功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中電壓和頻率，及直流交流轉(zhuǎn)換等。只要在擁有電流電壓及相位轉(zhuǎn)換的電路系統(tǒng)中，都會(huì)用到功率零組件。
基本上，功率半導(dǎo)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(chǎn)品包括 MOSFET、二極體，及 IGBT，當(dāng)中又以 MOSFET 與 IGBT 最為重要。
MOSFET、IGBT 主要用于將發(fā)電設(shè)備所產(chǎn)生電壓和頻率雜亂不一的電流，透過 一系列的轉(zhuǎn)換調(diào)製變成擁有特定電能參數(shù)的電流，以供應(yīng)各類終端電子設(shè)備，成為電子電力變化裝置的核心元件之一。
而全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)中，用于工業(yè)控制比重最高，達(dá) 34%，其次是汽車及通訊領(lǐng)域各占 23%，消費(fèi)電子則占 20%。
近年來，功率半導(dǎo)體的應(yīng)用領(lǐng)域已從工業(yè)控制和消費(fèi)電子拓展至新能源、軌道交通、智慧電網(wǎng)、變頻家電等市場(chǎng)，整體市場(chǎng)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)定成長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù) IHS Markit 預(yù)測(cè)，2018 年全球功率元件市場(chǎng)規(guī)模約為 391 億美元，預(yù)估至 2021 年市場(chǎng)規(guī)模將上升至 441 億美元，年複合成長(zhǎng)率為 4.1%。
而 IC Insights 則指出在各類半導(dǎo)體功率元件中，未來最看好的產(chǎn)品將是 MOSFET 與 IGBT 模組。
MOSFET 是一種可以廣泛使用在類比電路與數(shù)位電路的場(chǎng)效電晶體，具有導(dǎo)通電阻小，損耗低，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，熱阻特性佳等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于 PC、手機(jī)、行動(dòng)電源、車載導(dǎo)航、電動(dòng)交通工具、UPS 電源等電源控制領(lǐng)域。
而 2016 年，全球 MOSFET 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 62 億美元，預(yù)估到 2022 年，全球 MOSFET 市場(chǎng)規(guī)模將接近 75 億美元，而這之間年複合增長(zhǎng)率將達(dá) 3.4%。
至于 IGBT 則是由雙載子接面電晶體 (BJT) 和 MOSFET 組成的複合式半導(dǎo)體功率元件。兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 BJT 的低導(dǎo)通電阻兩方面的優(yōu)點(diǎn)。IGBT 驅(qū)動(dòng)功率小，非常適合應(yīng)用于直流電壓為 600V 及以上的變流系統(tǒng)，如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等。
隨著消費(fèi)者對(duì)于充電效率的要求逐漸提升，手機(jī)充電出現(xiàn)快充模式，意即透過提高電壓來達(dá)到高電流、高功率充電，但高電壓存在安全隱憂，需要加入整流的 MOSFET 來調(diào)整。
而后來出現(xiàn)較為安全的閃充模式，主要是透過低電壓、高電流來實(shí)現(xiàn)高速充電，這對(duì)同步整流 MOSFET 的要求更高。
另一方面，則是汽車產(chǎn)業(yè)的變化，目前汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展已從傳統(tǒng)汽車朝向電動(dòng)車前進(jìn)。而汽車電子化程度的提升，最大受惠者就屬功率半導(dǎo)體。傳統(tǒng)燃油汽車中，功率半導(dǎo)體主要用在啟動(dòng)、停止和安全等領(lǐng)域，比重只有 20%。依照傳統(tǒng)汽車中，以半導(dǎo)體單車價(jià)值 350 美元計(jì)算，功率元件價(jià)值約在 70 美元。
但進(jìn)入到電動(dòng)車世代，其電池動(dòng)力模組要用大量的電力設(shè)備，電力設(shè)備中都含有功率半導(dǎo)體，溷合動(dòng)力汽車的功率元件比重 40%，純電動(dòng)汽車的功率元件比重達(dá) 55%。依照純電動(dòng)汽車半導(dǎo)體單車價(jià)值 750 美元計(jì)算，功率半導(dǎo)體價(jià)值約在 413 美元，是傳統(tǒng)汽車約 6 倍。
MOSFET、IGBT 國(guó)際大廠把持
MOSFET 市場(chǎng)主要由英飛凌佔(zhàn)據(jù)，根據(jù) IHS 統(tǒng)計(jì)指出，英飛凌市占高達(dá) 27%，排名第二為安森美，市占率 13%，第三則是瑞薩的 9%。
而在價(jià)值含量高的高壓 MOSFET 領(lǐng)域中，英飛凌更是以 36% 的市占率大幅領(lǐng)先所有競(jìng)者對(duì)手，意法半導(dǎo)體與東芝則以市占 19% 及 11% 分居二、三名。
至于在 IGBT 市場(chǎng)中，則是由英飛凌，三菱和富士電機(jī)處于領(lǐng)先位置，安森美則主攻在低壓的消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)，電壓在 600V 以下。而中高壓 1700V 以上領(lǐng)域，則是應(yīng)用在高鐵，汽車電子，智慧電網(wǎng)等，基本被英飛凌、ABB 和三菱壟斷。
MOSFET 與 IGBT 各具優(yōu)劣
MOSFET 依內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，可達(dá)到的電流也不同，一般大到上 KA 也是可行，但 MOSFET 耐電壓能力沒有 IGBT 強(qiáng)。
而 MOSFET 優(yōu)勢(shì)在于可以適用高頻領(lǐng)域，MOSFET 工作頻率可以適用在從幾百 KHZ 到幾十 MHZ 的射頻產(chǎn)品。而 IGBT 到達(dá) 100KHZ 幾乎是最佳工作極限。
最后，若當(dāng)電子元件需要進(jìn)行高速開關(guān)動(dòng)作，MOSFET 則有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，主要在于 IGBT 因有整合 BJT，而 BJT 本身存在電荷存儲(chǔ)時(shí)間問題，也就是在 OFF 時(shí)需耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，導(dǎo)致無法進(jìn)行高速開關(guān)動(dòng)作。
所以綜合來看，MOSFET 適用在攜帶型的充電電池領(lǐng)域，或是行動(dòng)裝置中。至于 IGBT 則適用在高電壓、大功率的設(shè)備，如電動(dòng)馬達(dá)、汽車動(dòng)力電池等。
