Рынок интегральных схем для блоков питания в корпусе — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по продуктам (PSiP и PwrSoC), по сферам применения (телекоммуникации и ИТ, автомобилестроение, бытовая электроника, медицинские приборы, а также военная и оборонная промышленность), по регионам, по конкуренции, 2019–2029 гг.

Обзор рынка

Глобальный рынок микросхем для блоков питания в корпусе оценивался в 1,67 млрд долларов США в 2023 году и, как ожидается, будет прогнозировать устойчивый рост в прогнозируемый период со среднегодовым темпом роста 5,21% до 2029 года.

Основные драйверы рынка

Тенденции миниатюризации и интеграции в потребительской электронике

Рынок микросхем для блоков питания в корпусе (PSiP) в значительной степени обусловлен продолжающимися тенденциями миниатюризации и интеграции в потребительской электронике. Поскольку потребительский спрос на более мелкие, легкие и портативные электронные устройства продолжает расти, растет потребность в решениях для блоков питания, которые занимают минимальное пространство, обеспечивая при этом высокую производительность. Чипы PSiP удовлетворяют эту потребность, интегрируя несколько компонентов питания, таких как преобразователи постоянного тока, регуляторы напряжения и иногда пассивные компоненты, в компактный корпус. Такая интеграция значительно уменьшает площадь модуля питания по сравнению с традиционными дискретными решениями, позволяя производителям разрабатывать более изящные и энергоэффективные продукты.

Например, в смартфонах, носимых устройствах и устройствах IoT, где ограничения по пространству имеют решающее значение, чипы PSiP предлагают жизнеспособное решение, объединяя функции управления питанием в одном корпусе. Это не только экономит ценное пространство на плате, но и повышает общую надежность системы за счет сокращения количества соединений и потенциальных точек отказа. Производители выигрывают от упрощенных процессов проектирования и более быстрого выхода на рынок, поскольку чипы PSiP оптимизируют процедуры сборки и тестирования.

Тенденции миниатюризации выходят за рамки потребительской электроники и распространяются на промышленные приложения, такие как промышленная автоматизация, робототехника и автомобильная электроника. В этих секторах компактные решения по питанию имеют важное значение для оптимизации использования пространства и повышения производительности системы. Чипы PSiP позволяют производителям соответствовать строгим требованиям к размеру и весу без ущерба для энергоэффективности или надежности. Поскольку отрасли продолжают внедрять технологии IoT и интеллектуального производства, ожидается, что спрос на чипы PSiP, способные обеспечивать высокую плотность мощности в компактных форм-факторах, будет расти, что еще больше стимулирует рост рынка.

Спрос на повышенную энергоэффективность

Еще одним ключевым фактором для рынка чипов PSiP является растущий спрос на повышенную энергоэффективность в электронных устройствах. Современные электронные системы, особенно в высокопроизводительных вычислениях, сетевом оборудовании и серверных приложениях, требуют эффективных решений по доставке питания, которые могут надежно работать в условиях изменяющейся нагрузки, сводя к минимуму потери энергии. Чипы PSiP используют передовые полупроводниковые технологии и методы упаковки для достижения более высокой энергоэффективности по сравнению с традиционными дискретными решениями.

Благодаря интеграции компонентов питания в непосредственной близости в одном корпусе чипы PSiP уменьшают паразитные эффекты, такие как индуктивность и сопротивление, тем самым повышая общую энергоэффективность. Эта эффективность приводит к снижению потребления энергии, увеличению срока службы батареи в портативных устройствах и снижению эксплуатационных расходов в центрах обработки данных и телекоммуникационной инфраструктуре. Более того, чипы PSiP с повышенной энергоэффективностью помогают более эффективно рассеивать тепло, обеспечивая надежную работу даже в сложных условиях окружающей среды.

Например, в центрах обработки данных, где потребление энергии и рассеивание тепла являются критическими проблемами, чипы PSiP играют решающую роль в оптимизации подачи питания. Эти чипы позволяют операторам центров обработки данных достигать более высоких плотностей мощности, снижать требования к охлаждению и повышать общую энергоэффективность, тем самым снижая эксплуатационные расходы и воздействие на окружающую среду.

Рост внедрения передовых полупроводниковых технологий

Рынок чипов PSiP дополнительно стимулируется быстрым внедрением передовых полупроводниковых технологий, таких как SiP (System in Package) и передовых методов упаковки, таких как упаковка на уровне пластины с разветвлением (FOWLP). Эти технологии позволяют интегрировать несколько функций и компонентов в один пакет, включая функции управления питанием, традиционно обрабатываемые дискретными компонентами.

Методы SiP и FOWLP позволяют более тесно интегрировать различные функции, включая аналоговые, цифровые и радиочастотные компоненты, наряду с функциями управления питанием в компактном корпусе. Микросхемы PSiP извлекают выгоду из этих достижений, предлагая повышенную производительность, надежность и экономическую эффективность по сравнению с традиционными подходами. Они позволяют производителям полупроводников поставлять инновационные решения, которые отвечают растущим требованиям к более высокой интеграции, уменьшенным форм-факторам и улучшенной энергоэффективности в широком спектре приложений.

Рынок микросхем Power Supply In Package (PSiP) обусловлен тенденциями миниатюризации в потребительской электронике, спросом на повышенную энергоэффективность и ростом внедрения передовых полупроводниковых технологий. Эти драйверы подчеркивают эволюцию рынка в сторону компактных, эффективных и интегрированных решений для источников питания, которые обслуживают разнообразные приложения, охватывающие потребительскую электронику, промышленную автоматизацию, телекоммуникации и не только. По мере развития технологий чипы PSiP готовы сыграть ключевую роль в обеспечении питания следующего поколения электронных устройств и систем по всему миру.

Основные проблемы рынка

Управление температурой

Одной из существенных проблем, с которой сталкивается рынок чипов Power Supply in Package (PSiP), является управление температурой. Поскольку полупроводниковые устройства продолжают уменьшаться в размерах и усложняться, они генерируют более высокую плотность мощности на меньших площадях. Чипы PSiP, которые интегрируют компоненты источника питания в один корпус, сталкиваются с критической проблемой эффективного рассеивания тепла. Неадекватное управление температурой может привести к перегреву, что не только ставит под угрозу производительность и надежность чипов PSiP, но и сокращает срок их службы.

Проблемы с температурой возникают из-за компактности конструкций PSiP, в которых несколько компонентов питания, таких как регуляторы напряжения, индукторы и конденсаторы, плотно упакованы в ограниченном пространстве. Эффективное рассеивание тепла становится решающим фактором для предотвращения теплового разгона и поддержания стабильной работы. Традиционные методы охлаждения, такие как радиаторы и вентиляторы, не всегда могут быть осуществимы из-за ограничений по пространству или могут не обеспечивать достаточного охлаждения для мощных приложений PSiP.

Проблемы с теплоотдачей усугубляются тенденцией к более высоким рабочим частотам и требованиям к энергоэффективности в современных электронных устройствах. Поскольку чипы PSiP все чаще используются в таких приложениях, как смартфоны, планшеты и носимые устройства, где размер и вес имеют решающее значение, решение проблемы управления температурой становится еще более сложным. Производители должны внедрять инновации в области теплового проектирования, материалов и решений для охлаждения, чтобы гарантировать, что чипы PSiP работают в безопасных температурных диапазонах без ущерба для производительности или надежности.

Для смягчения тепловых проблем решающую роль играют достижения в области материаловедения. Разрабатываются новые материалы термоинтерфейса (TIM) с высокой теплопроводностью и низким импедансом для улучшения теплопередачи между чипами PSiP и радиаторами или термопрокладками. Кроме того, изучаются инновационные методы упаковки, такие как встроенные тепловые трубки, паровые камеры и усовершенствованные архитектуры охлаждения, для улучшения возможностей рассеивания тепла при сохранении компактных форм-факторов.

Инструменты моделирования и имитации используются на этапе проектирования для прогнозирования и оптимизации тепловых характеристик. Эти инструменты позволяют инженерам моделировать выделение и рассеивание тепла в корпусах PSiP, что позволяет вносить упреждающие изменения в конструкцию для повышения тепловой эффективности и надежности. В конечном итоге, преодоление проблем управления температурой на рынке микросхем PSiP требует междисциплинарного подхода, включающего материаловедение, инновации в упаковке и передовые стратегии тепловой инженерии.

Смягчение электромагнитных помех (EMI)

Еще одной важной проблемой на рынке микросхем Power Supply in Package (PSiP) является смягчение электромагнитных помех (EMI). Микросхемы PSiP объединяют несколько компонентов источника питания в компактном корпусе, часто работающем на высоких частотах и скоростях переключения. Это может непреднамеренно генерировать электромагнитные излучения, которые мешают работе близлежащих электронных устройств или систем связи, что приводит к потенциальному снижению производительности или проблемам с соответствием нормативным стандартам.

Смягчение электромагнитных помех имеет решающее значение, особенно в приложениях, где чипы PSiP развертываются в чувствительных средах, таких как автомобильная электроника, медицинские приборы или аэрокосмические системы. Регулирующие органы налагают строгие ограничения на электромагнитные излучения для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) и предотвращения помех критически важным электронным системам. Несоблюдение этих стандартов может привести к дорогостоящим перепроектированиям, задержкам в сертификации продукта или даже отказу от рынка.

Разработчики чипов PSiP сталкиваются с проблемой минимизации электромагнитных излучений при сохранении эффективного преобразования мощности и целостности сигнала. Такие проектные соображения, как оптимизация компоновки, методы экранирования и механизмы фильтрации, имеют важное значение для эффективного снижения уровней ЭМП. Оптимизация компоновки подразумевает тщательное размещение компонентов и сигнальных трасс внутри корпуса PSiP для минимизации областей контуров и связи сигналов, тем самым снижая излучаемые излучения.

Метод экранирования, такой как металлические банки или проводящие покрытия, может использоваться для сдерживания электромагнитных полей и предотвращения их излучения за пределы корпуса PSiP. Эффективное заземление и маршрутизация высокочастотных сигналов с использованием выделенных заземляющих плоскостей и трасс с контролируемым импедансом помогают смягчить проблемы целостности сигнала и снизить восприимчивость к внешним электромагнитным помехам.

Основные тенденции рынка

I

Глобальный рынок микросхем для блоков питания в корпусе (PSiP) в настоящее время демонстрирует преобразующую тенденцию к интеграции расширенных возможностей цифрового управления и мониторинга в конструкции PSiP. Эта тенденция знаменует собой значительную эволюцию в технологиях электропитания, обусловленную растущим спросом на более интеллектуальные, эффективные и надежные электронные системы в различных отраслях промышленности.

Цифровой мониторинг позволяет проводить комплексную диагностику и обнаружение неисправностей в блоке питания. Инженеры и операторы систем могут удаленно контролировать критические параметры, такие как температура, уровни напряжения и потребление тока, что позволяет проводить упреждающее обслуживание и устранение неполадок. Этот упреждающий подход минимизирует время простоя и повышает непрерывность работы, особенно в критически важных приложениях, где надежность имеет первостепенное значение.

Тенденция к цифровизации в конструкциях PSiP совпадает с более широкими достижениями отрасли в области искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МО). Используя возможности цифрового управления, чипы PSiP могут реализовывать адаптивные алгоритмы, которые оптимизируют подачу питания в режиме реального времени на основе прогнозной аналитики и исторических данных. Этот подход к прогнозному обслуживанию предвидит потенциальные сбои, продлевает срок службы компонентов и снижает общие затраты на жизненный цикл электронных устройств и систем.

Внедрение чипов PSiP с расширенными цифровыми функциями набирает обороты среди производителей и системных интеграторов, ищущих конкурентные преимущества. Эти чипы предлагают дифференциацию за счет улучшенных показателей производительности, гарантий надежности и готовности к будущим изменениям в технологических требованиях. По мере роста ожиданий потребителей в отношении более интеллектуальных и подключенных устройств ожидается, что спрос на решения PSiP, способные осуществлять цифровое управление и мониторинг, будет расширяться на мировых рынках.

Интеграция расширенных возможностей цифрового управления и мониторинга в конструкции PSiP представляет собой ключевую тенденцию, определяющую будущее мирового рынка микросхем для блоков питания в корпусе. По мере развития технологических возможностей и роста ожиданий клиентов микросхемы PSiP, оснащенные цифровым интеллектом, готовы сыграть центральную роль в обеспечении работы следующей волны инновационных электронных устройств и систем в различных секторах по всему миру.

Внедрение материалов с широкой запрещенной зоной (WBG) для повышения производительности

Еще одной важной тенденцией на рынке микросхем для блоков питания в корпусе (PSiP) является внедрение материалов с широкой запрещенной зоной (WBG), таких как карбид кремния (SiC) и нитрид галлия (GaN), для достижения более высокой эффективности и производительности в приложениях преобразования энергии. Материалы WBG обладают превосходными электрическими свойствами по сравнению с традиционными полупроводниками на основе кремния, включая более высокое напряжение пробоя, более высокую скорость переключения и более низкое сопротивление во включенном состоянии.

Микросхемы PSiP, включающие материалы WBG, позволяют производителям разрабатывать источники питания, которые работают на более высоких частотах и температурах, сохраняя при этом высокий уровень эффективности. Эта возможность особенно полезна в приложениях, требующих быстрого переключения и высокой плотности мощности, таких как электромобили (ЭМ), системы возобновляемой энергии и промышленная автоматизация.

Например, в ЭМ чипы PSiP на основе материалов WBG облегчают разработку компактных и легких бортовых зарядных устройств и преобразователей постоянного тока, повышая эффективность транспортного средства и увеличивая дальность поездки. Аналогичным образом, в системах возобновляемой энергии, таких как солнечные инверторы и ветряные турбины, чипы PSiP с материалами WBG повышают эффективность и надежность преобразования энергии, способствуя общей производительности и экономической эффективности решений в области чистой энергии.

Внедрение материалов WBG в чипы PSiP также соответствует целям устойчивого развития за счет снижения потерь энергии и снижения выбросов углерода в процессах преобразования энергии. Поскольку отрасли отдают приоритет энергоэффективности и экологической устойчивости, ожидается, что спрос на чипы PSiP, использующие материалы WBG, будет расти, что будет способствовать инновациям и расширению рынка в секторе силовой электроники.

Сегментная аналитика

Сводка по продуктам

Сегмент блоков питания в корпусе (PSiP) занимал наибольшую долю рынка в 2023 году.

Одним из основных драйверов в сегменте PSiP является спрос на миниатюризацию и эффективность использования пространства в электронных устройствах. Поскольку ожидания потребителей в отношении более компактных, легких и портативных продуктов продолжают расти, производители вынуждены сокращать площадь электронных компонентов без ущерба для производительности. Решения PSiP решают эту проблему путем объединения нескольких компонентов питания в компактный корпус, тем самым сокращая пространство на плате и позволяя проектировать более изящные, более компактные устройства. Эта тенденция миниатюризации особенно важна в мобильных устройствах, носимых устройствах и устройствах IoT, где ограничения по размеру обуславливают принятие интегрированных решений по питанию.

Растущая сложность и требования к производительности электронных систем обуславливают необходимость в усовершенствованных решениях по управлению питанием. Технологии PSiP предлагают повышенную эффективность, более высокую плотность мощности и лучшее управление температурой по сравнению с дискретными решениями. Интегрируя компоненты питания в непосредственной близости, конструкции PSiP минимизируют паразитную индуктивность и сопротивление, тем самым повышая эффективность подачи питания и снижая электромагнитные помехи (EMI). Эти достижения поддерживают разработку высокопроизводительных приложений, таких как центры обработки данных, телекоммуникационная инфраструктура и автомобильные системы питания, где надежное и эффективное управление питанием имеет решающее значение.

Быстрый рост устройств IoT и технологий периферийных вычислений подпитывает спрос на решения по питанию, которые могут эффективно работать в компактных и часто суровых условиях. Решения PSiP разработаны для удовлетворения строгих требований устройств IoT, обеспечивая стабильную подачу питания, низкий уровень шума и устойчивость к факторам окружающей среды, таким как колебания температуры и вибрация. Эта надежность имеет важное значение для датчиков, исполнительных механизмов и коммуникационных модулей, используемых в умных домах, промышленной автоматизации и автомобильных приложениях IoT, где бесперебойная работа имеет первостепенное значение.

Региональные данные

Азиатско-Тихоокеанский регион занимал самую большую долю рынка в 2023 году.

Быстрое расширение секторов потребительской электроники и телекоммуникаций в Азиатско-Тихоокеанском регионе является значительным драйвером для чипов PSiP. Такие страны, как Китай, Япония, Южная Корея и Тайвань, являются основными центрами производства электроники с растущим рынком смартфонов, планшетов, носимых устройств и гаджетов IoT. Чипы PSiP предлагают компактные, эффективные решения по подаче питания, подходящие для этих компактных и чувствительных к питанию приложений. Они интегрируют функции управления питанием, такие как регулирование напряжения, коммутационные преобразователи и терморегулирование, непосредственно в один пакет, что сокращает площадь печатной платы и повышает общую эффективность системы.

Автомобильная промышленность в Азиатско-Тихоокеанском регионе все чаще использует чипы PSiP для соответствия строгим требованиям энергоэффективности и надежности современных транспортных средств. С ростом числа электромобилей (EV), гибридных транспортных средств и усовершенствованных систем помощи водителю (ADAS) растет спрос на компактные и надежные решения для электропитания, которые могут эффективно работать в сложных автомобильных условиях. Чипы PSiP предоставляют производителям автомобилей решения для преобразования энергии, управления аккумуляторами и терморегулирования, способствуя повышению производительности, дальности и безопасности транспортных средств.

Быстрое развертывание инфраструктуры 5G в Азиатско-Тихоокеанском регионе ускоряет спрос на чипы PSiP в телекоммуникационном оборудовании. Сети 5G требуют высокоскоростной обработки данных и возможностей связи с малой задержкой, что требует усовершенствованных решений по управлению питанием для обеспечения надежной и эффективной работы сетевой инфраструктуры, базовых станций и мобильных устройств. Чипы PSiP предлагают интегрированные решения в области питания, которые помогают телекоммуникационным компаниям оптимизировать энергопотребление, сократить эксплуатационные расходы и повысить производительность сети, тем самым поддерживая широкое внедрение технологии 5G во всем регионе.

Упор на инициативы по энергоэффективности и устойчивому развитию в странах Азиатско-Тихоокеанского региона стимулирует внедрение чипов PSiP в различных промышленных приложениях. Технология PSiP обеспечивает эффективное преобразование и управление энергией, сокращая потребление энергии и выбросы парниковых газов в секторах производства, транспорта и инфраструктуры. Правительства и регулирующие органы в Азиатско-Тихоокеанском регионе продвигают энергоэффективные технологии для достижения экологических целей и снижения зависимости от ископаемого топлива, создавая благоприятную рыночную среду для чипов PSiP, которые способствуют экономии энергии и устойчивому развитию.

Последние разработки

• В феврале 2024 года корпорация Intel запустила Intel Foundry как устойчивый системный литейный бизнес, ориентированный на эпоху ИИ. Компания также представила расширенную дорожную карту процессов, направленную на сохранение лидерства в отрасли во второй половине десятилетия. Кроме того, Intel подчеркнула сильную поддержку клиентов и сотрудничество с партнерами по экосистеме, такими как Synopsys, Cadence, Siemens и Ansys.

Ключевые игроки рынка

• 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.