Mercado de chips de suministro de energía en paquete: tamaño de la industria global, participación, tendencias, oportunidades y pronóstico, segmentado por producto (PSiP y PwrSoC), por aplicación (telecomunicaciones y TI, automotriz, electrónica de consumo, dispositivos médicos y militares y defensa), por región, por competencia, 2019-2029F

Descripción general del mercado

El mercado global de chips de suministro de energía en paquete se valoró en USD 1.67 mil millones en 2023 y se anticipa que proyectará un crecimiento sólido en el período de pronóstico con una CAGR del 5,21% hasta 2029.

Impulsores clave del mercado

Tendencias de miniaturización e integración en electrónica de consumo

El mercado de chips de suministro de energía en paquete (PSiP) está impulsado significativamente por las tendencias actuales hacia la miniaturización y la integración en la electrónica de consumo. A medida que la demanda de los consumidores de dispositivos electrónicos más pequeños, livianos y portátiles continúa creciendo, existe una necesidad cada vez mayor de soluciones de suministro de energía que ocupen un espacio mínimo y al mismo tiempo brinden un alto rendimiento. Los chips PSiP satisfacen esta demanda al integrar múltiples componentes de potencia, como convertidores CC-CC, reguladores de voltaje y, a veces, componentes pasivos, en un paquete compacto. Esta integración reduce significativamente el espacio que ocupa el módulo de fuente de alimentación en comparación con las soluciones discretas tradicionales, lo que permite a los fabricantes diseñar productos más elegantes y con mayor eficiencia energética.

Por ejemplo, en teléfonos inteligentes, dispositivos portátiles y dispositivos IoT, donde las limitaciones de espacio son críticas, los chips PSiP ofrecen una solución viable al consolidar las funciones de administración de energía en un solo paquete. Esto no solo ahorra un valioso espacio en la placa, sino que también mejora la confiabilidad general del sistema al reducir la cantidad de interconexiones y posibles puntos de falla. Los fabricantes se benefician de procesos de diseño simplificados y un tiempo de comercialización más rápido, ya que los chips PSiP agilizan los procedimientos de ensamblaje y prueba.

Las tendencias de miniaturización se extienden más allá de la electrónica de consumo a aplicaciones industriales como la automatización industrial, la robótica y la electrónica automotriz. En estos sectores, las soluciones de suministro de energía compactas son esenciales para optimizar la utilización del espacio y mejorar el rendimiento del sistema. Los chips PSiP permiten a los fabricantes cumplir con los estrictos requisitos de tamaño y peso sin comprometer la eficiencia energética ni la confiabilidad. A medida que las industrias continúan adoptando la IoT y las tecnologías de fabricación inteligente, se espera que aumente la demanda de chips PSiP capaces de ofrecer una alta densidad de potencia en formatos compactos, lo que impulsará aún más el crecimiento del mercado.

Demanda de mayor eficiencia energética

Otro factor clave para el mercado de chips PSiP es la creciente demanda de una mayor eficiencia energética en dispositivos electrónicos. Los sistemas electrónicos modernos, en particular los de computación de alto rendimiento, equipos de red y aplicaciones de servidor, requieren soluciones de suministro de energía eficientes que puedan funcionar de manera confiable en condiciones de carga variables y, al mismo tiempo, minimizar las pérdidas de energía. Los chips PSiP aprovechan las tecnologías avanzadas de semiconductores y las técnicas de empaquetado para lograr una mayor eficiencia energética en comparación con las soluciones discretas tradicionales.

Al integrar componentes de energía en estrecha proximidad dentro del mismo paquete, los chips PSiP reducen los efectos parásitos como la inductancia y la resistencia, mejorando así la eficiencia energética general. Esta eficiencia se traduce en un menor consumo de energía, una mayor duración de la batería en dispositivos portátiles y menores costos operativos en centros de datos e infraestructura de telecomunicaciones. Además, los chips PSiP con una eficiencia energética mejorada ayudan a disipar el calor de manera más efectiva, lo que garantiza un funcionamiento confiable incluso en condiciones ambientales exigentes.

Por ejemplo, en los centros de datos donde el consumo de energía y la disipación de calor son preocupaciones críticas, los chips PSiP desempeñan un papel crucial en la optimización del suministro de energía. Estos chips permiten a los operadores de centros de datos lograr mayores densidades de energía, reducir los requisitos de enfriamiento y mejorar la eficiencia energética general, lo que reduce los gastos operativos y el impacto ambiental.

Crecimiento en la adopción de tecnologías avanzadas de semiconductores

El mercado de chips PSiP se ve impulsado aún más por la rápida adopción de tecnologías avanzadas de semiconductores, como SiP (sistema en paquete) y técnicas de empaquetado avanzadas como el empaquetado a nivel de oblea en abanico (FOWLP). Estas tecnologías permiten la integración de múltiples funciones y componentes en un solo paquete, incluidas las funciones de administración de energía tradicionalmente manejadas por componentes discretos.

Las técnicas SiP y FOWLP permiten una integración más estrecha de diversas funcionalidades, incluidos los componentes analógicos, digitales y de RF, junto con las funciones de administración de energía dentro de un espacio compacto. Los chips PSiP se benefician de estos avances al ofrecer un rendimiento, una fiabilidad y una rentabilidad mejorados en comparación con los enfoques convencionales. Permiten a los fabricantes de semiconductores ofrecer soluciones innovadoras que satisfacen las crecientes demandas de una mayor integración, factores de forma reducidos y una eficiencia energética mejorada en una amplia gama de aplicaciones.

El mercado de chips Power Supply In Package (PSiP) está impulsado por las tendencias de miniaturización en la electrónica de consumo, la demanda de una mayor eficiencia energética y el crecimiento en la adopción de tecnologías avanzadas de semiconductores. Estos impulsores subrayan la evolución del mercado hacia soluciones de suministro de energía compactas, eficientes e integradas que atienden diversas aplicaciones que abarcan la electrónica de consumo, la automatización industrial, las telecomunicaciones y más allá. A medida que la tecnología sigue avanzando, los chips PSiP están preparados para desempeñar un papel fundamental en el suministro de energía a la próxima generación de dispositivos y sistemas electrónicos en todo el mundo.

Principales desafíos del mercado

Gestión térmica

Uno de los desafíos importantes que enfrenta el mercado de chips Power Supply in Package (PSiP) es la gestión térmica. A medida que los dispositivos semiconductores se reducen cada vez más y su complejidad aumenta, generan mayores densidades de potencia en áreas más pequeñas. Los chips PSiP, que integran componentes de suministro de energía en un único paquete, enfrentan el desafío crítico de disipar el calor de manera eficiente. Una gestión térmica inadecuada puede provocar un sobrecalentamiento, lo que no solo compromete el rendimiento y la confiabilidad de los chips PSiP, sino que también acorta su vida útil operativa.

Los problemas térmicos surgen debido a la naturaleza compacta de los diseños PSiP, donde múltiples componentes de potencia, como reguladores de voltaje, inductores y capacitores, se encuentran densamente empaquetados en un espacio confinado. La disipación eficiente del calor se vuelve crucial para evitar el descontrol térmico y mantener un funcionamiento estable. Los métodos de enfriamiento tradicionales, como disipadores de calor y ventiladores, pueden no ser siempre factibles debido a las limitaciones de espacio o pueden no proporcionar suficiente enfriamiento para aplicaciones PSiP de alta potencia.

Los desafíos térmicos se ven exacerbados por la tendencia hacia frecuencias operativas más altas y demandas de eficiencia energética en los dispositivos electrónicos modernos. A medida que los chips PSiP se utilizan cada vez más en aplicaciones como teléfonos inteligentes, tabletas y dispositivos portátiles donde el tamaño y el peso son críticos, abordar la gestión térmica se vuelve aún más complejo. Los fabricantes deben innovar en diseño térmico, materiales y soluciones de refrigeración para garantizar que los chips PSiP funcionen dentro de rangos de temperatura seguros sin comprometer el rendimiento ni la confiabilidad.

Para mitigar los desafíos térmicos, los avances en la ciencia de los materiales desempeñan un papel crucial. Se están desarrollando nuevos materiales de interfaz térmica (TIM) con alta conductividad térmica y baja impedancia para mejorar la transferencia de calor entre los chips PSiP y los disipadores de calor o almohadillas térmicas. Además, se están explorando técnicas de empaquetado innovadoras, como tubos de calor integrados, cámaras de vapor y arquitecturas de refrigeración avanzadas para mejorar las capacidades de disipación térmica al tiempo que se mantienen factores de forma compactos.

Durante la fase de diseño se emplean herramientas de simulación y modelado para predecir y optimizar el rendimiento térmico. Estas herramientas permiten a los ingenieros simular la generación y disipación de calor dentro de los paquetes PSiP, lo que permite realizar ajustes de diseño proactivos para mejorar la eficiencia térmica y la confiabilidad. En definitiva, superar los desafíos de gestión térmica en el mercado de chips PSiP requiere un enfoque multidisciplinario que involucre ciencia de materiales, innovaciones en empaquetado y estrategias avanzadas de ingeniería térmica.

Mitigación de interferencias electromagnéticas (EMI)

Otro desafío significativo en el mercado de chips de fuente de alimentación en paquete (PSiP) es mitigar la interferencia electromagnética (EMI). Los chips PSiP integran múltiples componentes de fuente de alimentación en un paquete compacto, que a menudo funciona a altas frecuencias y velocidades de conmutación. Esto puede generar inadvertidamente emisiones electromagnéticas que interfieren con dispositivos electrónicos o sistemas de comunicación cercanos, lo que lleva a una posible degradación del rendimiento o problemas de cumplimiento con las normas regulatorias.

La mitigación de EMI es fundamental, en particular en aplicaciones donde los chips PSiP se implementan en entornos sensibles como la electrónica automotriz, los dispositivos médicos o los sistemas aeroespaciales. Los organismos reguladores imponen límites estrictos a las emisiones electromagnéticas para garantizar la compatibilidad electromagnética (EMC) y evitar interferencias con sistemas electrónicos críticos. El incumplimiento de estas normas puede dar lugar a costosos rediseños, retrasos en la certificación del producto o incluso el rechazo del mercado.

Los diseñadores de chips PSiP se enfrentan al reto de minimizar las emisiones electromagnéticas manteniendo al mismo tiempo una conversión de potencia eficiente y la integridad de la señal. Las consideraciones de diseño, como la optimización del diseño, las técnicas de protección y los mecanismos de filtrado, son esenciales para reducir los niveles de EMI de forma eficaz. La optimización del diseño implica la colocación cuidadosa de los componentes y las trazas de señal dentro del encapsulado PSiP para minimizar las áreas de bucle y el acoplamiento de la señal, reduciendo así las emisiones radiadas.

Se pueden emplear técnicas de protección, como latas de metal o revestimientos conductores, para contener los campos electromagnéticos y evitar que se irradien fuera del encapsulado PSiP. La conexión a tierra y el enrutamiento efectivos de señales de alta frecuencia mediante planos de tierra dedicados y trazas de impedancia controladas ayudan a mitigar los problemas de integridad de la señal y reducen la susceptibilidad a la interferencia electromagnética externa.

Tendencias clave del mercado

I

El mercado global de chips de fuente de alimentación en paquete (PSiP) está siendo testigo actualmente de una tendencia transformadora hacia la integración de capacidades avanzadas de control y monitoreo digital dentro de los diseños de PSiP. Esta tendencia marca una evolución significativa en las tecnologías de suministro de energía, impulsada por la creciente demanda de sistemas electrónicos más inteligentes, eficientes y confiables en varias industrias.

El monitoreo digital permite un diagnóstico integral y la detección de fallas dentro de la unidad de suministro de energía. Los ingenieros y operadores del sistema pueden monitorear de forma remota parámetros críticos como la temperatura, los niveles de voltaje y el consumo de corriente, lo que permite un mantenimiento proactivo y la resolución de problemas. Este enfoque proactivo minimiza el tiempo de inactividad y mejora la continuidad operativa, particularmente en aplicaciones de misión crítica donde la confiabilidad es primordial.

La tendencia hacia la digitalización en los diseños de PSiP se alinea con avances industriales más amplios en inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML). Al aprovechar las capacidades de control digital, los chips PSiP pueden implementar algoritmos adaptativos que optimizan el suministro de energía en tiempo real basándose en análisis predictivos y datos históricos. Este enfoque de mantenimiento predictivo anticipa posibles fallas, extiende la vida útil de los componentes y reduce los costos generales del ciclo de vida de los dispositivos y sistemas electrónicos.

La adopción de chips PSiP con características digitales avanzadas está ganando terreno entre los fabricantes e integradores de sistemas que buscan ventajas competitivas. Estos chips ofrecen diferenciación a través de métricas de rendimiento mejoradas, garantías de confiabilidad y protección para el futuro frente a los requisitos tecnológicos en evolución. A medida que aumentan las expectativas de los consumidores de dispositivos más inteligentes y conectados, se espera que la demanda de soluciones PSiP capaces de control y monitoreo digital se expanda en los mercados globales.

La integración de capacidades avanzadas de control y monitoreo digital dentro de los diseños PSiP representa una tendencia fundamental que configura el futuro del mercado global de chips encapsulados para suministro de energía. A medida que las capacidades tecnológicas continúan evolucionando y las expectativas de los clientes evolucionan, los chips PSiP equipados con inteligencia digital están preparados para desempeñar un papel central en el impulso de la próxima ola de dispositivos y sistemas electrónicos innovadores en varios sectores en todo el mundo.

Adopción de materiales de banda ancha (WBG) para un rendimiento mejorado

Otra tendencia significativa en el mercado de chips de fuente de alimentación en paquete (PSiP) es la adopción de materiales de banda ancha (WBG), como el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), para lograr una mayor eficiencia y rendimiento en aplicaciones de conversión de energía. Los materiales WBG ofrecen propiedades eléctricas superiores en comparación con los semiconductores tradicionales basados en silicio, incluidos voltajes de ruptura más altos, velocidades de conmutación más rápidas y menor resistencia de encendido.

Los chips PSiP que incorporan materiales WBG permiten a los fabricantes desarrollar fuentes de alimentación que funcionan a frecuencias y temperaturas más altas al tiempo que mantienen altos niveles de eficiencia. Esta capacidad es particularmente beneficiosa en aplicaciones que requieren conmutación rápida y alta densidad de potencia, como vehículos eléctricos (VE), sistemas de energía renovable y automatización industrial.

Por ejemplo, en los VE, los chips PSiP basados en materiales WBG facilitan el desarrollo de cargadores integrados compactos y ligeros y convertidores CC-CC, mejorando la eficiencia del vehículo y ampliando la autonomía. De manera similar, en sistemas de energía renovable, como inversores solares y turbinas eólicas, los chips PSiP con materiales WBG mejoran la eficiencia y la fiabilidad de la conversión de energía, lo que contribuye al rendimiento general y la rentabilidad de las soluciones de energía limpia.

La adopción de materiales WBG en chips PSiP también se alinea con los objetivos de sostenibilidad al reducir las pérdidas de energía y las emisiones de carbono en los procesos de conversión de energía. A medida que las industrias priorizan la eficiencia energética y la sostenibilidad ambiental, se espera que crezca la demanda de chips PSiP que aprovechen los materiales WBG, lo que impulsará la innovación y la expansión del mercado en el sector de la electrónica de potencia.

Información segmentaria

Información sobre productos

El segmento de fuente de alimentación en paquete (PSiP) tuvo la mayor participación de mercado en 2023.

Uno de los principales impulsores del segmento PSiP es la demanda de miniaturización y eficiencia espacial en los dispositivos electrónicos. A medida que las expectativas de los consumidores de productos más pequeños, livianos y portátiles continúan aumentando, los fabricantes están bajo presión para reducir el espacio ocupado por los componentes electrónicos sin comprometer el rendimiento. Las soluciones PSiP abordan este desafío al consolidar múltiples componentes de potencia en un paquete compacto, lo que reduce el espacio en la placa y permite el diseño de dispositivos más elegantes y compactos. Esta tendencia de miniaturización es particularmente crucial en dispositivos móviles, wearables y dispositivos IoT, donde las limitaciones de tamaño impulsan la adopción de soluciones de potencia integradas.

La creciente complejidad y los requisitos de rendimiento de los sistemas electrónicos están impulsando la necesidad de soluciones de gestión de potencia mejoradas. Las tecnologías PSiP ofrecen una mayor eficiencia, mayor densidad de potencia y mejor gestión térmica en comparación con las soluciones discretas. Al integrar los componentes de potencia en estrecha proximidad, los diseños PSiP minimizan la inductancia y la resistencia parásitas, mejorando así la eficiencia de la entrega de potencia y reduciendo la interferencia electromagnética (EMI). Estos avances respaldan el desarrollo de aplicaciones de alto rendimiento, como centros de datos, infraestructura de telecomunicaciones y sistemas de potencia de automoción, donde la gestión de potencia fiable y eficiente es fundamental.

El rápido crecimiento de los dispositivos IoT y las tecnologías de computación de borde está impulsando la demanda de soluciones de potencia que puedan funcionar de manera eficiente en entornos compactos y, a menudo, hostiles. Las soluciones PSiP están diseñadas para cumplir con los estrictos requisitos de los dispositivos IoT al proporcionar un suministro de energía estable, un funcionamiento con bajo nivel de ruido y resistencia a factores ambientales como variaciones de temperatura y vibraciones. Esta confiabilidad es esencial para sensores, actuadores y módulos de comunicación implementados en hogares inteligentes, automatización industrial y aplicaciones IoT automotrices, donde el funcionamiento ininterrumpido es primordial.

Información regional

La región de Asia Pacífico tuvo la mayor participación de mercado en 2023.

La rápida expansión de los sectores de telecomunicaciones y electrónica de consumo en APAC es un impulsor importante para los chips PSiP. Países como China, Japón, Corea del Sur y Taiwán son centros importantes para la fabricación de productos electrónicos, con un mercado floreciente para teléfonos inteligentes, tabletas, dispositivos portátiles y dispositivos IoT. Los chips PSiP ofrecen soluciones de suministro de energía compactas y eficientes adecuadas para estas aplicaciones compactas y sensibles a la energía. Integran funciones de gestión de energía como regulación de voltaje, convertidores de conmutación y gestión térmica directamente en un solo paquete, lo que reduce el espacio ocupado por la PCB y mejora la eficiencia general del sistema.

La industria automotriz en APAC está adoptando cada vez más chips PSiP para cumplir con los estrictos requisitos de eficiencia energética y confiabilidad de los vehículos modernos. Con el auge de los vehículos eléctricos (VE), los vehículos híbridos y los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), existe una mayor demanda de soluciones de energía compactas y robustas que puedan operar de manera eficiente en entornos automotrices desafiantes. Los chips PSiP brindan a los fabricantes de automóviles soluciones para la conversión de energía, la gestión de la batería y la gestión térmica, lo que contribuye a mejorar el rendimiento, la autonomía y la seguridad del vehículo.

La rápida implementación de la infraestructura 5G en APAC está acelerando la demanda de chips PSiP en equipos de telecomunicaciones. Las redes 5G requieren procesamiento de datos de alta velocidad y capacidades de comunicación de baja latencia, lo que requiere soluciones avanzadas de gestión de energía para garantizar el funcionamiento confiable y eficiente de la infraestructura de red, las estaciones base y los dispositivos móviles. Los chips PSiP ofrecen soluciones energéticas integradas que ayudan a las empresas de telecomunicaciones a optimizar el consumo de energía, reducir los costos operativos y mejorar el rendimiento de la red, lo que respalda la adopción generalizada de la tecnología 5G en toda la región.

El énfasis en las iniciativas de eficiencia energética y sostenibilidad en los países de APAC está impulsando la adopción de chips PSiP en diversas aplicaciones industriales. La tecnología PSiP permite una conversión y gestión eficiente de la energía, lo que reduce el consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero en los sectores de fabricación, transporte e infraestructura. Los gobiernos y los organismos reguladores de APAC están promoviendo tecnologías energéticamente eficientes para lograr objetivos ambientales y reducir la dependencia de los combustibles fósiles, lo que crea un entorno de mercado favorable para los chips PSiP que contribuyen al ahorro de energía y la sostenibilidad.

Acontecimientos recientes

• En febrero de 2024, Intel Corporation lanzó Intel Foundry como un negocio de fundición de sistemas sostenibles orientado a la era de la IA. La empresa también presentó una hoja de ruta de procesos ampliada destinada a mantener el liderazgo de la industria durante la segunda mitad de la década. Además, Intel enfatizó un fuerte soporte al cliente y la colaboración con socios del ecosistema como Synopsys, Cadence, Siemens y Ansys. 

Actores clave del mercado

• InfineonTechnologies AG
• Texas Instruments Incorporated
• Semiconductor Components Industries, LLC
• STMicroelectronics International NV
• AnalogDevices, Inc.
• NXP Semiconductors NV
• RenesasElectronics Corporation
• VishayIntertechnology, Inc.
• Panasonic Corporation
• Lextar Electronics Corp.