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IGBT在新能源汽车领域的市场分析

随着近年来新能源汽车政策红利释放,未来几年新能源汽车市场进入爆发期,IGBT等功率半导体作为其核心器件也将迎来黄金发展期。


一、概述

 IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。


作为电动汽车电机控制器实现功率变换的核心部件,IGBT在新能源汽车领域主要有电力驱动系统、车载空调系统和充电桩三大应用方面。


电动控制系统——IGBT在电控系统中用于逆变器模块,将大功率直流/交流(DC/AC)逆变后驱动汽车电机。跟据Hitachi显示,车用逆变器中IGBT需要工作在650-700V,开关频率为5-12kHz,IGBT的转化效率在90%以上,最大可以达到95%。


车载空调控制系统——实现小功率直流/交流(DC/AC)逆变,使用电流较小的IGBT和FRD,进而驱动空调系统运行。


充电桩——智能充电桩中IGBT模块被作为开关元件使用,主要运用于直流快充电桩,直流电桩通过三相电网输入交流电,经过三相桥式不可控整流电路整流变成直流电,滤波后提供给高频DC-DC功率变换器,为电动汽车动力蓄电池充电。

二、IGBT市场

IGBT是新能源汽车及充电桩的核心器件,常用电压为600-1200V,成本占到新能源电动汽车整车成本的7%-10%。随着近年来新能源汽车政策红利释放,未来几年新能源汽车市场进入爆发期,IGBT等功率半导体作为其核心器件也将迎来黄金发展期。2017年新能源汽车产量为79.4万辆,假设平均每辆车生产成本为20万,按IGBT占整车成本的10%计算,2017年新能源汽车领域IGBT市场规模为159亿元。


图表1 IGBT在电动汽车中的应用方案

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资料来源:江苏宏微科技股份有限公司官网

二、IGBT企业状况

目前我国新能源汽车领域所需IGBT供给量较低,据统计国内90%以上IGBT器件主要被英飞凌、ABB、三菱、仙童等欧美及日本国际巨头占据。这些企业无论从技术上还是规模化生产方面已经相当成熟,IGBT产品电压规格涵盖600V-6500V,电流规格涵盖2A-3600A,形成了完善的IGBT产品系列。

图表2  国内IGBT企业状况

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资料来源:公开资料

(一)中车时代电气

中车时代电气自主设计并建造的全球首条8英寸高压IGBT芯片专业生产线,攻克了高压IGBT制造关键技术和成套工艺,具备年产12万片芯片、并配套形成年产100万只IGBT模块的自动化封装测试能力,目前已实现650V-6500V IGBT全电压范围覆盖。


(二)士兰微

杭州士兰微公司拥有4英寸、5英寸与6英寸等多条功率半导体晶圆生产线,报告期内,各尺寸晶圆生产能力为330万片/年,封装资源为24亿只/年,处于国内同行业的领先地位。2018年上半年,公司已着手规划在杭州建设一个汽车级功率模块的封装厂,拟投资2亿元建设一条汽车级功率模块的全自动封装线,加快新能源汽车市场的开拓步伐。


(三)深圳比亚迪微电子有限公司

比亚迪集团旗下的独立子公司,自2003年开始致力于集成电路及功率器件的开发,并提供产品应用的整套解决方案。深圳比亚迪微电子专注于半导体产品的研发和生产:主要产品为IGBT 芯片及模块,智能功率模块(IPM),AC-DC 芯片,电池保护及管理芯片,功率场效应管(MOSFET),CMOS图像传感器,触摸控制芯片、触摸板,ESD 保护二极管、智能动力电池管理、电流传感器等。


(四)嘉兴斯达半导体股份有限公司

嘉兴斯达半导体股份有限公司成立于2005年4月,是一家专业从事功率半导体元器件尤其是IGBT研发、生产和销售服务的国家级高新技术企业,注册资金1.2亿元。总部位于浙江嘉兴,占地106亩。在国内和欧洲均设有研发中心,是国内IGBT领域的领军企业。


公司主要产品为功率半导体元器件,包括IGBT、MOSFET、IPM、FRD、SiC等等。公司已成功开发近600种IGBT模块产品,电压等级涵盖100V~3300V,电流等级涵盖10A~3600A。产品已被成功应用于新能源汽车、变频器、逆变焊机、UPS、光伏/风力发电、SVG、白色家电等领域。


(五)江苏宏微科技股份有限公司

江苏宏微科技股份有限公司具有从600-1700V IGBT芯片设计、模块封装、特性分析及可靠性研究完整的设计研发和生产能力,自产600-1200V IGBT芯片已在工业电机控制器领域大批量应用,打破了国外IGBT芯片长期的垄断地位。研发的车用MOSFET、IGBT模块,已在国内外应用于电动叉车、高尔夫球车、电动物流车及低速电动车;研发的IGBT DCDC电源模块,已大规模应用于电动大巴。


2017年底与北汽新能源汽车股份公司联合成立宏微-北汽新能源IGBT联合实验室,计划从芯片设计到模块设计与封装再到电机控制器设计与生产,江苏宏微与北汽新能源联合打造电机控制器产业链。试验室将建设车用级IGBT模块封装平台、测试平台和可靠性试验平台。深入开展电动汽车控制器使用的高性能、高可靠性IGBT模块研发与应用研究,以实现提高车用IGBT性能,提升电机控制器性价比和可靠性的目的。


(六)达斯半导体有限公司

该公司开发出600V, 1200V和1700V的8寸及6寸IGBT各种电流规格的IGBT芯片产品,芯片电流规格从10A至200A。公司已成功开发多种IGBT模块产品,电压等级涵盖600V~3300V,电流等级涵盖10A~1000A。产品已可应用于逆变焊机、变频器、感应加热、大功率电源、UPS、新能源汽车、太阳能/风力发电、SVG等领域。


(七)南京银茂微电子制造有限公司

南京银茂微电子制造有限公司一期项目以研发、制造和销售拥有自主知识产权的新型电力电子模块(国产IGBT功率模块、MOSFET功率模块)、全气密半气密高可靠性混合电路电子器件、大规模变流技术核心组件为主营业务。具备年产通用功率模块65万件和高压大功率模块10万件以上的生产能力,是目前国内最大的电力电子功率模块生产基地之一。公司产品可广泛用于功率范围0.5KW-5MW及其以上的不同领域:工业变频、新能源、电源装备、公共交通等。


(八) 上汽英飞凌汽车功率半导体(上海)有限公司

英飞凌与上海汽车集团股份有限公司(以下简称“上汽集团”)于2018年上半年在上海成立合资企业上汽英飞凌汽车功率半导体(上海)有限公司,其中英飞凌在合资公司中的占股比例为49%,上汽集团的份额则为51%。在总投资方面,据透露,合资公司投资共分为三期,首期投资合一亿欧元,该模块封装项目将在2018年下半年量产。

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