求持續看升的關鍵。

MOSFET占功率半導體產業逾5成

基本上,功率半導體大致可分為功率離散元件(Power Discrete)與功率積體電路(Power IC)二大類,其中,功率離散元件產品包括金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、二極體(Diodes)、絕緣柵雙極電晶體(IGBT);而MOSFET占整體功率半導體比重超過5成。MOSFET的特性為驅動電流小,多應用於變頻導向的3C設備或消費性3C產品,如手機充電器、小家電產品的變壓器等,缺點是無法承受過大的電壓、電流。相較之下,傳統以矽(Si)材料為基底的IGBT主要特性為耐高壓、高電流,多應用於大功率、大電流的電力設備或電力基礎設施,如鐵路電網、風力發電機等,缺點是比較無法縮裝。

IGBT受惠電動車高速成長

功率金氧半電晶體(Power MOSFET)是最常被應用於功率轉換系統中的電力電子元件,由於MOSFET的單極性及電壓控制的特性,因此Power MOSFET 具備了較高的輸入阻抗、較低的驅動功率、較低的導通電阻值、較快的切換速度、較低的切換損耗及較大的安全操作區。由於切換速度的優勢,使得Power MOSFET滿足高切換速度的應用,而MOSFET的電壓驅動特性讓控制電路在設計上較為簡單,加上技術的成熟度,在多數的應用上配合成本的考量因此使得Power MOSFET的應用範圍越來越廣,在所有的分離式功率元件中扮演著最重要的角色。不過,在900V以上的高壓領域較無用武之地。直到1988年IGBT的發明,則滿足大功率化與高頻化的需求。IGBT可說是近年來功率半導體元件當中,成長幅度最大的產品,主要是因電動車需求強勁所致。