More Related Content More from Collaborator (20) MosFET6. 6
電源開關 電源轉換
功率半導體用來開關和轉換電源
• 電源開關的原理是用小電流控制大電流,其中小電流
部分的 PMIC和Driver IC為功率IC,而大電流部分的
開關如MosFET、IGBT等屬於功率分離元件或模組。
• 電源轉換是指充電和用電過程中交流電、直流電的相
互轉換。在小功率設備中,比如手機中的升壓器、降
壓器、穩壓器可集成在 PMIC或做成單獨功率IC;而
在大功率設備中,比如電動車中的整流器、逆變器等
一般則是由功率分離元件組成的功率模組。
類型 功率IC 功率分離元件
產品要求 功耗、運算速度 可靠、一致性
製程 先進(<100nm) 成熟(>100nm)
晶圓尺寸 8~12寸 4~8寸
成本 高 低
設備 小功率 大功率
應用 升壓器、穩壓器 整流器、逆變器
資料來源:RENESAS、Aeternam Stella
7. 7
原料、製程和技術改變使性能提升
製程縮小 成熟製程 先進製程
28nm>28nm <28nm
• 製程進步→電晶體縮小→電晶體密度成倍增加→效
能提升。
• 晶圓尺寸增大→每片晶圓產出晶片數量更多→效率
提升→成本降低。
晶圓尺寸 6~8寸 12寸
生產製程 >90nm 5nm~130nm
成本 低 高
技術改變
• 在同樣的設計架構中導入新技術→提高電壓承載能
力和工作頻率,主要為內部結構的調整,但原料不
變
Planar Trench
Super Junction
Advanced Trench
資料來源:ITREAD、基業長青
或
10. 10
矽晶圓
MosFET設計
晶圓代工 晶圓封裝 終端應用
• 嘉晶
• 合晶
• 環球晶
• 大中
• 杰力
• 尼克森
• 富鼎
• 茂矽
• 元隆
• 世界先進
• 捷敏-ky• 聯電
• 台積電
• 漢磊
中下游為MosFET設計、代工及封裝
• MosFET價值鏈集中在晶圓代工和矽晶圓,設計廠和封裝的毛利則相
對較低;且因生產MosFET毛利較低,因此代工廠的產能大多分配給
毛利較高的其他IC,而為了有效控制和分配產能,使MosFET等功率
元件都以IDM廠居多。
資料來源:ITREAD、Aeternam Stella、基業長青
價值鏈集中在矽晶圓和代工
11. 低電壓 中電壓 高電壓
半導體 GaN、MosFET IGBT、MosFET、
GaN、SiC
IGBT、
SiC MosFET
毛利 低 中 高
架構 Planar、Trench Super Junction、
Advanced Trench
SiC、
Super Junction
應用 音訊放大器、PC
電供
不斷電系統、太陽
能
基地台、風力發
電、EV/HEV
11
終端應用以作用領域不同分低、中、高電壓
• MosFET終端應用通常可依作用領域的不同而分為低、中、高電壓,三者的差別在於MosFET的
原料和設計結構,越往高電壓所需的技術越複雜,而原料越趨於往化合物如碳化矽、氮化鎵等發
展。
資料來源:ITREAD、元大投顧
13. 13
11%
18%
13%
29%
29%
電腦 通訊 其他 工業 汽車
2019功率半導體營收占比行業 代表性應用
音響設備 顯示設備 音頻設備 攝像頭
無線設備 手機 播放器 可穿戴設備
家用電器 洗衣機 冰箱 空調
醫療設備 血糖儀 核磁共振 X光機
汽車電子 電機控制器 變頻器 自動駕駛系統
計算存儲 電腦 服務器 數據中心
工業 高頻感應加熱 不間斷電源 太陽能逆變器
網路通訊 調制協調器 寬頻網路 蜂窩無線網格
Yole Development、基業常青、華南投顧
MosFET主要下游行業
MosFET下游行業代表性應用多樣
21. 21
建設5G天線推升高壓MosFET需求
資料來源:大和有話要說、Mobile Expert
• 5G技術使用毫米波進行傳播,而毫米的波
特色為高頻率、短波長(詳見附錄)
• 頻率高→波長短→繞射能力差→基站覆蓋
範圍小→基站數量增加
• 4G採用一個大型基地台(Macro Cell),5G
時代則須用多個微型基地台(Smaill Cell)才
能達到同樣範圍,基地台需求密度至少是
4G基地台的兩倍
相同範圍之下,5G的基地台需求大於4G
天線
10M
20M
30M
40M
各類型的天線數量
2x2 4x2 8x8 64x64 128x128
MosFET需求增加的原
因:
5G基地台的數量將比4G基
地台多出2倍,且5G基地台
中的天線數量將比4G的多
出5~8倍,因此天線數量至
少多出10倍之多,而每根
天線皆需使用到MosFET,
將使MosFET的需求增加數
倍
• MIMO指的是「多進多出」,是透多根天線發送
多根天線接收,讓資料傳播速度更快
• 4G每個基地台有4~16根天線,5G採用Massive
MIMO後,每個基地台將使用128~256根天線
基地台數量增加 Massive MIMO技術使天線數量增加
24. 24
USB Type-C使用量增加推升中低壓MosFET需求
搭配USB-Type-C的裝置
CAGR = 43%
資料來源:ITTBANK、IHS
• USB Type C未來應用廣泛是新的趨勢
• IHS預估2021年將有50億台裝置配備著USB Type-C的連接器,CAGR高達43%
MosFET需求增加的原
因:
由於整個市場USB Type-C
的需求增加,且USB Type-
C需使用多達5顆MosFET,
比起傳統USB的3顆多出了
66% 的 使 用 數 量 , 使
MosFET需求增加
Type-C 特色 簡介
一個接頭多個功能
且更快的傳輸數據
集合了快速充電、數據和音視頻接
口等功能的,在該生態圈建立起一
個接口多種功能的局面,數據傳輸
速度為原本的2倍。
同時兼容多種視頻
標準
提供兼容HDMI、VGA等信號的功
能顯示器,所有顯示器,從電視到
VR/AR都適用Type-C。
透過無損音頻提高
高音頻品質
將原本位於手機內部的編碼解碼器
和放大器等音頻處理晶片轉移到
Lighting或者Type-C接口、線控
或者耳機腔體中,減少音頻在手機
內PCB內的傳輸、減少失真。
29. 29
晶圓產商擴張8吋產能
• 根據 SEMI 2019 年 2 月的報告預估,
2019-22 年全球 8 吋晶圓月產能將從
2018 年底的 580 萬片增加至 650 萬
片,約成長 12%。其中 MEMS 和感
測器元件相關晶圓廠產能可增加 25%,
功率元件和晶圓代工產能則提高 23%
和 18%。此外台積電、聯電、世界先
進、中芯等各大廠皆開始擴增 8 吋晶
圓產能。
8吋晶圓產能持續開出,缺口將減緩
31. 31
採用12吋製成
• 過去 Power MosFET 以 8 吋晶圓製造為主,在製程成熟度與穩定性上達到平衡,並已
完成成本優化。但產能不足的情形讓廠商開始轉用12吋製造。 12 吋廠在功率與感測器
半導體的前段製程上具有 6% 成本效益,能為毛利帶來約 2% 增幅,因此未來將持續擴
大 12 吋晶圓製造比例。
需求強勁,將開出12吋製造供給增加
Company 位置 運行時間 目標產品
Infineon 澳洲 2021 MosFET and IGBT for all end markets
AOS 中國 2H19 Power MosFET
ON semi 紐約 運行中 65-45CMOS, IFBT and MosFET(planned)
32. 32
採用12吋製成
• 由於 12 吋晶圓 ASP 及毛利都遠高於 8 吋晶圓,再加上代工廠為了保持技術競爭優勢,過去幾
年大都聚焦在發展 12 吋製程並積極擴廠。截至 2018 年底全球 12 吋晶圓廠共有 112 間,月產
能約 600 萬片。過多的產能加上智能手機及記憶體等電子消費產品需求下滑,使 12 吋晶圓報價
近期開始下跌。
12吋晶圓供給充足,無原物料問題
SiC、GaN基底
• 高壓MosFET主要往碳化矽跟氮化鎵基底
發展,矽的需求也將被降低。因此我們可
以確定高壓產品並不會有原物料上升的問
題。 88 92 97 105 112 121 127 131 135 138
2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023
全球12吋晶圓廠成長快速,2023達138座
單位:座
35. 35
MosFET國內外主要大廠
資料來源:CMoney
上市別 市值(單位:億美元) 營業項目
Infineon 2000年上市 200 微控制器、記憶體、通訊IC
ON Semi 1999年上市 28.93 高能效連接、傳感、電源管理、模
擬、邏輯、時序、分立及定製器件
Renesas 2010年上市 197.28 LCD驅動器積體電路、智慧卡微控
制器、射頻積體電路(RF-IC)、大
功率放大器、混合信號積體電路、
系統級晶片(SoC)、系統級封裝
(SiP)
Toshiba 2017年上市 98.86 消費性電子
STM 1998年上市 207.76 專用積體電路、記憶體(快閃記憶
體、EEPROM)、單片機、智慧卡、
類比元件功率積體電路
大中(6435) 2016年上櫃 1.34 功率元件(MOSFET & IGBT)、高壓
積體電路(HV IC)設計
杰力(5299) 2018年上櫃 1.32 功率金氧半場效電晶體
尼克森(3317) 2007年上櫃 0.96 高、中、低電壓功率金氧半場效電
晶、線性穩壓IC、切換型穩壓IC、
脈衝控制IC、運算放大器與比較器
IC
茂矽(2342) 1995年上市 0.28 MOSFET、Diode/MCD、
Analog/TVS
37. 37
• 平均每年投入銷售額的17%用於研發。擁有41000項專利。
• 目前具 12 吋晶圓廠製造 Power MosFET 量產能力,計劃興建第二
座,預計12 吋廠在功率與感測器半導體的前段製程上具有 6% 成本效
益,能為毛利帶來約 2% 增幅,因此未來將持續擴大 12 吋晶圓製造比
例。
• 為因應高電壓功率MosFET市場與技術需求,其中一項發展重點是寬
能矽化合物半導體應用,能達到高功率與高切換頻率需求。因此積極
開發SiC功率MOSFET產品。
• 2019年6月3日Infineon宣布以90億歐元併購美國半導體廠商
Cypress,藉由Cypress產品線,將補足MCU、Connectivity及NOR
Flash,讓Infineon在車應用布局更加完整。
20.2 21.4
22.5
21.8 21.9 22.2
19
20
21
22
23
18Q2 18Q3 18Q4 19Q1 19Q2 19Q3
營業收入(億美元)
一般電
源管理
31%
工業控
制
17%
車用
43%
安全控
制
9%
營收組成
MosFET國內外大廠-Infineon
資料來源:科技新報
38. 38
• 2016年收購Fairchild,ON Semi可望成為第二大供應商,ON Semi
擁有豐富的低功率半導體元件產品,Fairchild的產品則著重於較高功
率應用。
• SiC MosFET高能效、小外形、強固和高性價比的高頻設計,用於汽
車、可再生能源和數據中心電源系統和高增長終端應用領域如汽車DC-
DC、電動汽車車載充電機、太陽能、不間斷電源及伺服器電源。
• 由於器件的更小占位,可顯著降低運行成本和整體系統尺寸。這些特
性使需要的熱管理更少,進一步減少物料單(BoM)成本、尺寸和重
量,減少電磁干擾(EMI)。
14.56
15.42 15.03
13.87 13.48 13.82
12
13
14
15
16
18Q2 18Q3 18Q4 19Q1 19Q2 19Q3
營業收入(億美元)
通信
14%
車用電子
31%
工業
27%
電源管理
6%
雲端計算
[百分比]
消費電子
13%
產品收入比例
MosFET國內外大廠-ON Semi
資料來源:資通電子報
40. 40
• 東芝電子元件推出新一代650V Superjunction功率MosFET –
TK040N65Z,其用於資料中心的伺服器電源、太陽能(PV)功率調節
器、不斷電系統(UPS)及其他工業應用。
• 東芝推出針對車用三相無刷馬達應用的小型化功率MosFET閘極驅動智
慧功率元件(IPD)。相關車用馬達驅動產品,提供高低階功率開關保護。
IPD可由微控制器(MCU)直接控制,並提供MCU診斷回饋。
• 東芝提供應用於IGBT/MosFET柵極驅動的光耦,適合應用
於像逆變器和伺服器等在電噪聲環境中的安裝應用。
82.3 79.28
94.38
75.36
0
20
40
60
80
100
18Q3 18Q4 19Q1 19Q2
營業收入(百萬美元)
MosFET國內外大廠-Toshiba
發電機組
60%
維修保養
38%
其他
2%
產品營收占比
資料來源:Digitimes
41. 41
• 馬達需要大電流才會旋轉,控制馬達電流停、開,都需要耐大電壓、
大電流的半導體元件,SiC取代矽做成開關,至少可讓馬達省電10%。
Tesla Model 3就採用意法半導體(STM)的SiC半導體模組。
• 為即將推出之新一代電動汽車的先進車載充電器(On-Board
Charger,OBC)提供功率電子元件。透過升級車載充電器,並利用
SiC 功率半導體(MOSFET 和整流二極體),進一步降低充電器的尺
寸、重量和成本,同時提升充電效能,讓未來的車款更具吸引力和更
環保。
• STM的溝槽式低壓MosFET STripFET F7系列將擴增60V的產品線,大
幅提高了導通能效與開關性能。
2648
2076 2173
2553
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
18Q4 19Q1 19Q2 19Q3
營業收入(億美元)
車用電子
39%
消費型產
品
35%
MCU
26%
產品佔比
MosFET國內外大廠-STM
資料來源:中時電子報
46. 46
• 主打中壓MosFET代工市場。
• 金氧半場效電晶體(MosFET)市場庫存問題不大,殺價才是問題,殺價
壓力主要來自中國大陸廠商。
• 高效能MosFET製程產品部分開始進入量產,並與特定客戶合作開發
車用二極體相關技術,以滿足未來車用市場規格要求。
• 朋程與璟茂,完成3800萬股私募增資募集,籌得近新台幣5.2億元資
金。此私募資金將用為擴充產能、充實營運資金及因應未來發展之所
需。茂矽目前代工生產MosFET產品,未來計畫進一步擴大合作IGBT
領域。
500.72 467.84
368.66
263.2
0
100
200
300
400
500
600
18Q3 18Q4 19Q1 19Q2
營業收入(百萬元)
MOSFE
T
57%
二極體
28%
其他
15%
產品比重
MosFET國內外大廠-茂矽(2342)
資料來源:中時電子報、moneybar財經商業資訊社
48. 48
附錄-毫米波特色為高頻率短波長
資料來源:半導體行業觀察
名稱 符號 頻率 波段 波長
甚低頻 VLF 3-30KHz 長波段 100Km-1000Km
低頻 VF 30-300KHz 長波 1Km-10Km
中頻 MF 0.3-3MHz 中波 100m-1Km
高頻 HF 3-30MHz 短波 10m-100m
甚高頻 VHF 30-300MHz 米波 1m-10m
超高頻 UHF 0.3-3GHz 分米波 0.1m-1m
特高頻 SHF 3-30GHz 釐米波 1cm-10cm
極高頻 EHF 30-300GHz 毫米波 1mm-10mm