MOSFET是功率半導體元件最大市場,穩定性優良,適用於AC/DC Converter、DC/DC Converter、Power Stage等,因此常用於工業、汽車、消費性電子、通訊、運算等領域。

從功率半導體元件市場來看,用於工業領域比重最高,包括電機控制、軌道交通、無線電力供給、能源控制、智慧電網等領域,占比長期大於三成,預計2021年將達35%;再來則是汽車應用占29%,將隨著新能源車/電動車發展讓車用、高壓MOSFET市場逐漸擴大。此外,消費性電子在2021年因筆記型電腦、智慧型手機、穿戴裝置、快充頭等需求提高,占比也達18%,而通訊、運算領域分別占10%與7%。

(一)消費應用電子需求:快充

由於5G智慧型手機傳輸速度較4G更快,射頻元件數量更多,不可避免將增加功耗、耗電速度。隨著使用者對充電效率要求逐步提升,品牌廠推出USB-PD快充功能,目前大多以Type-C線材做為快充的充電線材,為支援更高規格的傳輸電壓,需添加同步整流的MOSFET調整優化,增加MOSFET的用量。

在材料方面,隨著GaN技術發展與普及,USB Type-C PD充電器市場日新月異,高功率密度、體積小的充電器漸成主流,發熱量低、體積小之GaN也就成為MOSFET在快充上發揮的最佳材料。

(二)通訊需求:5G基站

5G基站是5G網路的核心設備,5G基站採用Massive MIMO技術,需要32通道、64通道等多通道架構,在提高系統通道容量同時,導致5G基站的功耗、成本提升。5G基站功耗為4G的兩倍,而降低功耗需求,則增加對MOSFET的低耗損、高熱穩定性要求。此外,5G基站因頻段較4G更高,覆蓋範圍較窄,因此需使用的5G基站將大幅增加,總體基站數量需求是4G的2~3倍,提高了對MOSFET的需求。總體來說,5G基站使用的MOSFET達4G基站5~10倍,低、中、高壓MOSFET皆有。

而5G網絡布建帶來資料中心、雲端服務規模提升,架設伺服器亦帶動AC/DC Converter、DC/DC Converter等電源管理模組需求,故通訊用MOSFET也成為需求之一。

(三)汽車應用需求:新能源車

新能源車前進需要更多MOSFET等功率半導體元件偕同運作,在傳統燃油汽車中,各類供電元件從電池取電,電池電壓通常有24V和12V兩種;新能源車的動力電池電壓一般高達336V、384V,甚至電動大客車的電壓要580~600V,因此新能源車在高壓和低壓系統間需功率半導體元件進行調壓,實現高低壓系統間的電流流動,讓各汽車電子零組件功能發揮作用。

汽車電池支援的電子零組件用電電壓各有不同,因此須在電的傳輸過程進行電壓轉換,無論是降壓或是升壓,都是隨著MOSFET不斷開關而逐步變化,因此MOSFET要考慮的是流經電流與耐受電壓,另外在應用中要考慮開關頻率、開關噪音和Oscillation Damping(阻尼震盪)、DPM(動態電源管理)設計。

隨著汽車電子零組件增加,功率半導體元件乃至MOSFET的應用也不斷增加,原本一輛最基本汽車配備約90顆MOSFET,新能源車則可能需要200顆MOSFET,甚至高階新能源車的MOSFET用量可達到400顆,隨著新能源車功能的疊加,未來需求數量還可能往上提升。

(四)工業應用需求:工業自動化、充電樁

工業領域為功率半導體元件應用最多的領域,大部分工業設備均需要使用MOSFET,且工業產業正朝自動化方向發展。與傳統Si MOSFET、IGBT產品相比,在工業領域使用SiC MOSFET可實現高耐壓性、高速開關與低導通電阻,並有助於降低功耗和系統小型化,是當前所有廠商發展重心。

此外,充電樁屬工業領域,需通過工業認證。充電樁是新能源車要普及的關鍵,且充電時間越短、適應各種環境進行大功率充電,是充電樁統一的目標,而功率半導體元件是實現電能轉換的核心元件。在充電樁中,需要AC/DC Converter、DC/DC Converter等裝置進行電壓和頻率的轉換,隨著縮短充電時間的要求,功率半導體元件則需具備耐高壓特性,故SiC MOSFET將逐漸在充電樁中滲透,並朝降低熱阻、減少高頻工作的開關損耗等特性發展。

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