半导体分立器件概述

半导体分立器件是指具有单一功能的独立电子元件(如二极管、晶体管、晶闸管等),与集成电路(IC)不同,它们不集成多个功能。功率半导体是分立器件的重要分支,主要用于电力转换、功率控制和能量管理,广泛应用于工业、汽车、消费电子、能源等领域。


功率半导体的分类

功率半导体主要分为 功率IC 和 功率分立器件

  1. 功率IC(Power IC)
    • 将功率器件与驱动、保护、控制电路集成在同一芯片上,实现智能化功率管理。
    • 细分产品:包括电源管理IC(PMIC)、驱动IC、AC/DC转换器等。
  2. 功率分立器件(Discrete Power Devices)
    • 单一功能的独立器件,如MOSFET、IGBT、二极管、晶闸管等。
    • 细分产品
      • MOSFET:中低压领域应用广泛(如消费电子、汽车)。
      • IGBT:中高压领域核心器件(如工业、新能源、电动汽车)。
      • SiC/GaN:第三代半导体,用于高频高压场景(如光伏、快充、5G基站)。

分立器件分类示意图


1. 按功能分类

类别代表器件主要特点
二极管整流二极管、肖特基二极管、齐纳二极管单向导电,用于整流、稳压、保护等。
晶体管BJT、MOSFET、IGBT电流/电压放大或开关控制(BJT电流驱动,MOSFET/IGBT电压驱动)。
晶闸管SCR(可控硅)、Triac、GTO高压大电流开关,用于交流调压、电机控制等。
功率器件IGBT、SiC MOSFET、GaN HEMT高压/高频应用(新能源、电动汽车等)。
保护器件TVS二极管、ESD保护器件防静电、过压保护。

2. 按材料分类

  • 硅基(Si):传统主流(如Si二极管、Si MOSFET)。
  • 宽禁带半导体
    • 碳化硅(SiC):高压高温(如SiC二极管、SiC MOSFET)。
    • 氮化镓(GaN):高频高效(如GaN HEMT)。

3. 按功率等级

  • 小信号器件:低功率(如小信号二极管、BJT)。
  • 功率器件:高电压/电流(如IGBT、SCR)。

IGBT下游需求量

IGBT是新能源领域的核心器件,2023年全球市场规模约 100-120亿美元,主要需求来自:

  1. 新能源汽车:占比超40%(电驱、充电桩)。
  2. 工业控制:变频器、电机驱动(占比约30%)。
  3. 光伏/风电:逆变器应用(占比约20%)。
  4. 家电:变频空调、洗衣机(占比约10%)。

分立器件市场分析

1. 市场规模与增长

  • 2023年全球市场规模:约300亿美元
  • 主要增长驱动
    • 新能源(光伏、风电)逆变器需求。
    • 电动汽车(电驱、充电桩)普及。
    • 工业自动化(变频器、伺服驱动)。
    • 5G基站、数据中心电源管理。

2. 细分市场占比

  1. 功率器件(主导地位)
    • IGBT模块(占比约35%)。
    • MOSFET(占比约30%)。
    • SiC/GaN器件(增速最快,年复合增长率>30%)。
  2. 二极管/晶闸管:稳定增长(工业、家电应用)。

3. 区域市场

  • 亚太(最大市场):中国占全球40%以上(电动汽车、光伏产业链成熟)。
  • 欧美:高端市场

5. 技术趋势

能效要求提升:欧盟“碳中和”政策推动低损耗器件需求。

第三代半导体替代:SiC/GaN在高压、高频场景逐步替代硅基器件

模块化与集成化:IPM(智能功率模块)减少系统体积。

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