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光学大杂烩

半导体基本知识——分立器件(D-O-S)

时间:2021/11/21 21:11:43   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:52   评论:0
内容摘要:4-1:DOS器件分类4-2:DOS器件-功率器件(Discretes)1.功率器件(又称为功率半导体):如二极管、三极管、晶闸管以及其他分立器件,包括电阻、电容器等。 2.技术要求:普遍使用4寸、6寸和8寸晶圆代工线,跟随制程发展和成熟度,生产工艺制程从早期的10微米制程迭代至0.15-0.35微米制程。晶体管器件独...
4-1:DOS器件分类
半导体基本知识——分立器件(D-O-S)
4-2:DOS器件-功率器件(Discretes)
1. 功率器件(又称为功率半导体):如二极管、三极管、晶闸管以及其他分立器件,包括电阻、电容器等。
2. 技术要求:普遍使用4寸、6寸和8寸晶圆代工线,跟随制程发展和成熟度,生产工艺制程从早期的10微米制程迭代至0.15-0.35微米制程。晶体管器件独立使用,不要求先进封装。
3. 应用方向:汽车是最主要的应用,占比达到40%,工业与消费电子分别占27%与13%。
4. 未来发展:
a.金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET):目前主流的功率器件,以高速、低开关损耗、低驱动损耗在各种功率间转换,用于放大电路或开关电路。
b.绝缘栅双极晶体管(IGBT):第三代功率器件的代表性产品,被广泛应用于轨道交通、航空航天、船舶驱动、智能电网、新能源、交流变频等需要强电控制的产业领域,未来功率器件有望沿IGBT技术方向进一步发展。
5. 市场情况:2017年全球市场规模215亿美元,中国占据一半,其中MOSFET、二极管及整流桥、IGBT三者占功率半导体八成。
半导体基本知识——分立器件(D-O-S)
4-3:DOS器件-光电子器件(Optoelectronics)
1.基本原理:利用半导体光-电子(或电-光子)转换效应制成的各种功能器件。
2.工艺要求:光电子半导体属于化合物半导体范畴,工艺要求上主要依靠衬底等基础原材料,如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等。对于制程和设计领域的技术要求不会太苛刻。
3.主要应用:
a.发光二极管(LED)和激光二极管(LD):将电能转换成光辐射的电致发光器件。广泛用于大容量、长距离的光纤通信系统以及光电集成电路。当前普遍应用于LED领域,芯片主要有砷化镓(红黄光)、氮化镓(蓝绿光)和氮化镓(PSS)等。同时应用于LCD、OLED、Micro LED显示技术,广泛应用于手机等终端上;
b.光电探测器或光电接收器:通过电子过程探测光信号的器件,如PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)等,现代广泛用于光纤通信系统,激光探测器等;
c.太阳能电池:将光辐射能转换成电能的器件。把阳光以高效率直接转换成电能,以低运行成本提供永久性的电力,并且没有污染,为最清洁的能源。根据其结构不同,其效率可达5%~20%;
d.砷化镓半导体零组件:广泛应用于移动设备的射频模组,包括射频功率放大器(HBT工艺)和射频开关器(pHEMT);
e.GaN和SiC功率器件:将是未来HEV/EV动力系统所依赖的基础,特别是碳化硅技术在在汽车领域的应用备受国内外汽车厂商的关注,未来碳化硅功率器件会成为汽车领域的主要应用。

4-4:DOS器件-传感器(Sensor)
1.主要类别:常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟:光敏传感器—视觉、声敏传感器—听觉、气敏传感器—嗅觉、化学传感器—味觉、压敏、温敏、流体传感器—触觉。
2.应用发展:指纹识别、语音识别、人脸识别、虹膜识别等生物识别传感技术得到广泛应用,特别是手机等设备应用量大。同时自动驾驶带来的摄像头和毫米波雷达、红外线等应用上升。物联网时代来临,MEMS是传感器的主流技术,将迎来传感器与芯片融合的革新。
3.MEMS传感器:(Microelectromechanical Systems,微机电系统)是将微电子技术与精密机械技术结合传感器发展出来的工程技术,尺寸在1微米到100微米量级,具有微型化、重量低、功耗低、成本低、多功能等竞争优势,可通过微纳加工工艺进行批量制造、封装、测试。
4.工艺要求:代工制造以6英寸和8英寸晶圆产线为主,封装约占30%~40%,IC约占40%~50%。封装环节支撑着MEMS技术的发展,也是成本占比较大的环节。
5.MEMS的挑战来自于多种电子组件的集成:MEMS与IC、射频器件、电源等集成需要先进封装技术或SOC技术。系统级封装(SiP)或片上系统(SoC)再将MCU与MEMS传感器一体化集成,形成智能传感器节点。
4-5:DOS器件-MEMS应用
1.MEMS应用领域:广泛应用于汽车、消费电子、工业、医疗、航空航天、通信等领域。特别在智能手机终端、智能汽车和物联网中大量使用。
a.第一波浪潮是汽车领域:从1990年到2000年,汽车电子化趋势带动了加速度计、角速度传感器、压力传感器、质量流量传感器的崛起。
b.第二波浪潮是消费电子:从2000年到2010年,手机的快速发展带动运动类、声学类、光学类、环境类MEMS快速崛起。智能手机的传感器数量一般在9~13个左右,比如iPhone中包含近距离传感器、麦克风、加速度计、陀螺仪、温湿度传感器、环境光传感器等9种MEMS器件。
c.第三波浪潮是物联网:从2010年到2020年,物联网的核心是传感、互连和计算,MEMS在物联网中的重要应用场景包括智能家居、工业互联网、车联网、环境监测、智慧城市等领域。
2.中国市场:全球MEMS传感器最大的市场,重点产品包括运动类、声学类、射频类、红外成像等领域。
4-5:DOS器件-MEMS应用
半导体基本知识——分立器件(D-O-S)
4-6:DOS器件-市场分析
1.全球市场:2018年DOS器件出货量占整个半导体器件的比重由30年前的22%上升到70%,而集成电路为30%。同时商用分立器件受到下游电子系统中的广泛应用驱动,占比已经达到44%。DOS产品市场总体规模在2018年达到823.96亿美元,较2017年753亿美元同比增长9.4%。前十大企业合计销售319亿美元,同比增长9.4%,占整个市场的38%。
2.竞争格局:世界半导体DOS前十大中有九家生产光电子产品,六家生产传感器和,有五家生产分立器件。企业主要集中在日本、欧洲和美国,其中韩国和中国各一家。索尼以71亿美元名列第一。
半导体基本知识——分立器件(D-O-S)
1.主要应用方向:分立器件下游涉及汽车、消费电子及工业应用,从全球市场来看,汽车是最主要的应用,占比达到40%。国内分立器件的终端应用结构偏向低端化,汽车电子产业的应用仅占下游应用的15%。
2.国内市场:中国成为全球分立器件最大市场,2015年中国分立器件消费市场达到2218亿元,2015-2020年呈现快速增长态势,年化增速预计在10%以上,随着下游领域的新兴应用场景的拓展,我国分立器件市场规模持续扩大。
3.来发展:IGBT器件受到下游新能源汽车带动,年复合增长率为25%,由大约8亿美元提高到30亿美元,预计2020年IGBT市场规模将达到60亿美元,其中有50%将来源于新能源汽车的功率器件。

4-6:DOS器件-MEMS传感器市场分析
1.全球市场:2015年市场规模为995亿元,其中智能传感器达到约698亿元,市场占比超过70%,2016年全球智能传感器市场再度扩大至1700亿元左右,年复合增长率达到两位数以上,预计2019年市场规模将突破3000亿元。
2.应用领域与产品类别:MEMS市场的主要应用领域集中在消费电子、医疗、汽车、工业等领域。按照应用领域来看,主要在消费电子(111美元)和汽车(48亿美元)领域占比较大。CAGR增速上医疗(11.1%)和消费电子(11.8%)表现最佳。
3.国内市场:2015年智能传感器企业产值约为14亿美元,预计2019年国将达到37亿美元,复合年均增长率超过30%。2019年还将扩大到137亿美元,本土化率将从2015年的13%提升到27%。
4.竞争格局:2017年全球前10大MEMS供应商占有60%以上的市场份额,主要有博世、意法半导体、德州仪器、安华高以及普惠等企业。其中博世集团占12.8%,意法半导体占7.9%;德州仪器占7.9%;安华高科技公司占6.8%;惠普占5.3%;Qorvo占4.7%;楼氏电子占4.7%;invensense占4.6%;日本电装占4%,松下占3.6%。国内市场依旧竞争力微弱。
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