最近PMIC市场成为了热门话题。

首先2021年中国国内显示面板PMIC芯片市场规模接近7亿美元,同时集创北方的PMIC在国内显示面板PMIC芯片成为市占率第一的国产产品。这是第一次集创北方在这一市场上的市占率超越了立锜科技(Richtek)。

同时,由于PMIC市场火爆,包括高通、联发科正在寻求PMIC的芯片从8英寸晶圆转向12英寸晶圆制造。

市场繁荣的同时,国内的相关厂商也在这样的市场带动之下在2021年表现业绩也都表现较好。圣邦微营业收入同比增长87.07%、芯朋微公司营业总收入同比增长 75.44%、晶丰明源营收增108.75%、上海贝岭营收增长51.95%、思瑞浦营收增134.06%等相关企业均表现不俗。

PMIC芯片为何爆火?

PMIC(电源管理芯片)是一种应用领域极广的芯片,范围包括工业和网络设备,包括智能手机、平板电脑、固态驱动器、网络和无线物联网设备,以及特定应用的电源管理IC适用于广泛的汽车、消费电子、工业和网络应用,包括汽车 TFT 显示器和超极本、笔记本电脑和平板电脑。

SGM2036 LDO的外部参考设计

SGM2036 内部框图

作为管理电子设备电能供应的关键器件,PMIC可以集成多个功能从而更有效地利用空间并管理系统电源。PMIC可以实现的功能通常包括电压转换器和稳压器、电池充电器、电池电量计、LED 驱动器、实时时钟、电源定序器和电源控制。

正是因为PMIC在电子设备中的基础性作用,使得PMIC虽然不起眼但却是模拟芯片最大的细分市场之一。只要用电的工作的设备,几乎都需要这类芯片,从日用家电到手机电脑,从通信基站到智能汽车。这就是为何PMIC如此火爆的原因。

中国PMIC厂商发力效果初现

PMIC赛道前景广阔,同时进入门槛相对较低,PMIC强调可靠性和稳定性,量产后具有较长的周期性,这些特点让PMIC成为国产厂商竞相发力的赛道。

圣邦微电源管理类模拟芯片包括LDO、微处理器电源监控电路、DC/DC降压转换器、DC/DC升压转换器、 DC/DC升降压转换器、背光及闪光灯LED驱动器、AMOLED电源芯片、PMU、OVP及负载开关、电池充放电管理芯片、电池保护芯片、马达驱动芯片、MOSFET驱动芯片等。

上海贝岭的电源管理产品中一款车规 LDO 和一款 LED 驱动芯片都在2021年实现批量销售,并且还有多款电源产品接到汽车电子客户的意向需求,预计 2022 年可以陆续实现销售。上海贝岭工业级、车规级电源管理芯片产品数量持续增加,进一步提升了在工控、通信、汽车电子电源管理芯片市场的份额。2021年实现6.5亿销售额,同比增加10.29%,毛利率达到42.49%。

思瑞浦的电源管理芯片主要应用于新能源汽车领域(汽车、逆变器、电源模块、电力设施)、信息通讯领域(基站、光网络、中继器、服务器、路由、网关、无线终端)、工业控制领域(变频器、无人机、马达驱动、机器人、可编程逻辑控制)、医疗健康(血氧仪、血压仪、红外测温仪、心电与病人监控仪)和仪器仪表领域(测试测量设备、万用表、示波器、热表、气表、水表)。2021年营收13.3亿人民币,同比增长141.32%。

晶丰明源的产品主要有 LED 照明驱动芯片、内置 AC/DC 电源管理芯片、外置 AC/DC 电源管理芯片及 DC/DC 电源管理芯片,2021年收入23.02亿元,同比增长108.75%。

明微电子推出适用于 Mini 和 Micro 显示潮流的驱动 IC 和智能照明及电源管理类产品,2021年电源管理类芯片AC/DC 驱动芯片实现销售收入由上年的 1203 万元增长至 2244 万元,较上年同期增长 86.52%;DC/DC 驱动芯片实现销售收入由上年的 275 万元增长至 458 万元,较上年同期增长 66.85%。

正如开篇所说,2021年国产PMIC厂商均迎来了上升的表现。这也带动了国内晶圆代工厂在2021年的业绩表现。华虹财报显示2021年模拟与电源管理营收增长84.7%;电源管理的景气也延续到了22年第一季度,华虹表示本季度来自于美国的销售收入 5,810 万美元,同比增长 105.1%,主要得益于其他电源管理产品的需求增加。

PMIC可以分为低功耗 PMIC和高性能PMIC。低功耗PMIC主要应用于可穿戴设备、传感器和物联网设备,这样的设备对芯片尺寸的大小要求较高。高性能PMIC可最大限度地提高每瓦性能,同时提高计算密集型平台,如片上系统 (SoC)、FPGA 和应用处理器的系统效率

以FPGA所需要的PMIC为例,FPGA 供应商通常与电源管理 IC (PMIC) 芯片制造商合作开发电源子系统设计,从而为他们的 FPGA 提供所需的电源轨。如果使用来自多个供应商的 FPGA,可能无法使用相同的 PMIC 为不同品牌的 FPGA 供电。对于国产厂商来说,大部分厂商的产品还集中在较为低端的PMIC产品。面对PMIC的新应用领域,仍距离大厂有一定距离。

PMIC技术提升方向

工艺技术

随着摩尔定律的不断演进,集成电路器件的工艺节点朝着先进的10nm、7nm等方向不断缩小,器件微观结构对数字芯片速度、可靠性、功耗等性能影响越来越大。为了保证不断演变的数字芯片的正常工作,也就催生了与之配套的模拟芯片不断更新与迭代。集成电路器件的结构随着技术节点的推进不断迭代改变,未来或可能出现新的工艺节点技术使得器件的线宽向 3nm 及以下的方向继续缩小,模拟器件也会随着进行不断的更新与演进。

目前PMIC主要采用的制造技术为BCD(BIPOLAR-CMOS-DMOS)。BCD是一项功率集成电路制造技术。ST在八十年代中期发明了这一功技术,BCD 工艺是一种可以将 BJT、CMOS 和 DMOS 器件同时集成到单芯片上的技术。

与传统的 BJT 工艺相比,BCD 工艺在功率应用上具有显著的优势,可以使电路设计者在高精度模拟的 BJT器件、高集成度的 CMOS 器件和作为功率输出级的 DMOS 器件之间自由选择。整合好的 BCD 工艺可大幅降低功耗,提高系统性能,增加可靠性和降低成本。

BCD 工艺技术从第一代的 4um BCD 工艺发展到了最新的 65nm BCD 工艺,线宽尺寸不断减小,也采用了更加先进的多种金属互连技术;另一方面,BCD 工艺向着标准化、模块化发展,其混合工艺由标准的基本工序组合而成,设计人员可以根据各自的需要增减相应的工艺步骤。

随着PMIC将会使用在更复杂、更高压的环境中,因此PMIC需要BCD 工艺主要向着高压、高功率和高密度三个方向发展,最终提高模拟集成电路的可靠性和稳定性。

先进材料

除了工艺方面,为了PMIC的性能能进一步提升,产业还在研究SOI材料。SOI 是用于集成电路制造的基于单晶硅的半导体材料,可替代广泛应用的体硅(Bulk Silicon)材料。SOI原理是在硅晶体管之间,加入绝缘体物质,可使两者之间的寄生电容比原来的少上一倍。优点是可以较易提升时脉,并减少电流漏电成为省电的IC。在工艺上还可以省略部分光掩模以节省成本,因此不论在工艺上或是电路上都有其优势。

SOI可防止电子流失补强一些原本Bulk wafer器件的缺点。用 SOI 生产的集成电路具有速度快、功耗低的特点,因此 SOI 技术被广泛地用于制造大规模集成电路。在模拟集成电路的各种应用领域。除了速度快、功耗低的特点,SOI 拥有极好的电学隔离性能,成为了部分模拟射频芯片的理想选择;无 Latch-up 的特点解决了很多高压模拟信号处理电路和高压电源芯片的可靠性难题。

SOI 技术从很大程度上拓展了模拟集成电路里的应用领域。由于市场的驱动,SOI 的生产工艺也不断改进,性能逐渐稳定,成本持续降低。目前主要的 SOI 17 生产工艺包括注氧隔离(SIMOX),键合再减薄(BESOI),智能剥离(Smart-Cut),外延层转移 (ELTRAN)等。

功能集成

此外,PMIC未来的趋势一定会向更高性能、高效率方向发展。不仅包括这种简单进行电压转换的功能,还会集成一些其他功能,以美信MAX20069C为例,这款IC集成了一个降压-升压转换器、一个升压转换器、两个栅极驱动器电源和一个升压/SEPIC 转换器,可以为显示屏背光中的一到四个 LED 串供电。

PMIC的新动力

根据CINNO Research统计数据显示,2021年中国大陆面板企业电源管理芯片的采购规模达到近7亿美金。未来随着大陆G10.5/11高世代线产能的持续释放,以及华星光电t9等多座新建面板产线的投产,大陆本土面板厂对电源管理芯片的需求量将持续增长。

而集创北方能在国内显示产业的PMIC市场拿下第一,要归功于集创北方近几年围绕新型显示产业布局完整,包含显示驱动芯片、电源管理芯片、LED显示驱动芯片、时序控制芯片、指纹识别芯片、触控芯片、硅基OLED芯片等全品类显示芯片。

对于国产厂商来说,针对PMIC的设计需要更有前瞻性,才有机会像集创北方一样在机会到来时抓住机遇。据国际市场调研机构 TMR 预测,到 2026 年全球电源管理芯片的市场规模将达到 565 亿美元,2018-2026 年间年复合增长率将达 10.7%。

未来汽车电子、工业应用、大数据处理中心这些领域将会成为PMIC增长的新动力。对于国产PMIC厂商来说,未来是光明的。

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