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中國作為全球最大的新能源汽車市場,車規功率半導體需求強勁,電動化與高壓化是兩大重要推動力。功率半導體的具體應用場景已經從燃油車時代的輔助驅動系統單一場景不斷向牽引逆變器、OBC、高低壓輔助驅動系統、DC/DC模塊、充電樁等多個細分領域拓展。
在過去相當長的時間里,全球車規級功率半導體市場主要被英飛凌、安森美、富士電機、三菱電機和賽米控等美歐日國家的企業壟斷,國內市場存在巨大的供需缺口。在新能源汽車超預期發展、供應鏈安全與穩定、技術自主可控、國產替代進程加速推進的驅動下,車規級功率半導體領域從設計、研發到生產制造包括封裝測試,在國內已經形成全產業鏈,國內功率半導體自給率已經超過20%,特別是二極管、晶閘管、低壓MOSFET(非車規)等低端產品已初現規模化效應、國產化率相對較高等特點;在中高端領域,如SJ MOSFET、IGBT、SiC MOSFET,特別是車規產品,國內廠家依然在追隨海外廠家的技術發展路線,隨著碳化硅等功率半導體的國產化和產能釋放,國產替代增長潛力巨大。
功率半導體,是電能轉換與電路控制的核心器件,包括功率分立器件和功率IC,功率分立器件又包含二極管、晶閘管和晶體管,其中晶體管根據應用領域和制程分為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、MOSFET和雙極型晶體管(BJT)等。從市場需求看,MOSFET、IGBT及SiC MOSFET為目前功率半導體分立器件的主力產品。
* 二極管與晶閘管
車規二極管包括肖特基二極管(SBD)、超快二極管等產品,低頻的二極管、晶閘管主要用于整流;車規二極管與晶閘管國內代表廠家有蘇州固礙、安世半導體、捷捷微電等。
* MOSFET
低壓MOS,主要以40V,60V,100V Planar平面型、Trench溝槽型和SGT屏蔽柵MOSFET為主,單車用量大、應用場景多且復雜;中壓SGT MOSFET工作電壓范圍通常在30V~250V之間,其中中壓(100V~250V)一般并聯多個MOSFET單管用于A00級小型電動汽車或中混車輛(動力電池電壓在200V上下)的主驅逆變器、OBC、DC/DC、空調壓縮機等零部件中;高壓超級結SJ MOSFET,工作電壓通常在650V~900V,主要用于當前廣泛搭載的400V動力電池平臺汽車的主驅逆變器、OBC、DC/DC和PTC等產品上。國內代表廠家有士蘭微、安世半導體、華潤微、揚杰科技、華微電子、新潔能、東微半導體、捷捷微電等。
* IGBT
IGBT是由MOSFET和BJT復合而成的功率半導體器件,通常分單管、模塊和IPM模塊,是新能源汽車電控系統、高壓充電機、空調系統和直流充電樁的核心器件。國內市場代表廠家有比亞迪半導體、斯達半導體、時代電氣、士蘭微、揚杰科技、華潤微、宏微科技、新潔能等。目前,比亞迪半導體在國內乘用車IGBT功率模塊的市占率超過兩成,是國內目前唯一擁有IGBT全產業鏈IDM模式運營能力的車企,其搭建了從芯片設計、晶圓制造、模塊設計和整車應用的全產業鏈。
*以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導體功率器件
傳統硅基功率器件發展達到極限,第三代半導體時代已經到來。第三代半導體是以碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶半導體材料,具有耐高壓、大電流、耐高溫、高頻、高功率和低損耗等優越性能,有助于提升電動汽車續航能力和縮短電動汽車充電時間,是新能源汽車產業持續發展的重點核心材料。
碳化硅功率器件主要包括碳化硅二極管(SiC SBD等)、碳化硅晶體管(SiC MOSFET等)以及碳化硅功率模塊等。SiC SBD和SiC MOSFET應用于電動汽車主驅逆變器、OBC、DC/DC及充電樁等產品。國內比亞迪半導體實現SiC三相全橋模塊在新能源汽車電機驅動控制器中大批量裝車,斯達半導體車規級SiC MOSFET模塊開始大批量裝車應用,并新增多個使用車規級SiC MOSFET模塊的800V系統的主電機控制器項目定點;士蘭微SiC芯片已經上車;三安光電、華潤微等企業在SiC二極管、SiC MOSFET等器件領域已逐步實現產品系列化。隨著技術的逐步突破,國產替代增長潛力巨大。
比起碳化硅器件,氮化鎵功率器件在同時對效率、頻率、體積等綜合方面有要求的場景中還更有優勢。我國在自主替代大趨勢下,目前在氮化鎵產業鏈各環節均有所涉足,未來氮化鎵器件將在新能源汽車等領域出現較快增長,國內市場的代表企業有英諾賽科等。
*芯片是汽車智能化的關鍵和基礎,我們將分幾期內容分別盤點不同芯片的主要配套供應商,上期發布國內控制類芯片配套供應商情況,本期涉及是功率半導體供應商信息,更多請持續關注汽車供應商網公眾號qcgyscom。
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