車規(guī)級IGBT模塊,持續(xù)放量
3 月 28 日的發(fā)布會上,小米雷軍對外正式公布了小米 SU7 各版本的售價。同時,雷軍宣布特別推出 5000 臺小米 SU7 創(chuàng)始版。創(chuàng)始版除可選標準版及 Max 版基本配置外,還有專屬車標、配件等權益。由于提前生產(chǎn),不可選配,故相關車型可最先交付,而非創(chuàng)始版的小米 SU7 標準版與 Max 版于 4 月底啟動交付,Pro 版在 5 月底啟動交付。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/202404/457886.htm幾天后的 4 月 3 日,小米汽車創(chuàng)始版迎來首批交付。在北京亦莊小米汽車工廠總裝車間的交付現(xiàn)場,雷軍親手將車交給車主并和車主合影留念,再揮手目送每位車主離開?!感腋5窖灐埂盖|老板給我開車門」的話題熱度也是居高不下。
IGBT 的用量隨之激增,但上游產(chǎn)業(yè)鏈擴產(chǎn)速度明顯跟不上市場需求,在今年 2 月,行業(yè)即發(fā)出預警,認為 IGBT 或?qū)⒊蔀榻衲晗掳肽昶嚿a(chǎn)的瓶頸。
IGBT 是新能源車的 IGBT
IGBT 占新能源汽車整機總成本的 5% 以上,僅次于電池。電機和電機控制器是新能源汽車的核心部件,直接決定了車輛的行駛性能。在電機驅(qū)動中,IGBT 主要存在于逆變器模塊中。逆變器的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以提供驅(qū)動電機。來自北斗航天汽車的數(shù)據(jù)顯示,電機和電機控制器分別約占車輛成本的 4% 和 9%。在電機控制器內(nèi)部,IGBT 模塊約占其成本的 37%。因此,IGBT 模塊約占整車成本的 5%。如果在車載空調(diào)控制系統(tǒng)中加入 IGBT,成本比重更高。此外,大功率電動汽車也將對 IGBT 有越來越高的要求,這將間接增加 IGBT 在整個新能源汽車中的成本。
IGBT 是由雙極結(jié)型晶體管(BJT)和 MOSFET 組成的復合功率半導體器件。它結(jié)合了 BJT 的高耐壓性和 MOSFET 的高輸入阻抗,使其成為新能源汽車的「CPU」和核心部件。IGBT 直接控制驅(qū)動系統(tǒng)中直流電和交流電的轉(zhuǎn)換,決定新能源汽車的最大輸出功率、扭矩等關鍵數(shù)據(jù)。
電動汽車的核心在于高壓(200-450V DC)電池及其相關的充電系統(tǒng)。電動汽車的主電機驅(qū)動通常需要功率器件驅(qū)動功率為 20-150kW,平均功率在 70kW 左右。由于驅(qū)動功率、電壓較高,能耗敏感性較高,電動汽車制造商常采用導通壓降較低、工作電壓較高的 IGBT 模塊。
可見,相比硅基 MOSFET,IGBT 更適合高壓工作,兩者相輔相成。
在電力驅(qū)動系統(tǒng)中,逆變器模塊中使用 IGBT,將電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電來驅(qū)動電機。在電源系統(tǒng)中,IGBT 用于各種 AC-DC 和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器中,為電池充電并執(zhí)行功率電平轉(zhuǎn)換功能。另外,電動汽車充電站采用 IGBT 逆變電源模塊,將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡偻ㄟ^變壓器耦合和整流單元變換成不同的電流和電壓規(guī)格,方便電動汽車充電。
從市場競爭來看,IGBT 目前由歐洲和日本主要廠商占據(jù)主導地位,前五名企業(yè)占據(jù)了 60% 以上的市場份額。據(jù)民生證券統(tǒng)計,英飛凌科技目前市場份額為 32.7%,是 IGBT 領域的絕對巨頭。
在應用解決方案方面,英飛凌推出了汽車 IGBT 模塊 FS820R08A6P2B,該模塊具有匹配的發(fā)射極控制二極管,滿足汽車應用要求。
英飛凌的 750V HybridPACK 驅(qū)動模塊
據(jù)介紹,英飛凌 750V HybridPACK 驅(qū)動模塊是一款針對混合動力和電動汽車主逆變器(xEV)進行優(yōu)化的超緊湊型功率模塊。該產(chǎn)品系列提供最大的電壓和功率可擴展性,有六種不同的封裝版本,涵蓋 200A-900A 的功率范圍和 400V-1200V 的電壓范圍(芯片額定值)。直接焊料冷卻 (DSC) 技術的使用不僅提供了充足的擴展可能性,而且效率提高了 25%。
英飛凌提供不同電壓和電流水平的多種產(chǎn)品組合,包括裸芯片、分立器件、功率模塊和組件,提供多樣化的 IGBT 產(chǎn)品系列。引線鍵合 FS820R08A6P2B (820A/750V) 是一款針對 150kW 逆變器進行優(yōu)化的六裝模塊。該電源模塊采用 EDT2 IGBT 芯片,采用汽車微圖案溝槽場截止單元設計。該芯片提供基準電流密度、出色的短路耐受性、增強的電壓阻斷能力,確保即使在惡劣的環(huán)境條件下也能可靠運行。EDT2 IGBT 還表現(xiàn)出出色的輕載功率損耗,有助于顯著提高實際周期中的系統(tǒng)效率。該芯片針對 10kHz 范圍內(nèi)的開關頻率進行了優(yōu)化。
從價值來看,IGBT 約占新能源汽車電控系統(tǒng)總成本的 37%。它們是控制系統(tǒng)中最關鍵的電子元件之一,電氣化程度越高,車輛中 IGBT 的比例就越高。預計到 2025 年全球新能源汽車 IGBT 市場規(guī)模將達到近 40 億美元,5 年復合增長率(CAGR)達 39.4%,市場潛力巨大。
目前,由于新能源汽車爆發(fā)性需求與供應擴張周期不匹配,整個汽車 IGBT 市場面臨著嚴重的供應短缺。
早在 2022 年,業(yè)內(nèi)就有消息稱,安森美半導體深圳工廠 2023 年的 IGBT 產(chǎn)能已全部售空,該公司已停止接受新的 IGBT 訂單,以降低無法交付的風險。此舉表明當前市場對汽車級 IGBT 的高需求。一些供應鏈廠商表示,2023 年汽車級 IGBT 的供需缺口沒有緩解的跡象。
大廠搶產(chǎn)能
車規(guī)級 IGBT 產(chǎn)能緊張引發(fā)的供需失衡已存在較長時間,汽車產(chǎn)業(yè)鏈市場在去年就開始搶產(chǎn)能。具體來說,以下是一些知名廠商及其在爭奪車規(guī)級 IGBT 產(chǎn)能方面所采取的策略:
士蘭微作為國內(nèi)的一家重要企業(yè),在新能源汽車市場進行了積極布局。在分立器件領域,士蘭微 2023 年收入達到 48.32 億元,同比增長 8.18%。IGBT 產(chǎn)品營收達到 14 億元,同比大幅增長 140%。公司自主研發(fā)的電車主電機驅(qū)動模塊已在多家客戶實現(xiàn)批量供貨,預計未來將持續(xù)增長。公司預計 IGBT 將在 2024 年實現(xiàn)滿產(chǎn),并計劃在未來進一步拓展光伏市場的份額。此外,士蘭微的車用 PIM 模塊、LVMOS 單管、IGBT 單管等產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)批量供應,SiC 產(chǎn)品也成功上車,并與吉利、領跑、威邁斯等客戶建立了合作關系。
士蘭微正加速推進新能源領域布局,SiC 產(chǎn)線建設進展順利,預計 2024 年底產(chǎn)能將大幅提升。公司自主研發(fā)的 SiC-MOSFET 產(chǎn)品已實現(xiàn)量產(chǎn),全年營收有望達到 10 億元。
公司目前已批量進入新能源車市場的產(chǎn)品主要有 PIM 模塊、LVMOS 單管、IGBT 單管等,目前當月銷售額已接近 1 億元左右,預計 2024 年新能源車市場的銷售額會排在公司各細分市場銷售額的第一位。
在 IGBT 方面,2023 年第三季度 12 寸線正在加快調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構,減少了低附加值產(chǎn)品的產(chǎn)出,而 IGBT 產(chǎn)品還在上量過程中,因此產(chǎn)能利率目前沒有打滿;目前 12 寸線 IGBT 產(chǎn)能已有 2.5 萬片/月,實際產(chǎn)出 1.5 萬多片/月,隨著后續(xù) IGBT 進一步上量,產(chǎn)能利用率會顯著回升,預計到 90% 以上。
英飛凌作為德國的一家知名企業(yè),在 IGBT 領域具有深厚的技術積累。公司不斷推出創(chuàng)新的 IGBT 產(chǎn)品,以滿足市場對高性能、高效率的需求。
三菱電機株式會社作為日本的一家老牌企業(yè),在 IGBT 領域也有著不俗的表現(xiàn)。公司注重技術研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新,通過推出新型 IGBT 模塊和 IPM 模塊,不斷提升產(chǎn)品的性能和可靠性。三菱電機的 IGBT 產(chǎn)品在工業(yè)控制和變頻家電等領域有著廣泛的應用。
卷起來的技術
此外,富士電機株式會社、斯達半導、華潤微、時代電氣等國內(nèi)外廠商也在 IGBT 產(chǎn)能的爭奪中表現(xiàn)出色。他們通過加大研發(fā)投入、優(yōu)化生產(chǎn)流程、拓展銷售渠道等方式,不斷提升自身的競爭力和市場份額。例如在本土 IGBT 廠商中,目前已有多家實現(xiàn)第七代 IGBT 技術。
IGBT7 作為最新一代技術,其溝道密度更高,元胞間距也經(jīng)過精心設計并且優(yōu)化了寄生電容參數(shù),從而實現(xiàn) 5KV/us 下的最佳開關性能。隨著光伏產(chǎn)業(yè),新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,IGBT7 有望進一步推廣。
4 月 3 日,有投資者提問振華科技:IGBT 領域長期被國外廠商占據(jù)大部分市場,請問貴公司是否開發(fā)了多種規(guī)格型號,以滿足不同領域比如新能源電動車,光伏逆變器,風力發(fā)電,電網(wǎng),軌道交通等不同領域的不同需求?就此,振華科技董秘表示,公司已成功研制出 10 余種采用第 7 代 IGBT 芯片技術的功率模塊(單管),主要應用于特種領域。據(jù)悉是 1200V/900A 功率模塊。
除此之外,斯達半導體已經(jīng)基于第七代微溝槽 Trench Field Stop 技術的 750V 車規(guī)級 IGBT 模塊實現(xiàn)大批量裝車;
新潔能基于 650V 和 1200V 產(chǎn)品平臺,使用第七代微溝槽場截止技術的 IGBT 芯片,多款模塊產(chǎn)品完成開發(fā),逐步量產(chǎn);
時代電氣研發(fā)突破第七代超精細溝槽 STMOS 技術;
士蘭微電子已經(jīng)也推出了第七代產(chǎn)品,內(nèi)部對應的是 5+,性能測試下來完全符合,目前已在客戶驗證導入和小批量階段;
宏微科技的 IGBT 技術已更新到第七代,已實現(xiàn)了 25A 小批量交付、完成了 150A、200A 的拓展;
北京貝茵凱微電子有限公司已成功研發(fā)全自主的「第七代大功率 IGBT」,并已于 12 英寸晶圓上面世。
雖然這些廠商在爭奪 IGBT 產(chǎn)能方面取得了顯著成果,但市場競爭依然激烈。隨著可再生能源和新能源汽車等領域的快速發(fā)展,IGBT 市場的需求還將繼續(xù)增長。因此,廠商們需要不斷創(chuàng)新和提升技術水平,以應對市場變化和客戶需求的變化。
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