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车规级IGBT模块,持续放量

04/17 09:10
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作者:米乐

3月28日的发布会上,小米雷军对外正式公布了小米SU7各版本的售价。同时,雷军宣布特别推出5000台小米SU7创始版。创始版除可选标准版及Max版基本配置外,还有专属车标、配件等权益。由于提前生产,不可选配,故相关车型可最先交付,而非创始版的小米SU7标准版与Max版于4月底启动交付,Pro版在5月底启动交付。

几天后的4月3日,小米汽车创始版迎来首批交付。在北京亦庄小米汽车工厂总装车间的交付现场,雷军亲手将车交给车主并和车主合影留念,再挥手目送每位车主离开。“幸福到眩晕”“千亿老板给我开车门” 的话题热度也是居高不下。

IGBT的用量随之激增,但上游产业链扩产速度明显跟不上市场需求,在今年2月,行业即发出预警,认为IGBT或将成为今年下半年汽车生产的瓶颈。

 01、IGBT是新能源车的IGBT

IGBT占新能源汽车整机总成本的5%以上,仅次于电池电机电机控制器是新能源汽车的核心部件,直接决定了车辆的行驶性能。在电机驱动中,IGBT主要存在于逆变器模块中。逆变器的功能是将直流电转换为交流电以提供驱动电机。

来自北斗航天汽车的数据显示,电机和电机控制器分别约占车辆成本的4%和9%。在电机控制器内部,IGBT模块约占其成本的37%。因此,IGBT模块约占整车成本的5%。如果在车载空调控制系统中加入IGBT,成本比重更高。

此外,大功率电动汽车也将对IGBT有越来越高的要求,这将间接增加IGBT在整个新能源汽车中的成本。IGBT是由双极结型晶体管(BJT)和MOSFET组成的复合功率半导体器件。它结合了BJT的高耐压性和MOSFET的高输入阻抗,使其成为新能源汽车的“CPU”和核心部件。

IGBT直接控制驱动系统中直流电和交流电的转换,决定新能源汽车的最大输出功率、扭矩等关键数据。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。

电动汽车的主电机驱动通常需要功率器件驱动功率为20-150kW,平均功率在70kW左右。由于驱动功率、电压较高,能耗敏感性较高,电动汽车制造商常采用导通压降较低、工作电压较高的IGBT模块。可见,相比硅基MOSFET,IGBT更适合高压工作,两者相辅相成。

电力驱动系统中,逆变器模块中使用IGBT,将电池的直流电转换为交流电来驱动电机。在电源系统中,IGBT用于各种AC-DC和DC-DC转换器中,为电池充电并执行功率电平转换功能。

另外,电动汽车充电站采用IGBT逆变电源模块,将直流电逆变为交流电,再通过变压器耦合和整流单元变换成不同的电流和电压规格,方便电动汽车充电。从市场竞争来看,IGBT目前由欧洲和日本主要厂商占据主导地位,前五名企业占据了60%以上的市场份额。

据民生证券统计,英飞凌科技目前市场份额为32.7%,是IGBT领域的绝对巨头。在应用解决方案方面,英飞凌推出了汽车IGBT模块FS820R08A6P2B,该模块具有匹配的发射极控制二极管,满足汽车应用要求。

据介绍,英飞凌750V HybridPACK驱动模块是一款针对混合动力和电动汽车主逆变器(xEV)进行优化的超紧凑型功率模块。该产品系列提供最大的电压和功率可扩展性,有六种不同的封装版本,涵盖200A-900A的功率范围和400V-1200V的电压范围(芯片额定值)。直接焊料冷却 (DSC) 技术的使用不仅提供了充足的扩展可能性,而且效率提高了 25%。

英飞凌提供不同电压和电流水平的多种产品组合,包括裸芯片、分立器件、功率模块和组件,提供多样化的 IGBT 产品系列。引线键合 FS820R08A6P2B (820A/750V) 是一款针对 150kW 逆变器进行优化的六装模块。该电源模块采用 EDT2 IGBT 芯片,采用汽车微图案沟槽场截止单元设计。

该芯片提供基准电流密度、出色的短路耐受性、增强的电压阻断能力,确保即使在恶劣的环境条件下也能可靠运行。EDT2 IGBT 还表现出出色的轻载功率损耗,有助于显着提高实际周期中的系统效率。该芯片针对 10kHz 范围内的开关频率进行了优化。

从价值来看,IGBT约占新能源汽车电控系统总成本的37%。它们是控制系统中最关键的电子元件之一,电气化程度越高,车辆中IGBT的比例就越高。预计到2025年全球新能源汽车IGBT市场规模将达到近40亿美元,5年复合增长率(CAGR)达39.4%,市场潜力巨大。

目前,由于新能源汽车爆发性需求与供应扩张周期不匹配,整个汽车IGBT市场面临着严重的供应短缺。早在2022年,业内就有消息称,安森美半导体深圳工厂2023年的IGBT产能已全部售空,该公司已停止接受新的IGBT订单,以降低无法交付的风险。此举表明当前市场对汽车级IGBT的高需求。一些供应链厂商表示,2023年汽车级IGBT的供需缺口没有缓解的迹象。

 02、大厂抢产能

车规级IGBT产能紧张引发的供需失衡已存在较长时间,汽车产业链市场在去年就开始抢产能。具体来说,以下是一些知名厂商及其在争夺车规级IGBT产能方面所采取的策略:

士兰微作为国内的一家重要企业,在新能源汽车市场进行了积极布局。在分立器件领域,士兰微2023年收入达到48.32亿元,同比增长8.18%。IGBT产品营收达到14亿元,同比大幅增长140%。公司自主研发的电车主电机驱动模块已在多家客户实现批量供货,预计未来将持续增长。公司预计IGBT将在2024年实现满产,并计划在未来进一步拓展光伏市场的份额。

此外,士兰微的车用PIM模块、LVMOS单管、IGBT单管等产品已经实现批量供应,SiC产品也成功上车,并与吉利、领跑、威迈斯等客户建立了合作关系。士兰微正加速推进新能源领域布局,SiC产线建设进展顺利,预计2024年底产能将大幅提升。公司自主研发的SiC-MOSFET产品已实现量产,全年营收有望达到10亿元。

公司目前已批量进入新能源车市场的产品主要有PIM模块、LVMOS单管、IGBT单管等,目前当月销售额已接近1亿元左右,预计2024年新能源车市场的销售额会排在公司各细分市场销售额的第一位。

在IGBT方面,2023年第三季度12寸线正在加快调整产品结构,减少了低附加值产品的产出,而IGBT产品还在上量过程中,因此产能利率目前没有打满;目前12寸线IGBT产能已有2.5万片/月,实际产出1.5万多片/月,随着后续IGBT进一步上量,产能利用率会显著回升,预计到90%以上。

英飞凌作为德国的一家知名企业,在IGBT领域具有深厚的技术积累。公司不断推出创新的IGBT产品,以满足市场对高性能、高效率的需求。三菱电机株式会社作为日本的一家老牌企业,在IGBT领域也有着不俗的表现。公司注重技术研发和产品创新,通过推出新型IGBT模块和IPM模块,不断提升产品的性能和可靠性。三菱电机的IGBT产品在工业控制和变频家电等领域有着广泛的应用。

 03、卷起来的技术

此外,富士电机株式会社、斯达半导、华润微、时代电气等国内外厂商也在IGBT产能的争夺中表现出色。他们通过加大研发投入、优化生产流程、拓展销售渠道等方式,不断提升自身的竞争力和市场份额。例如在本土IGBT厂商中,目前已有多家实现第七代IGBT技术。IGBT7作为最新一代技术,其沟道密度更高,元胞间距也经过精心设计并且优化了寄生电容参数,从而实现5KV/us下的最佳开关性能。随着光伏产业,新能源汽车产业的发展,IGBT7有望进一步推广。

4月3日,有投资者提问振华科技:IGBT领域长期被国外厂商占据大部分市场,请问贵公司是否开发了多种规格型号,以满足不同领域比如新能源电动车光伏逆变器,风力发电,电网,轨道交通等不同领域的不同需求?就此,振华科技董秘表示,公司已成功研制出10余种采用第7代IGBT芯片技术的功率模块(单管),主要应用于特种领域。据悉是1200V/900A功率模块。

除此之外,斯达半导体已经基于第七代微沟槽Trench Field Stop技术的750V车规级IGBT模块实现大批量装车;新洁能基于650V和1200V产品平台,使用第七代微沟槽场截止技术的IGBT芯片,多款模块产品完成开发,逐步量产;时代电气研发突破第七代超精细沟槽STMOS技术;士兰微电子已经也推出了第七代产品,内部对应的是5+,性能测试下来完全符合,目前已在客户验证导入和小批量阶段;宏微科技的IGBT技术已更新到第七代,已实现了25A小批量交付、完成了150A、200A的拓展;北京贝茵凯微电子有限公司已成功研发全自主的“第七代大功率IGBT”,并已于12英寸晶圆上面世。

虽然这些厂商在争夺IGBT产能方面取得了显著成果,但市场竞争依然激烈。随着可再生能源和新能源汽车等领域的快速发展,IGBT市场的需求还将继续增长。因此,厂商们需要不断创新和提升技术水平,以应对市场变化和客户需求的变化。

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