电源管理芯片行情解析

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- 导读 -

几乎所有的电子产品都会涉及电源管理芯片。本文总结整理了电源管理芯片分类,技术特点,行业现状及工艺等,为电子行业人员提供市场参考。

- 上下游分析 -

上游:

芯片的主要原料是晶圆,晶圆的成分是硅。硅是由石英砂所精炼出来的,晶圆便是硅元素加以纯化,其纯度高达99.999999999%。除去硅之外,制造芯片还需要一种重要的材料就是金属。铝已经成为制作处理器内部配件的主要金属材料,而铜则逐渐被淘汰。这是因为铝的电迁移特性要明显好于铜。所以晶圆的本质和价格,以及铝的价格变动都会给芯片带来影响。

下游:

几乎所有的电子产品都会涉及电源管理芯片,而电源管理直接受到电子整机产品的影响,在整机产品高速增长带动下,中国电源管理芯片快速增长。但是最近增速开始放缓,直接原因就是整机产量增长率的减缓。同时中国市场随着国际电子制造业向中国转移趋势减缓,导致部分产品产量下滑,则芯片的需求量下降,此外,库存因素和电源管理芯片价格下降也是影响市场的主要因素。

- 行业概况和现状 -

1. 电源芯片的作用和分类

电源芯片,是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片.主要负责识别CPU供电幅值,产生相应的短矩波,推动后级电路进行功率输出。

电源芯片主要分类:

(1)AC-DC 交直流转换,也就是俗称的电源管理芯片。它是与方案相关的。像PI在60W以下的电源管理方案方面是全球第一,而且现在也正在研究更高的集成度,现在已经可以将控制器和MOS管全部集成到芯片内部。同时还在进一步优化,可以将光耦也集成到芯片里边,大大节省控制板的空间,性能也更加完善。不过高度集成就导致芯片厚度较厚,终端应用中就出现问题,所以现在PI在研发自己独特的封装,大大的减少芯片的厚度。而且整体来算PI是性价比最高的品牌。其他做的比较好的品牌有ON、ST、Infineon等。

(2)DC-DC 直流和直流电压值的转变,适用于大压差。

(3)电压调节器 直流和直流电压值的转换,适用于小压差;其中的三端稳压器用量就非常大,像KEC、UTC、圣邦微、矽力杰、华晶等都有在做,现在做的最好的就是华晶,正在给海尔供货,而且市场份额将近40%左右。

(4)精密稳压源 是能为负载提供稳定的交流电或直流电的电子装置,包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。

2. 应用领域

电源管理芯片主要应用于计算机、网络通信、消费电子和工业控制等领域,此外,汽车电子领域虽然所占市场份额较小,但却是发展最快的领域。从未来的发展来看,汽车电子领域仍将是发展最快的领域,其市场份额在未来几年将快速提高,此外,网络通信也将在4G等应用的带动下保持快速的发展,其市场份额也将稳步提高,消费电子、计算机和工业控制领域的发展则会相对稳定。

技术方面,更高的集成度、更高的功率密度、更强的耐压、耐流能力以及更高的能效等方面一直是电源管理芯片的发展方向,技术的不断更新和发展也将是推动电源管理芯片市场发展的主要因素之一。

3. 需求规模

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数据显示,2014年,中国电源管理芯片市场销额首次突破500亿大关,可以看出中国市场其庞大的市场容量和广阔的发展前景。2013-2015年,中国电源管理芯片需求规模的增速变缓,但是仍保持10%以上。预计未来五年,增幅最大的电源管理半导体领域将是苹果iPad等媒体平板,截止2016年的该领域复合年度增长率(CAGR)将接近30%.其它推动该市场增长的重要产品包括手机,同期的CAGR为11.7%;移动基础设施,CAGR为13.1%;数字机顶盒,CAGR为12.3%.预计到2020年中国的电源管理芯片需求规模将超过900亿。

4. 市场现状

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我国集成电路现状

2015 年我国集成电路产量1087 亿个,而进口集成电路量达到3140 亿个,我国集成电路的自给率仅为26%左右。2015 年我国集成电路进口金额高达2299 亿美元,出口金额仅为609亿美元,贸易逆差高达1690 亿美元,而同期我国进口原油金额仅为1345 亿美元,我国进口的集成电路主要来自于台湾、韩国、日本、美国等地区和国家,国内集成电路产业短期的不足意味着未来巨大的进步和进口替代空间。这也给国内集成电路生产商极大地激励,像是目前国内的士兰微电子、矽力杰、圣邦微电子等都是优秀代表,而且发展速度迅猛。

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2006-2015 中国集成电路行业分领域销售结构

集成电路行业可以分为IC 设计、IC 制造、IC 测试封装三大环节,其中IC 设计和IC 制造环节技术壁垒较高,而IC 测试封装环节则技术壁垒相对较低,所以我国早期的集成电路产业主要集中在封装测试领域,2006 年我国IC 测试封装产值占集成电路行业的51%,后来随着IC 设计产值的扩大,IC 测试封装占比逐步下降。不过国内IC 测试封装企业通过自身进步发展加上外延并购,目前已经掌握了全球先进的测试封装技术并形成了一定规模,长电科技已经跻身全球前十大集成电路封装测试企业。同时,近年来在国家政策资金支持和市场需求的推动下,国内IC 设计领域发展快速崛起,IC 设计产值占比已经从2006 年的19%提升到2015 年的37%,并且培育出了海思和展讯这样全球领先的IC 设计企业。

- 制程工艺 -

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1.制造晶棒:将收集到的精度硅原料在高温下整形,采用旋转拉伸方法得到晶棒。

2.硅锭切割:横向切割硅锭形成圆形的单个硅片,也就是常说的晶圆。

3.晶圆涂膜:就是在原始的硅晶片表面增加一层二氧化硅构成的绝缘层,通常工艺是将其放入高温炉中加热,通过控制时间使表面生成一层二氧化硅。

4.光刻胶:在晶圆旋转过程中浇上光刻胶液体,这可让光刻胶铺的非常薄、非常平。

5.光刻:光刻胶层随后透过掩模被曝光在紫外线之下,变得可溶。掩膜上印着设计好的电路图案,紫外线透过它照在光刻胶层上,形成微处理器的每一层电路图案。

6.溶解光刻胶:光刻过程中曝光在紫外线下的光刻膜被溶解掉了,清除留下的图案。

7.蚀刻:使用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分

8.清除光刻胶

9.光刻胶:再次浇上光刻胶,然后光刻、洗掉曝光部分,剩的保护不会被离子注入的那部分。

10.离子注入:在真空系统中,用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射固体材料,形成特殊的注入层,改变硅的导电性。

11.清除光刻胶:离子注入完成,清除剩余的光刻胶。

12.电镀:在晶圆上电镀一层硫酸铜,将铜离子沉淀到晶体管上。形成一个薄薄的铜层。

13.铜层:铜离子沉积在晶圆表面,形成铜层。

14.抛光:将多余的铜抛光掉,也就是磨光晶圆表面。

15.金属层:在不同晶体管之间形成复合互连金属层,具体布局按照功能需求。

16.晶圆测试:接受功能性测试,使用参考电路图案和每一块芯片进行对比。

17.晶圆切片

18.封装

- 影响选型的/影响成本的重要参数 -

1.电源管理芯片本身的封装不同也会影响成本,像常用的DIP双列直插、PLCC 四周都有引脚共计32个,尺寸小性能高。PQFP的引脚间距很小数量在100以上,试用于大规模和超大规模集成电路。SOP小外形封装。

2.电源管理芯片的选型大多是于方案相关的,因为它是担负起对整个系统的电能变换、分配、检测的。它是根据你不同的功能要求,不同的工作环境、不同的应用方向都需要相应的做出选择的。同时一旦选定更换成本巨大,所以一般的采购商都会尽量不换型号和品牌的。

3.电源管理芯片在设计时首先要考虑的就是产品的稳定性、耐压性、可持久性。因为它担负起整个的电路的电流调节的作用,不容有失。像目前Infineon的产品稳定性是业内最好,相应的价格方面也比较高。

- 技术特点/行业发展趋势 -

1. 源于智能手机、平板电脑及互联网其他手持设备要往“小”发展,因此电源管理芯片就要更小的封装、更少的外围器件和更高的集成度。

2. 智能设备的另一个特性是“大”,这里指的是高性能。智能手机CPU从“四核”提升到“八核”,图像处理器性能的增强,设备功能模块的日益复杂化,推升了更大输入电流的需求,这也导致功耗大大增加。所以电源管理芯片如何能在尺寸、性能、功耗间寻找平衡,是现在厂家的主要方向。

3. 近年来电源管理IC技术表现出越来越强的模块化趋势,模块化的电源管理IC可有效降低系统设计的复杂性,节约电路板空间,提高系统的长期可靠性,同时也能有效降低系统成本,带来的好处是显而易见的。电源管理IC的模块化趋势还体现在与板上其他芯片的 “集成化”上,市场上电源管理IC与主控芯片之间通信及监控等功能的集成化也在日益增多。

4.最近部分国际原厂开始整顿现有渠道,减少代理商的数量,砍掉部分资质不全、效果不好的代理商,像最近TI就放出消息会缩减代理商的数量,但是业内人士认为这次可能会取消部分欧美代理商,亚太地区不会有太大影响。在欧美,TI以直供为主,占比50%左右。像ROHM也有取消部分代理的打算。

- 产业布局 -

在物联网、可穿戴电子设备、移动医疗、智能手机与平板等热潮铺天盖地而来之时,电源管理芯片的竞争越来越激烈。从产业布局来看,电源管理芯片无论在市场还是技术,欧美厂商都占据绝对优势,尤其是美国厂商。虽然ST、NXP和Infineon三家欧洲大厂也有很强的竞争力,但是电源管理芯片只是它们众多产品线中的一个而已,而美国厂商则有PI、仙童、TI、安森美、微芯等众多厂商,而且多为专注与电源管理领域的厂商。电源管理芯片市场上欧美强势的格局已经持续很多年,而且这种格局在未来几年还将继续。但是并不代表其他地区的新进入者就没机会。在中国就有士兰微电子、华晶、乐山等一批从事电源管理芯片研发的企业,虽然产品基本限定在LDO、DC-DC和LED驱动等产品中,但毕竟已经在市场取得一定成功。这些厂商在电源管理芯片的中低端领域已经具备一定的竞争力,未来如果发展良好,在某些领域和产品应用中可以和欧美领先厂商一较高下。

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