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新能源汽车将是功率半导体增长新领域

李亚东 2019-11-12 1833 0

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功率器件是碳化硅、砷化镓、氮化硅等半导体材料经过沉积、清除、布线以及电学属性的调整等工艺后,具有处理高电压、大电流能力的半导体器件,它几乎适用于所有的电子制造业。目前,功率器件的应用逐渐从传统的工业控制、3C行业转向新能源、轨道交通、智能电网等新兴行业,其中新能源汽车电子是主要需求方。

摘要:功率器件是碳化硅、砷化镓、氮化硅等半导体材料经过沉积、清除、布线以及电学属性的调整等工艺后,制成具有处理高电压、大电流能力的半导体器件,它几乎适用于所有的电子制造业。目前,功率器件的应用逐渐从传统的工业控制、3C行业转向新能源、轨道交通、智能电网等新兴行业,其中新能源汽车电子是主要需求方。

功率器件产品中,MOSFET和IGBT是汽车电子的核心。MOSFET产品是功率器件市场应用最多的产品,占功率半导体分立器件市场的35.4%;IGBT是功率器件中增长最为迅速的产品,占总市场的25%,其作为新能源汽车必不可少的半导体器件,下游需求相当强劲。

新能源汽车用功率器件需求量大

相比于传统燃油车,新能源汽车功率器件使用量更大。根据Strategy Analytics的分析,在传统内燃机车上,功率半导体装机价值为71美元,占据车用半导体总价值的21%;而对于混合动力车,则在传统内燃汽车基础上新增的功率半导体价值为354美元,占据新增总价值的76%;在纯电动车上,功率半导体价值为387美元,占据车用半导体总价值的55%。

新能源汽车的销量迅速增长,下游市场需求可观。在2007年,国内新能源汽车的总生产量为2,179辆,而在2017年,国内生产量已经达到了819,991辆,年复合增长率达到了惊人的93%,且同比增长均稳定在50%以上。而新能源汽车销量则从2011年的15,736辆增长到了2018年的6,185,699万辆,增长了392倍。

图1 截止2019-10月国内新能源汽车产量情况(单位:辆)

(资料来源:choice,五度易链行研中心整理)

充电桩是新能源汽车必不可少的配套设备,充电桩用功率器件主要是MOSFET芯片和IGBT芯片。国家能源局在《电动汽车充电基础设施建设规划》草案中提出,到 2020 年国内充换电站数量将达到 1.2 万个,充电桩达到 450 万个。

图2 我国电动汽车充电桩数量统计情况(单位:个)

(资料来源:choice,五度易链行研中心整理)

新能源政策扶植,使市场确定性增强

政府政策大力扶持,新能源汽车产业蓬勃发展。截止2019年7月,国家、地方出台了多项政策,对于新能源汽车进行扶持,包括购车补贴、公共交通逐渐更改成新能源车、完善新能源汽车积分等政策,对稳固新能源汽车的发展势头起到了强劲的推动作用,同时政策红利也将推动功率半导体市场强劲增长的势头。

表1 近年国家新能源政策一览

(数据来源:五度易链行研中心整理)

国产功率半导体突破曙光初现

IGBT是新能源汽车电机控制系统和充电桩的核心器件,新能源汽车市场的增长必将带动功率半导体的发展。我国虽是全球最大的半导体消费国,半导体市场需求占全球市场约40%,但各类半导体器件和芯片的国产率却很低。大陆地区虽然已诞生了如安世半导体、华微电子、士兰微等的功率半导体企业,但产品主要集中在中低端领域,各类功率半导体器件和功率IC的国产化率不足50%,进口可替代空间巨大。

目前,国内在主流的第三代半导体材料为碳化硅与氮化硅领域积极布局,前者多用于高压场合如智能电网、轨道交通等;后者则在高频领域如5G通信领域有更大的应用。在碳化硅方面,国内公司已经逐步形成完整产业链,可以生产新一代的碳化硅功率半导体,如扬杰科技、中国中车、中电13所等公司及研究机构加大对碳化硅器件的研究,目前已经形成完整的碳化硅产业链——即上游衬底、中游外延片、下游器件制造;在氮化镓材料方面,国际市场也处于起步研究阶段,市场格局尚不明朗,但国内诸多高等院校、研究机构、公司厂商已经进行了大量研究,拥有诸多的专利技术。根据Knowmade的数据,截止2018年底,全球氮化镓专利拥有数量最多的是科瑞、东芝这些国际厂商,但中国企业也已占据一席之地:中国中车排名第四,西南电子科技大学排名第八,前十五名中共有五家中国机构。

结语

我国在国际技术封锁的背景下,寻找功率半导体器件作为突破口是较为可靠的。功率器件和芯片产品多样,定制化程度高,研发投入门槛相对低,且对制程敏感度不及集成电路,因此特别适合国内企业进行技术迭代,追赶国际领先企业。同时功率半导体是需求驱动型产业,得益于新能源汽车的显著增长,IGBT等功率半导体的增量空间也是相当巨大的。

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