2020到2025年全球及中国汽车IGBT行业

IGBT(绝缘栅双极晶体管)是一种完全控制和电压驱动的功率半导体器件,集成了BJT和MOSFET,具有驱动功率小,开关速度快,饱和电压低和电流密度大的优点。IGBT对电气和电子系统至关重要,被视为电气和电子行业的“ CPU”。

IGBT在各种电压等级下都能充分发挥作用,例如在电动汽车中在650〜1200V,家用电器和工业固定装置中在650V,在新能源汽车中在650V或1200V以及在光伏,工业电动机,高速下可在1700V以上使用铁路,子弹头列车,智能电网等

随着汽车技术的转移,功率半导体被指数级地利用,以专注于新能源汽车。车辆性能和成本直接由电机控制系统的技术水平决定,这是NEV产业链的重要组成部分。IGBT是电子控制系统的核心部件,具有高输入阻抗,高开关速度和低传导损耗等优点,在高压系统中起着至关重要的作用。用作高压控制开关组件的IGBT模块约占电机控制器成本的40%。IGBT器件约占NEV成本的10%,约占充电桩成本的20%。

在新能源汽车中,电池管理系统,电动机控制系统,电动空调控制系统,充电系统,正温度系数(PTC)等在电池(主逆变器中)起着转换直流电的作用,将高压电池的直流电转换成交流电(AC)以驱动三相电动机,并(在车载充电器或OBC中)将220V交流电转换成直流电,从而为高压电池充电。

而且,IGBT广泛用于DC / DC转换器,PTC,电动空调压缩机和其他系统中。除了在电池电动汽车中使用外,高压系统中还需要IGBT,而插电式混合动力汽车(PHEV)中的低压系统则需要IGBT,情况也是这样(但规模很小)在部分装有48V混合动力系统的ICE汽车中,例如BSG中的控制模块。

关于其在电动汽车中的使用,对IGBT的要求很高,其电压水平,功率水平,限制条件,可靠性,使用寿命,成本以及其他方面均受到要求。这仍然是一个巨大的挑战。

IGBT封装技术涉及芯片表面互连,卷带互连和导电端子互连,以确保高可靠性和高功率密度,以及在高温下运行电动机控制器。IGBT模块封装目前主要在新型互连材料和互连模式的参数优化方面进行研究,以寻求更好的散热,更小的占位面积和更高的可靠性。

市场竞争

全球IGBT模块市场受到英飞凌,三菱电机,富士电机,ON Semi和Semikron等巨头的统治。中国选手星际力量在全球排名第八。

在发布商对提供的EV和PHEV车型的IGBT供应商进行调查之后,从这些汽车的销售数据中了解了电动汽车(EV + PHEV)IGBT的市场份额。英飞凌保持领先地位,占49.2%,其次是比亚迪20.0%和StarPower 16.6%。

IGBT产业链与商业模式

长期以来,中国一直独立于从国外进口IGBT芯片和模块。自2005年以来,一大批海外IGBT人才来到中国,投身于中国的IGBT事业,中国已经形成了庞大的IGBT产业链。

IGBT商业模式共有三种,包括Fabless,Package和IDM(集成器件制造)。

Fabless是指仅专注于芯片电路设计和销售而外包生产的公司,例如StarPower Semiconductor和江苏CAS-IGBT Technology。

IDM是指涉及芯片设计,制造和封装的公司,例如比亚迪,英飞凌,三菱和士兰微电子。

封装模式是先购买芯片,然后独立进行封装,例如全神贯注于封装技术的Danfoss。博世,大陆集团和德尔福也都有IGBT封装业务。

丹佛斯获得了英飞凌和ON Semi等芯片供应商的支持。2020年6月,英飞凌与Danfoss签署了一项多年协议,并将为后者提供用于电动汽车逆变器电源模块的IGBT和二极管芯片组。2020年7月,安森美半导体(ON Semi)宣布将为电动汽车的逆变器驱动模块提供丹佛斯大功率IGBT和二极管。

发展现状与未来趋势

在汽车电气化的趋势下,IGBT备受追捧。根据Future Electronics.cn的数据,与英飞凌,ON Semi和Microsemi等IGBT供应商相比,现在的供应周期为13周至30周,并且交货期趋于延长,而正常的IGBT供应周期为7周至8周。 。

出版商研究了主要汽车芯片的供应关系和价格,发现StarPower的IGBT产品P6大约是英飞凌同类产品的一半价格。

英飞凌的汽车HybridPACK系列产品属于HP1-DC6和HP-Drive封装平台,其中HP-Drive覆盖80kW至180kW的应用。HP-Drive模块在2018年供不应求,订单的供应周期为39周,它将首先交付给谁先下订单。由于供应不足,NextEV提前支付了人民币1亿元,以在2019年订购英飞凌的HP-Drive能力。

由于市场需求旺盛,IGBT供应商正在筹集资金以提高产量。

2019年4月,安森美半导体收购了Global Foundries在纽约East Fishkill的300mm晶圆厂的所有权,以扩大MOSFET和IGBT芯片的生产。

2020年4月,赛米控增加了超过800万欧元的资本,以扩大在中国的生产,并引进了最先进的MiniSKiiP生产线,以满足中国迅速增长的市场需求。

2020年4月,比亚迪独资子公司深圳比亚迪微电子有限公司成功改组。比亚迪半导体于2020年5月26日完成了A轮融资,筹集资金19.亿元人民币,并于2020年6月15日完成了由投资者筹集的人民币8亿元的A +融资。

StarPower于2020年2月在A股市场上市,通过IPO募集的总资金为人民币510百万元,专门用于改善其现有IGBT模块产品组合的性能以及研发具有较低导电电压的新一代IGBT芯片。下降和更低的开关损耗。自从以每股12.7元的发行价在A股上市以来,StarPower在连续21个交易日涨幅10%之后的23天内飙升了1073%。

从技术上讲,这是解决电动汽车电池容量瓶颈和延长续航里程的有效方法,可提高电动汽车的充电功率和效率,并减少能耗。因此,一般的汽车硅基功率器件可能会被以SiC为代表的第三代半导体功率器件所取代,这种器件具有耐高压,低损耗和高效率的优点,可以突破硅的局限性,并带来更好的导电性和电气性能。属性。所有参与者都在积极地在SiC中进行部署。

Tesla在Model 3逆变器模块中使用SiC MOSFET(由ST提供)是开拓者,Infineon后来也成为SiC功率半导体的供应商。在2019年5月,CREE成为大众汽车FAST(未来汽车供应轨道)项目的独家SiC合作伙伴。2019年9月,CREE和Delphi宣布将合作开发汽车SiC器件。

2020年,比亚迪HAN EV电动机控制器首次装有自主研发的SiC MOSFET模块,从而显着改善了电动机性能。

博世也在开发SiC产品,并将于2020年开始生产。

全球SiC行业是三方模式,即美国,欧洲和日本,其中美国占据了最大份额,因为全球SiC产能的70%至80%来自美国公司,例如CREE,ON Semi和II-VI 。在欧洲,有一条完整的SiC工业链,包括衬底,外延,器件和应用,其中典型的公司是ST,Infineon等。

尽管SiC是一个长期趋势,但短期内很难替代IGBT。SiC外延生产遇到材料应力的不整合,在晶片尺寸扩大的情况下,导致外延层键合表面应力超过拉伸极限,这会损坏晶体光栅并降低良率。SiC芯片现在产量低,并且晶片尺寸仍主要为4英寸或6英寸,这使得难以实现大尺寸晶片的成本效率并且生产成本相当高。同类型的SiC MOSFET的成本是Si IGBT的八到十二倍。与传统的Si IGBT相比,汽车SiC解决方案的成本高出约300美元。

迄今为止,由于衬底和晶片尺寸的原因,SiC器件价格昂贵。随着未来技术的进步,基板的成本将不断降低,而晶圆的尺寸将越来越大,这无疑将降低价格。

SiC单晶衬底供应商包括CREE,道康宁,SiCrystal,II-VI,新日铁住友金属,Norstel等。外延公司由DowCorning,II-VI,Norstel,CREE,Rohm,三菱电机和Infineon代表。设备提供商包括Infineon,CREE,Rohm,ST等。

至于单晶衬底,中国厂商专注于4英寸。中国已开发出6英寸导电SiC衬底和高纯度半绝缘SiC衬底。SICC,TankblueBlue半导体,河北Synlight Crystal和CISRI-Zhongke节能技术公司都成功开发了6英寸基板,而CETC北京电子设备有限公司已经开发了6英寸半绝缘基板。此外,EpiWorld International,天宇科技(TYSiC)和成都国敏天成半导体等竞争对手都具有提供4英寸至6英寸外延晶片的能力。

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