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release time:2022-03-17Author source:SlkorBrowse:2993
本周,一则中国本土IGBT新锐量产的消息吸引了不少眼球,7月7日,智新半导体车规级IGBT模块实现量产,这是东风公司和中国中车战略合作成立智新半导体公司后结出的[敏感词]个硕果。
据报道,此次投产的IGBT模块,具有良好的散热性和抗电磁干扰性,能够满足车规级产品的高可靠性要求。这样一来,中国新能源汽车企业又多了一个选择,为本土汽车功率半导体供应链增添了砝码。
近期,不仅智新半导体,在刚刚过去的6月份,以及7月上旬,短短一个多月时间内,中国本土的IGBT芯片和模块,特别是车用产品,不约而同地冒了出来,呈现出集体爆发的态势。
6月,华虹与斯达半导签订战略合作协议,双方共同宣布,携手打造的高功率车规级12英寸IGBT芯片实现量产,已通过终端车企产品验证,广泛进入了以汽车应用为代表的动力单元市场。
6月21日,士兰微公告称,公司拟通过控股子公司成都集佳科技有限公司投资建设“汽车级和工业级功率模块和功率集成器件封装生产线建设项目一期”。该项目总投资为7.58亿元。该项目建设期2年,达产期2年。投产后,IGBT模块将是主力产品。
6月23日,赛晶科技首条IGBT生产线正式竣工投产,IGBT生产线进入试生产阶段。据悉,该公司IGBT项目规划建设2条IGBT芯片背面工艺生产线、5条IGBT模块封装测试生产线,建成后年产能达200万件IGBT模块产品。其IGBT产品应用将涵盖600V至1700V的中低压领域,面向电动汽车、光伏风电、工业变频等市场。
7月5日,闻泰科技宣布通过荷兰子公司安世半导体收购英国半导体厂商Newport Wafer Fab的全部股票。Newport Wafer Fab成立于1982年,主要生产车用高能效功率半导体,而安世半导体是车用芯片和元器件的重要厂商,对于该收购案,闻泰科技董事长张学政表示,Newport的加入,将会有效提升安世半导体在车规级IGBT、MOSFET、Analog和化合物半导体等产品领域的能力。
无论是工厂开工,还是开始量产,或是并购,以上这些厂商都是聚焦在以车用为主的IGBT产品市场,体现出了该市场的火爆程度。
IGBT需求旺盛
未来几年,电动汽车的销量增速有望超过50%。受益于政策支持及销售补助,预计全球及中国新能源电动车销量的复合年增长率将达到32%,这将带动相关半导体,电子产业链的快速发展,汽车作为拉动半导体产业发展的三驾马车之一绝非虚言(5G、物联网和汽车电子被认为是下一波带动半导体产业发展的三大引擎)。
在汽车应用中,功率半导体用量仅次于MCU,其市场份额巨大。
新能源汽车新增半导体用量中大部分是功率半导体。在传统汽车中,功率半导体主要应用在启动与发电、安全等领域,占传统汽车半导体总量的20%,单车价值约为60美元。
由于新能源汽车普遍采用高压电路,当电池输出高电压时,需要频繁进行电压变换,这时电压转换电路(DC-DC)用量大幅提升,此外,还需要大量的DC-AC逆变器、变压器、换流器等,这些对IGBT、MOSFET、 二极管等半导体器件的需求量也有大幅增加。以上这些极大带动了汽车电子系统对功率器件需求的增加。
根据麦肯锡的统计,纯电动汽车的半导体成本为704美元,比传统汽车的350美元增加了1倍,其中功率器件成本高达387美元,占55%。纯电动汽车相比传统汽车新增的半导体成本中,功率器件成本约为269 美元,占新增成本的76%。
新能源电动车动力产生和传输过程与汽油发动机有较大差异,需要频繁进行电压变换和直流-交流转换。加之纯电动车对续航里程的高需求,使得电能管理需求更精细化,这些对IGBT、MOSFET、二极管等功率分立器件的需求远高于传统汽车。而IGBT在汽车需求的带动下,将出现爆发式增长。
车用功率模块(当前的主流是IGBT)决定了车用电驱动系统的关键性能,同时占电机逆变器成本的40%以上,是核心部件。
IGBT约占电机驱动器成本的三分之一,而电机驱动器约占整车成本的15~20%,也就是说,IGBT占整车成本的5~7%。
在技术层面,IGBT芯片经历了一系列的迭代过程,包括从PT向NPT,再到FS的升级,这些使芯片变薄,降低了热阻,并提升了Tj;IEGT、CSTBT和MPT的引入,持续降低了Vce,并提高了功率密度;通过表面金属及钝化层优化,可满足车用的高可靠性要求。
近些年,IGBT在结构上也一直在创新,如出现了RC-IGBT,以及将FWD与IGBT集成到一起的设计;此外,在功能上也有集成,如集成电流、温度传感器等。
IGBT 广泛运用于汽车电机控制系统,目前,汽车电机控制系统需要用到数十个IGBT。以特斯拉为例,特斯拉后三相交流异步电机每相要用到28个IGBT,总计要用84个IGBT,加上电机其他部位的IGBT,特斯拉共计使用了96个IGBT(双电机还要加前电机的36个)。按照 4~5美元/个的价格计算,双电机IGBT价值大概在650美元左右。
虽然SiC MOSFET比IGBT更先进,且市场发展潜力很好(特斯拉已经采用SiC MOSFET,蔚来汽车也将陆续采用)。但就目前来看,SiC功率器件还存在着一些问题,具体表现在:成品率低,成本高;SiC和SiO2界面缺陷多,栅氧长期可靠性是个问题;SiC MOSFET缺少长期可靠性数据。
另外,SiC器件载流能力低,而成本过高,同等级别的SiC MOSFET芯片,其成本是硅基IGBT的8~12倍。功耗方面,SiC MOSFET先于硅基IGBT开通,后于IGBT关断,而IGBT可以实现ZVS(零电压开关),可大幅降低损耗。
总体来看,IGBT的电气特性接近SiC MOSFET芯片的90%,而成本则是SiC MOSFET的25%。因此,SiC和硅混合开关模块会有很大的市场应用前景,而纯SiC器件要想在汽车功率系统当中普及,还需要时间。IGBT依然是市场主力。
中国市场在成长
中国是新能源汽车最重要的市场之一, 中国新能源车销售量占全球销量一半以上。
在这样的市场背景下,国际半导体大厂纷纷与国内汽车主机厂建立战略合作关系,例如,在2018年3月,上汽集团与英飞凌成立合资企业——上汽英飞凌半导体公司。据悉,上汽英飞凌半导体聚焦IGBT模块封装业务,旨在服务上汽集团及其他国内新能源汽车厂商,计划实现100万套的年产能。
另外,闻泰科技取得安世半导体控股权,后者在汽车功率半导体器件领域有着深厚的积累,其超过50%的产品应用在汽车领域,按照规划,安世半导体将在中国大陆逐步扩产。
对比汽车半导体的竞争格局和国外厂商的发展史,中国国内厂商主要有两种发展路径:一是在传统芯片领域通过收购获得技术和客户资源;二是在新能源汽车功率半导体和智能汽车芯片上发力。
电动化为汽车半导体市场带来新增需求的同时,也为国内汽车半导体厂商提供了不少机遇。目前,越来越多的国内厂商开始在新能源汽车功率半导体上布局,代表厂商包括比亚迪、中国中车、士兰微电子,以及前文提到的那几家厂商等。
不过,中国本土的汽车功率半导体厂商还比较弱,市占率比较低,短时间内难以与国际大厂形成真正的竞争关系,还需要不断成长。
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