车规级IGBT“大缺货”,谁受益最多?

车规级IGBT“大缺货”,谁受益最多?

未来三到五年,车规级IGBT市场的增长速度要慢于电动汽车的速度时,功率器件供应面临“大缺货”。这也预示着,机会来了。

飞跃的良机


从市场规模上看,根据集邦咨询TrendForce预测,国内功率半导体市场经历了12.76%的大幅增长,达到2591亿元,今年它的市场规模将达到2907亿元。背后,电动汽车、ADAS和5G基础设施设备的本地需求,正在带动IGBT、MOSFET等功率半导体市场的上行。国内的供应商也迎来飞跃的时机。

从交付周期上看,根据世界三大电子元器件分销商之一富昌电子(Future Electronics LTD)的统计,2018年,车规级IGBT模块的交货周期最长已经达到52周(IGBT的交货周期正常情况下为8-12周)。2018-2022年,全球电动车年复合增长率达30%,但同期车规级IGBT市场的年复合增长率仅为15.7%。可以预见,未来几年全球车规级IGBT市场的供应将愈加紧张。重点推广电动汽车的中国市场自然也不例外。




随新能源汽车增长而来的是ADAS高级驾驶辅助系统、充电桩、电驱动系统快速发展,对低损耗、高功率、耐高压、更耐高温的功率半导体提出长期高需求。

英飞凌、三菱电机等当前在国内依然是许多整车厂和零部件供应商的首选IGBT供货对象,但是它们的产能限制暂时无法及时跟上国内电动汽车需求的上涨速度。这给了国内功率半导体供应商绝好的机会。

比亚迪微电子是当前国内功率半导体市场中的佼佼者,也是这次机会最大的受益者。与外资企业相比,它对本土需求的观察更入微;与其他国内企业相比,它的IGBT技术的升级换代已经领先于对手。最重要的是,比亚迪自身本已是国内新能源汽车产销大户,且自产三电。这就决定了,它对新能源汽车及其配套系统有着深入理解。而且,比亚迪新能源汽车与微电子相辅相成,在国内数一数二的整车销量,直接将其IGBT的市场份额引上高位。

据统计,比亚迪微电子在国内车规级IGBT市场占有超过20%的市场份额,一跃成为国内销售额前三的IGBT供应商。

高压:从IGBT到SiC MOS


IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)全称“绝缘栅双极晶体管”,其芯片与动力电池电芯并称为电动车的 “双芯”,是影响电动车性能的关键技术,其成本占整车成本的5%左右。它直接控制驱动系统直、交流电的转换,其电流输出能力决定了车辆的扭矩和最大输出功率等。

尤其是在产品体积和重量减小、成本降低需求下,电机、电控功能集成化已是业内达成共识的发展大方向。例如,各大零部件供应商,如博格华纳、采埃孚、博世、比亚迪、上海电驱动、精进电动都在研发或推出电驱动三合一或多合一产品。在集成化、小型化趋势下,企业对电机及控制器的高功率密度、高效率、高可靠性、低成本等几方面提出更高的要求。功率器件,此时就需要发挥出它在提高控制器功率密度和控制成本上的最大效用。


以比亚迪e平台为例,它是比亚迪研制的高度集成的电驱平台,采用了“3+3”的设计,即电驱动三合一(电机、电控、减速箱)以及高压三合一(OBC、DCDC、PDU)。比亚迪IGBT 4.0对于e平台的三合一及其成果应发挥着极大的作用。

首先,驱动三合一就可帮助e平台实现体积降低30%,重量降低25%,扭矩密度提升17%,功率密度提升20%,总成成本降低33%。

根据比亚迪官方资料,于去年12月推出的IGBT 4.0在许多指标上都优于市场主流产品,例如:电流输出能力较当前市场主流的IGBT高15%;同等工况下,综合损耗较当前市场主流的IGBT降低了约20%;温度循环寿命可以做到当前市场主流IGBT的10倍以上。

成本占去电驱动总成7%的IGBT模块目前具有很高的技术壁垒,比亚迪正在通过IGBT 4.0产品的推出进一步突出外资企业在车规级功率器件领域的包围圈。

其次,“高压三合一”模块则重量降低25%,功率密度增幅达25%,产品成本降低43%。OBC、DCDC转换器、PDU配电箱与上文中的电机、电机控制器均是整车高压系统的一部分。


为满足快速充电的需要,整车电压平台提高是必然趋势。如戴姆勒正在将驱动电压从400V增加至约800V,保时捷也打造出800V的高电压平台PPE。耐高压和高功率的功率半导体器件对于OBC、DCDC等都是必不可少的。

此时,SiC MOSFET已经开始代替IGBT率先应用于高功率充电机和DCDC中,并开始在驱动系统上进行尝试。特别是当电压平台上升到800V以上时,SiC MOS应用产生的效益将超过传统的SI基IGBT。

比亚迪微电子公司已经开发出SiC MOSFET。它投入巨资布局性能更加优异的第三代半导体材料SiC(碳化硅),有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。预计到2023年,比亚迪旗下的电动车将全面搭载SiC电控。