在@@当前@@全球经济衰退和@@整个半导体行业下行周期背景下@@，汽车半导体似乎成为@@了一个逆势的窗口产业@@。
与@@此同时@@，随着汽车电动化@@、智能化@@、网@@联化@@、共享化等新四化发展趋势@@，以@@及@@新能源汽车@@产销两旺的持续景气市场@@，汽车电子@@迎来结构性变革机遇@@。
新能源汽车@@（混合动力汽车或@@纯电动汽车等@@）半导体含量显著高于传统汽车@@。
相较于燃油车@@，新能源汽车@@不再使用汽油发动机@@、油箱或@@变速器@@，“三电系统@@”即电池@@、电机@@、电控系统取而代之@@，新增@@DC-DC模块@@、电机@@控制系统@@、电池管理系统@@、高压@@电路等核心部件@@，在@@这些部件中@@MOSFET、 IGBT 等功率器件@@@@都起着非常关键的作用@@。
功率半导体在@@新能源汽车@@上的应用@@
功率半导体是@@电子@@装置中电能转换与@@电路控制的核心@@，主要用于改变电子@@装置中电压和@@频率@@、直流交流转换等@@，汽车行业的变革将拉动功率器件@@@@消费增长@@。
据英飞凌@@报告显示@@，新能源汽车@@中功率半导体器件@@的价值量约为@@传统燃油车的@@5 倍以@@上@@@@。另外@@，功率器件@@@@也将在@@电动汽车充电站中加大应用@@，并带来市场规模的进一步增长@@。
Gartner数据统计@@，车规级@@功率半导体市场规模增幅最大@@，2020年@@营收约为@@@@61亿美元@@，预计@@到@@@@2030年@@将达到@@@@265亿美元@@，这将是@@整个汽车半导体市场中营收规模最大的市场@@。
功率器件@@@@迎来增长新契机@@
硅基@@MOSFET不可或@@缺@@
MOSFET全称叫做金属@@-氧化物半导体场效应晶体管@@，属于功率半导体的基础器件@@@@，具有驱动功率小@@、开关速度快@@，工作频率高@@，热稳定性强的特点@@，广泛应用于高频@@率和@@中低压的小功率方面@@，起到@@放大电路或@@开关电路的作用@@。
MOSFET依照其@@“通道@@”的极性不同@@，可分为@@@@“N型@@”与@@“P型@@”的两种类型@@@@，通常又称为@@@@NMOSFET与@@PMOSFET，不同类型@@的@@MOSFET耐压性能@@、范围也不一样@@。
在@@如今兴起的新能源电动车中@@，硅基@@MOSFET是@@不可或@@缺@@的存在@@@@，是@@汽车电子@@中的核心@@188足彩外围@@app 。据行业机构预测@@，2022年@@在@@@@MOSFET终端应用中@@，汽车领域占比最高为@@@@22%，另外@@在@@@@PC电脑和@@存储设备@@占比达@@19%，工业比例为@@@@14%。
实际上@@，在@@进入新能源汽车@@时代之前@@，MOSFET就已经应用于燃油车中涉及电动功能的区域@@，比如辅助刹车@@、助力转向@@和@@座椅等控制系统@@。
随汽车电动化开启@@，MOSFET需求激增@@。新能源汽车@@以@@电制动的方式使得中高压@@@@MOEFET作为@@@@DC-DC、OBC等电源重要组成部分应用于汽车动力域以@@完成电能的转换与@@传输@@，单车用量提升至@@200个以@@上@@@@；此外@@，随着汽车智能化@@发展@@，ADAS、安全@@、信息娱乐@@等功能需@@MOSFET作为@@@@电能转换的基础器件@@支撑数字@@、模拟等芯片完成功能实现@@，使得中高端车型@@单车@@MOSFET用量可增至@@400个以@@上@@@@。
有数据统计@@@@，到@@2026年@@，全球车规级@@@@MOSFET市场规模预计@@为@@@@30亿美元@@，年@@复合增速达@@12.25%。
IGBT——车规级@@功率器件@@@@最大增量@@
上文提到@@@@，MOSFET无论是@@在@@传统燃油车还是@@新能源汽车@@上@@，都有广泛应用@@，这使得在@@汽车新四化变革下@@，车规级@@MOSFET的市场增量不如@@IGBT明显@@。
IGBT，绝缘栅双极型@@晶体管@@@@，是@@由@@BJT（双极型@@晶体管@@）和@@MOSFET组成的复合功率半导体器件@@@@，兼具@@BJT的高耐压和@@@@MOSFET高输入阻抗优点@@，被行业称为@@新能源汽车@@的@@CPU，是@@新能源汽车@@的核心@@，直接控制了驱动系统直流@@、交流电的转换@@，决定了新能源汽车@@最大输出功率和@@扭矩等核心数据@@。
电动汽车的核心在@@于高压@@@@（200-450V DC）电池及其相关的充电系统@@。纯电动汽车主电机@@驱动一般要求功率器件@@@@的驱动功率在@@@@20-150kW，平均功率约在@@@@70kW。由于较高的驱动功率@@、电压以@@及@@高能耗敏感度@@，电动车厂往往会采用@@导通压降小@@、工作电压高的@@IGBT模块@@。
可见@@，相较硅基@@@@MOSFET而言@@，IGBT 更适合高压@@工作@@，两者形成互补@@。
在@@电力驱动系统中@@，IGBT用于逆变器@@模块@@@@，将蓄电池的直流电转换为@@交流电以@@驱动电机@@@@；电源系统中@@，IGBT用于各种交流@@-直流与@@直流@@-直流变换器中@@，实现为@@蓄电池充电与@@完成所需电压等级的电源变换等功能@@；此外@@，汽车充电桩也需要@@IGBT逆变功率模块@@将直流电逆变为@@交流电@@，然后通过变压耦合及蒸馏单元将其转为@@不同规格的电流电压@@，以@@实现对电动车的充电@@。
市场竞争格局方面@@，目前@@IGBT主要由欧洲和@@日本大厂主导@@，前五大厂商市占率超过@@60%。据民生证券统计@@，目前@@英飞凌@@市占率为@@@@32.7%，是@@IGBT领域的绝对巨头@@。
在@@应用方案中@@，英飞凌@@推出@@汽车@@IGBT模块@@FS820R08A6P2B，具有匹配发射极控制二极管@@，符合汽车应用要求@@。
Infineon Technologies 750V HybridPACK™驱动模块@@@@
据介绍@@，Infineon 750V HybridPACK™驱动模块@@@@是@@一个超紧凑电源模块@@@@，优化用于@@混合动力和@@电动汽车主逆变器@@应用@@ (xEV)。该系列产品@@@@提供@@基千@@6种不同封装@@的多个版本@@，从而实现了电压及功率等级拓展性的最大化@@，涵盖了@@200A-900A以@@及@@400V-1200V(芯片额定值@@)功率范围@@。DSC不仅提供@@了充分的拓展可能性@@，更将效率提升@@25%。
英飞凌@@在@@不同电压电流级别提供@@了不一样的产品@@组合@@，包括裸芯片@@、单管@@、功率模块@@和@@组件等@@，提供@@了多种@@IGBT产品@@系列@@。引线型@@@@FS820R08A6P2B (820A/750V) 是@@一款六单元@@模块@@@@，优化用于@@150kW逆变器@@。该电源模块@@采用@@@@EDT2 IGBT芯片生成技术@@@@，这是@@一款汽车@@Micro-Pattern Trench-Field-Stop电池设计@@。该芯片组具有基准电流密度@@，还有卓越的短路耐受性以@@及@@增强的电压阻断性能@@，可确保逆变器@@在@@恶劣的环境条件下仍能可靠运行@@。EDT2 IGBT还具有出色的轻负载功率损耗@@，有助于显著提高@@系统在@@实际周期内的效率@@。该芯片组优化用于@@@@10kHz范围内的开关频率@@。
从价值量来看@@，IGBT约占新能源汽车@@电控系统成本的@@37%，是@@电控系统中最核心的电子@@器件@@之一@@，且电动化程度越高@@，IGBT 在@@车中所占比例越高@@。预计@@到@@@@2025年@@全球新能源汽车@@@@IGBT规模接近@@40亿美元@@，5年@@CAGR高达@@39.4%，市场空间@@巨大@@。
从当前@@市场来看@@，由于新能源汽车@@需求端的爆发与@@供给端扩产周期的错配@@，导致目前@@整个汽车@@IGBT都处于严重供不用求的状态@@。
早在@@@@2022年@@，业内就传出安森美@@深圳工厂@@2023年@@产能已全部售罄@@，为@@了防止交不上货的风险@@，公司已停止接受新的@@IGBT订单@@。这一举动足以@@说明当下车规@@IGBT行情的火热@@。有供应链厂商表示@@，目前@@车规@@IGBT的供需缺口在@@@@2023年@@看不到@@任何缓解的迹象@@。
硅基@@器件@@受限@@，SiC功率器件@@@@突围@@
长期以@@来@@，车规级@@功率半导体主要采用@@硅基@@材料@@，但受自身性能极限限制@@，硅基@@器件@@的功率密度难以@@进一步提高@@@@，硅基@@材料在@@高开关频率及高压@@下损耗大幅提升@@。
对此@@，以@@SiC（碳化硅@@）与@@GaN（氮化镓@@）为@@代表的第三代@@宽禁带半导体材料逐渐兴起@@，适用于大功率@@、高频@@率与@@恶劣的工作环境@@，解决硅基@@器件@@痛点@@。
其中@@，SiC作为@@@@新一代宽禁带半导体材料@@，具有大禁带宽度@@、高击穿电场@@、高饱和@@电子@@漂移速度@@、高热导率@@、高抗辐射等特点@@，适合制造高温@@、高压@@、高频@@、大功率的器件@@@@。因此@@，业内对@@SiC功率元器件@@在@@电动汽车上的应用寄予厚望@@。
在@@应用场景方面@@，SiC功率器件@@@@主要用于电驱@@、OBC和@@DC/DC转换等领域@@，能够显著降低电力电子@@系统的体积@@、重量和@@成本@@，提高@@功率密度@@。微型@@轻量化的@@SiC器件@@还可以@@减少因车辆本身重量而导致的能耗@@。
以@@主驱逆变@@器中的应用为@@例@@，碳化硅@@MOSFET相比@@Si-IGBT具有哪些优势呢@@？
- 碳化硅@@MOSFET相比@@硅基@@@@IGBT功率转换效率更高@@，电动汽车续航距离可延长@@5- 10%，即在@@同样续航里程的情况下可削减电池容量@@，降低电池成本@@；
- 碳化硅@@MOSFET的高频@@特性可使逆变器@@线圈@@、电容小型@@化@@，电驱尺寸可大幅减少@@，可听噪声的降低能减少电机@@铁损@@；
- 碳化硅@@MOSFET可承受更高电压@@，在@@电机@@功率相同的情况下可以@@通过提升电压来降低电流强度@@，从而使得束线轻量化@@，节省安装空间@@@@。
图源@@：天风证@@
虽然当前@@碳化硅@@器件@@单车价格高于@@Si-IGBT，但上述优势可降低整车系统成本@@。2018年@@特斯拉在@@@@Model3中首次将@@Si IGBT替换为@@@@SiC器件@@，使得汽车逆变器@@效率大幅提升@@。凭借优良特性@@，SiC功率器件@@@@正在@@受到@@各大车厂的追捧@@，目前@@全球有超过@@20家车企开始使用@@SiC功率器件@@@@。
对此@@，行业领先企业@@Wolfspeed扩展@@AEC-Q101车规级@@SiC MOSFET推出@@650V E3M系列产品@@@@。
据介绍@@，Wolfspeed新款车规级@@@@E3M 650V、60mΩ MOSFET系列帮助设计人员满足@@EV车载充电机@@应用和@@高压@@@@DC/DC转换器@@。采用@@Wolfspeed第三代@@ SiC MOSFET技术@@，E3M0060065D与@@E3M0060065K的特色为@@高温导通电阻低@@、可高速开关且电容小@@、体二极管反向@@恢复特性好@@、最大结温高达@@@@175°C。
与@@市场上现有的@@ 650V SiC MOSFET相比@@，Wolfspeed E3M 650V SiC MOSFET 技术@@能让系统因损耗更低而在@@运行时温度更低@@，从而在@@终端应用中@@显著提高@@效率@@。更低的损耗同时使得器件@@温度下降@@，可降低系统级热管理成本并提高@@系统级功率密度@@。
800V高压@@超充时代@@，SiC器件@@加速渗透@@
与@@此同时@@，随着消费者对于充电效率和@@时间的敏感@@，更长的续航里程是@@客户的主要需求之一@@，行业厂商纷纷在@@积极推进电动汽车高压@@化进程@@，绝大多数主流车型@@目前@@将@@800V列为@@首选@@，预计@@到@@@@2025年@@整个@@800V+SiC方案渗透率将超过@@15%。
与@@之对应的是@@@@，如果电动汽车升级至@@800V电压架构@@，则需要配套升级至@@1200V碳化硅@@MOSFET器件@@。
对此@@，安森美@@半导体去年@@推出@@的@@ NTBG014N120M3P碳化硅@@MOSFET是@@其@@1200V M3P平面@@SiC MOSFET系列的一部分@@。
据了解@@，安森美@@MOSFET优化用于@@电源应用@@，该平面@@技术@@可在@@栅极处于负栅极电压驱动和@@关断尖峰状态下可靠工作@@，该系列由@@18V栅极驱动时可提供@@最佳性能@@，但也可与@@@@15V栅极驱动配合使用@@。适用于电动汽车充电站@@，凭借耐高压@@@@、耐高温和@@高频@@等优越的物理特性@@，碳化硅@@ MOSFET 有望在@@新能源汽车@@@@800V 高压@@超充时代@@替代硅基@@@@IGBT。
NTBG014N120M3P应用电路@@
近日@@，安森美@@又推出@@最新一代@@1200V EliteSiC 碳化硅@@M3S器件@@，助力电力电子@@工程师实现更出色的能效和@@更低系统成本@@。全新产品@@系列@@包括有助于提高@@开关速度的@@EliteSiC MOSFET和@@模块@@@@，以@@适配越来越多的@@800V电动汽车车载@@OBC和@@电动汽车直流快充@@、太阳能方案以@@及@@能源储存等能源基础设施应用@@。
该产品@@组合还包括采用@@半桥功率集成模块@@@@（PIMs）的新型@@@@EliteSiC M3S器件@@，具有领先业界的超低@@Rds（on），采用@@标准@@F2封装@@，旨在@@提供@@高功率密度@@，适用于能源基础设施@@、电动汽车直流快速充电和@@不间断电源@@。车规级@@1200V EliteSiC MOSFET专用于高达@@@@22kW的大功率@@OBC和@@高压@@至低压的@@DC-DC转换器@@。M3S技术@@专为@@高速开关应用而开发@@，具有领先同类产品@@的开关损耗品质因数@@。
目前@@，安森美@@的半导体产品@@应用在@@汽车中的多个领域@@，包括车载充电器@@、高压@@负载电池管理@@、DC-DC转换器@@、高压@@动力总成@@、主驱逆变@@、48V皮带传动起动机@@-发电机@@@@(BSG)、ADAS、信息娱乐@@、车门@@、座椅控制等@@。
在@@800V电压平台下@@，SiC功率器件@@@@凭借上述特点和@@优势@@，正在@@成为@@电动汽车性能致胜的一大依赖技术@@@@，SiC芯片供应商正成为@@车企争相绑定的@@“宠儿@@”。
从整体市场布局看@@，目前@@碳化硅@@器件@@尤其是@@车用碳化硅@@功率器件@@@@市场主要由海外大厂掌控@@，包括意法半导体@@、英飞凌@@、Wolfspeed、罗姆及安森美@@等头部@@IDM厂商深耕车用市场多年@@@@，跨足上游材料到@@加工器件@@等产业链各环节@@，并且与@@各车企及@@Tier1厂商及车企合作紧密@@，市场优势明显@@@@。
根据产业链调研数据@@，预计@@SiC市场规模未来几年@@快速提升@@，2025年@@全球新能源汽车@@@@用@@SiC功率器件@@@@规模达@@37.9亿美元@@，5年@@CAGR为@@64.5%；国内市场预计@@达@@21亿美元@@，5年@@CAGR为@@72.6%，中国将成为@@全球新能源汽车@@@@SiC器件@@主要市场@@。
然而@@，本土巨大的市场空间@@当前@@主要由海外厂商掌控@@，国内碳化硅@@产业仍处于起步阶段@@，与@@国际水平仍存在@@差距@@。其中@@，衬底环节国产厂商包括山东天岳@@、天科合达等@@，外延厂商包括瀚天天成@@、东莞天域等@@，设计厂商包括上海瞻芯电子@@@@、上海瀚薪等@@，IDM厂商包括泰科天润@@、中科汉韵@@、三安集成@@、华润微@@、士兰微等@@。
虽然国内碳化硅@@各环节目前@@已实现全产业链布局@@，但国产化率仍较低@@，未来有望伴随内需增长而实现提升@@。
结语@@
当前@@，随着新能源汽车@@产业的变革和@@加速爆发@@，车规级@@半导体器件@@上车结构正在@@快速发生改变@@。其中@@，作为@@@@最大的增量产品@@@@，功率器件@@@@约占每辆车半导体价值量增量的@@80%以@@上@@，正迎来@@“量价齐升@@”的快速发展阶段@@。
在@@这个过程中@@，汽车功率器件@@@@也正在@@历经从硅基@@@@MOSFET向@@IGBT以@@及@@SiC器件@@的变迁@@，以@@材料升级引领汽车功率器件@@@@性更新迭代@@，进而推动新能源汽车@@不断取得新突破@@，让未来充满无限可能@@。
上文提到@@@@，英飞凌@@的@@FS820R08A6P2B是@@一款六单元@@IGBT模块@@，优化用于@@150kW逆变器@@。采用@@EDT2 IGBT芯片生成技术@@@@，使其具有基准电流密度@@，还有卓越的短路耐受性以@@及@@增强的电压阻断性能@@，可确保逆变器@@在@@恶劣的环境条件下仍能可靠运行@@。EDT2 IGBT还具有出色的轻负载功率损耗@@，有助于显著提高@@系统在@@实际周期内的效率@@。
Wolfspeed推出@@650V E3M系列车规级@@@@SiC MOSFET产品@@E3M0060065D，其特色为@@高温导通电阻低@@、可高速开关且电容小@@、体二极管反向@@恢复特性好@@、最大结温高达@@@@175°C，能够帮助设计人员满足@@EV车载充电机@@应用和@@高压@@@@DC/DC转换器@@。
安森美@@半导体推出@@的@@ NTBG014N120M3P是@@其@@1200V M3P平面@@SiC MOSFET系列的一部分@@，适用于电动汽车充电站@@，凭借耐高压@@@@、耐高温和@@高频@@等优越的物理特性@@，SiC MOSFET 有望在@@新能源汽车@@@@800V 高压@@超充时代@@替代硅基@@@@IGBT。
除此之外@@，行业厂商还正在@@陆续推出@@更优化的产品@@@@，助力工程师实现更出色的能效和@@更低的系统成本@@。
综上@@，在@@新能源汽车@@产业的带领下@@，功率器件@@@@市场潜力较大@@，相关行业厂商应把握好这一市场机遇和@@时间窗口@@。而艾睿电子@@作为@@@@行业领先的电子@@产品@@及相关服务的供应商@@，上游资源丰富@@，与@@Infineon、onsemi、ST、Renesas、ROHM、Wolfspeed等国际原厂深度合作@@，确保客户拥有一个稳健性和@@韧性都很高的供应链@@。
(本文章由@@SupplyFrame提供@@, 对于文章中相关的分析@@、市场预测等信息仅供参考@@, 艾睿电子@@不对任何文章内的资料因不充分@@、不完整或@@未能提供@@特定资料产生的任何损失承担任何责任@@。)
本文转载自@@：Arrow Solution微信公众号@@