2025年可突破百亿的车载功率半导体行业,未来价值量可期( 二 )


IGBT主要应用于新能源汽车领域中以下几个方面:电机控制器、车载空调、充电桩
1)电机控制器:大功率直流/交流逆变后驱动汽车电机 , 锂电池+汽车电池+电机控制器=新能源汽车动力系统 , 相当于传统汽车的发电机 , IGBT模块相当于汽车动力系统的CPU
2)车载空调控制系统:小功率直流/交流逆变 , 使用电流较小的IGBT模块
3)充电桩:智能充电桩中IGBT被作为开关元件使用
IGBT的制造工艺在持续革新 , IGBT产品的差异化和性能的提升有赖于掺杂、扩散和薄片加工等多种工艺的应用 , 相关工艺的技术壁垒较高 , 制造技术也成为实现IGBT自主创新的关键 。

2025年可突破百亿的车载功率半导体行业,未来价值量可期
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IGBT芯片技术的发展
从20世纪80年代至今 , IGBT芯片经历了7代升级 , 从平面穿通型(PT)到沟槽型电场—截止型(FS-Trench) , 芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化 , 断态电压也从600V提高到6500V以上 。

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1)第一代:PT-IGBT , 产品采用“辐照”手段 , 由于体内晶体结构本身原因造成“负温度系数” , 各IGBT原胞通态压降不一致 , 不利于并联运行 , 第一代IGBT电流只有25A , 且容量小 , 有擎住现象 , 速度低 。
2)第二代:改进的PT-IGBT , 采用“电场终止技术” , 增加一个“缓冲层” , 在相同的击穿电压下实现了更薄的晶片厚度 , 从而降低了IGBT导通电阻 , 降低了IGBT工作过程中的损耗 。 此技术在耐压较高的IGBT上运用效果明显 。
3)第三代:Trench-IGBT , 最大的改进是采用Trench结构 , 把沟道从表面变到垂直面 , 所以基区的PIN效应增强 , 栅极附近载流子浓度增大 , 从而提高了电导调制效应减小了导通电阻;同时由于沟道不在表面 , 栅极密度增加不受限制 , 工作时增强了电流导通能力 。
4)第四代:NPT-IGBT , 不再采用外延技术 , 而是采用离子注入的技术来生成P+集电极(透明集电极技术) , 可以精准的控制结深而控制发射效率尽可能低 , 增快载流子抽取速度来降低关断损耗 , 可以保持基区原有的载流子寿命而不会影响稳态功耗 , 同时具有正温度系数特点 。
5)第五代:FS-IGBT , 是第四代产品“透明集电区技术”与“电场终止技术”的组合 。
由于采用了先进的薄片技术并且在薄片上形成电场终止层 , 大大的减小了芯片的总厚度 , 使得导通压降和动态损耗都有大幅的下降 , 从而进一步降低IGBT工作中过程中的损耗 。
6)第六代:FS-Trench-IGBT , 是在第五代基础上改进了沟槽栅结构 , 进一步的增加了芯片的电流导通能力 , 极大地优化了芯片内的载流子浓度和分布 。 减小了芯片的综合损耗 。
7)第七代:IGBT7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 。
功率半导体器件价值量稳步上升
功率器件产品中 , MOSFET和IGBT是汽车电子的核心 。 MOSFET产品是功率器件市场应用最多的产品 , 2017年MOSFET占功率半导体分立器件市场35.4%;IGBT是功率器件中增长最为迅速的产品 , 2017占总市场的25% , 其作为新能源汽车必不可少的半导体器件 , 下游需求相当强劲 。
相比于传统燃油车 , 新能源汽车功率器件使用量更大 。 根据StrategyAnalytics数据库的数据分析 , 在传统内燃机车上 , 功率半导体装机价值为71美元 , 占据车用半导体总价值的21%;而对于混合动力车 , 则在传统内燃汽车基础上新增的功率半导体价值为354美元(2301元);在纯电动车上 , 功率半导体价值为387(2516元)美元 , 占据车用半导体总价值的55% 。
根据中国国务院办公厅日前印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》提出 , 2025年 , 新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右 。
在国务院新闻办公室3日举行的国务院政策例行吹风会上 , 辛国斌表示 , 如果汽车年销售总量是2500万辆 , 20%则是500万辆 。
根据公安部统计数据天风证券分析师预测:纯电动车2025年后将在新能源车中占比为80%左右 。
功率半导体在中新能源汽车2025年的价值量分析:
500万辆车*80%纯电动车=400万辆纯电动车500万辆*20%其他=100辆混动车中国纯电动车功率半导体价值量2025:
400万辆纯电动车*387美元功率半导体价值=15.48亿美元=100亿元
中国混动车功率半导体价值量2025: