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功率半导体加速国产替代,造车新势力率先出手

发布时间:2021年9月6日 | 文章来源:盖世汽车网 | 浏览次数:70 | 访问原文

在过去相当长的一段时间里,汽车功率半导体市场一直由欧美日等外资巨头牢牢占据着主导地位。近几年新能源汽车的快速发展,让作为电子系统中电能转换和开关控制核心的功率器件站上风口,本土企业随之迎来自主突围新拐点。

放眼市场,当前从传统Si功率器件IGBT、MOSFET,到以SiC、GaN等为代表的第三代半导体,国内都有企业布局。尤其是在应用相对较成熟的硅基IGBT领域,随着本土企业在研发和生产方面不断取得新突破,另一方面,受制于全球半导体产能紧张,主要企业交期延长,一些本土车企开始将目光转向国产功率器件,自主功率半导体由此逐渐在市场占据一席之地。

汽车功率半导体站上风口

新能源汽车的迅猛发展,让功率半导体成为了当前行业最热门的投资领域之一。

以目前发展最快的IGBT为例,据Yole分析数据显示,2020年IGBT在EV/HEV领域的市场规模约为5.09亿美元。其中,在新能源整车电控中,车规级IGBT模块成本据悉已经占到了44%,在充电桩中,约占总成本的20%。

电动汽车,英飞凌,汽车功率半导体

图片来源:华润微电子

未来随着新能源汽车市场的持续爆发,IGBT有望继续迎来更广阔的市场空间。有预测数据指出,到2025年,全球电动汽车IGBT市场规模或进一步增长到456亿元,成为汽车电动化进程中最主要的价值增长点。其中中国EV和PHEV乘用车市场IGBT市场规模到2025年将达186亿元,海外将达262亿元。

然而,面对这块“大蛋糕”,本土企业能吃到的份额却不足10%,超过90%需从海外进口。例如2019年成功跻身全球 IGBT 模块供应商前十的斯达半导,市场份额也不过2.5%,距离头部的英飞凌、三菱电机、富士电机、安森美等还有很大的提升空间。

但发展新能源汽车,功率半导体又是绕不过的槛。特别是当今国际形势变化难测,国与国之间科技竞争日趋白热化,更是激发了本土企业加紧实现功率半导体自主可控的迫切性,实现汽车功率半导体的自主可控势在必行。为此,过去几年大批企业纷纷扎进这一领域。

8月中旬,闻泰科技发布公告称,旗下全资子公司安世半导体完成了对英国芯片制造商NWF母公司NEPTUNE 6 LIMITED的收购。据悉,NWF是英国为数不多的半导体芯片制造商之一,主要生产用于汽车的功率半导体芯片,根据IHS统计,NWF2020年收入中92%来自于功率器件,8%来自于模拟芯片。

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图片来源:闻泰科技

因此,此次闻泰科技收购NWF,也被视为延伸安世半导体在车规级IGBT、MOSFET、Analog和化合物半导体等产品领域的IDM能力,进一步丰富车用芯片的供给能力。此前4月,闻泰科技已经宣布将投入120亿元,在上海建设一座12英寸晶圆厂,生产用于电动汽车的功率芯片和晶圆管等分立器件。

8月初,智能电动汽车领域的新跨界企业富士康也宣布斥资25.2亿新台币从旺宏电子手中收购一家芯片工厂,用来开发与生产第三代半导体,特别是电动汽车所用的碳化硅(SiC)功率元件。据悉,该工厂计划到2024年每月生产1.5万片晶圆,每月可为3万辆电动汽车提供碳化硅半导体。

差不多同一时间,皇庭国际宣布以4600万元间接参股意发功率半导体有限公司。后者正在利用现有的充放电功率半导体的技术积累,拓展充电桩控制芯片、电动车控制芯片业务。所以,皇庭国际此举也被认为是看上了车用功率半导体这一黄金赛道。

当前,新能源汽车的快速发展,对功率半导体的需求不断加大。据相关预测数据显示,2020-2026 年,电动车功率半导体市场规模将从 14 亿美元增长到 56 亿美元,复合年增长率为 25.7%,成为新能源汽车用半导体提升最为显著的细分市场之一。

本土企业密集布局

整体来看,本土汽车功率半导体玩家主要有两类,一类是传统的半导体企业,如斯达半导、中车时代、士兰微等,这几家企业目前正处于快速市场化阶段。

其中斯达半导整体进展相对较快,该公司的产品在一些中小功率的电子电控上已经有批量应用,并且市场表现也挺好,但在超过 100kw 的中大功率电子电控产品上应用比较少,目前正处于联手主机厂做验证的阶段。

据斯达半导刚刚发布的2021上半年财报显示,1-6月该公司的车规级 IGBT 模块合计配套了超过 20 万辆新能源汽车,预计下半年配套数量将进一步增加。与此同时,斯达半导的车规级 SGT MOSFET也已于上半年开始小批量供货,公司在用于车用空调、充电桩、电子助力转向等新能源汽车半导体器件份额亦进一步提高。

不仅如此,今年上半年斯达半导基于第六代 Trench Field Stop 技术的 650V/750V IGBT 芯片及配套快恢复二极管芯片的模块也新增了多个双电控混动以及纯电动车型的主电机控制器平台定点,这预计将对2023 年-2029 年斯达半导IGBT 模块销售增长提供持续推动力。另外,斯达半导基于第七代微沟槽 Trench Field Stop 技术的新一代车规级 650V/750V IGBT 芯片也于上半年研发成功,预计 2022 年开始批量供货。

而中车时代,之前做工业级的产品比较多,目前也在做车规级,并具备年产能 24万片的 8英寸车规级 IGBT产线 ——以新能源车低压 IGBT为主,现已获得广汽、东风等车厂的批量订单。但严格意义上来讲,中车时代的产品还没有得到大批量的验证和应用,主流的OEM仍在观望状态。

士兰微基于公司自主研发的 V 代 IGBT 和 FRD 芯片的电动汽车主电机驱动模块,亦于2021 年上半年在国内多家客户通过测试,并在部分客户开始批量供货。虽然其步伐稍落后于斯达半导,但考虑到士兰微的IDM模式,自有产线产品迭代非常块,未来增长也十分值得期待。

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图片来源:比亚迪半导体

另一类是车企独资或联合其他半导体企业成立的公司,如比亚迪半导体,上汽集团与英飞凌公司合资设立上汽英飞凌,东风汽车与中国中车联合成立的智新半导体,以及今年5月吉利汽车旗下威睿电动汽车与芯聚能半导体、芯合科技投资合资成立广东芯粤能半导体有限公司。其中比亚迪半导体,依靠自有整车平台已经实现了累计逾百万辆的IGBT模块装车量。而上汽英飞凌也已经大批量生产车规级IGBT,并广泛应用于国内众多新能源汽车。

智新半导体相对慢一点,于今年7月才正式将IGBT生产线投入量产。该产线以第六代IGBT技术为基础,目前每班每日产量稳定在150只左右,首批下线的IGBT模块将搭载于东风风神、岚图等自主品牌车型上。据悉,智新半导体建成的一期年产能为30万只,二期建成后,年产能将达120万只。与此同时,智新半导体也在不断扩充产品谱系,其SiC模块也已进入研发阶段。

除此之外,还有一些跨界玩家也在积极布局汽车功率半导体,像上面的富士康、皇庭国际等。伴随着这些新老玩家的布局力度不断加大,本土功率半导体企业开始逐步在市场崭露头角。

“缺芯”危机下机遇暗生

尽管相较欧美、日系半导体厂商,本土企业无论是在核心技术还是量产经验上,均有较大的差距,但随着本土企业不断加大在功率半导体领域的布局,国内企业在汽车功率半导体方面的“集体失声”情况已经在一定程度上得到改善。

特别是今年以来,受疫情和极端天气等的影响,导致主要的汽车半导体企业均遭遇产能紧张的困境,加之上游原材料涨价,让众多半导体厂商纷纷宣布上调价格。在缺芯和涨价的双重压力下,部分本土车企在寻求功率半导体供应时开始给予本土企业更多的关注,进一步为国产替代提供了新契机。

理想汽车、小鹏汽车等新造车品牌,据悉此前就先后接触过多家本土功率半导体厂商,并成功实现自主供应。

据理想汽车此前被曝出来的《理想IGBT采购专家纪要》显示,由于英飞凌IGBT产品供应不上,与此同时中车时代无论在价格(成本比英飞凌低30%)还是交期(一个月)方面,都比较有优势,理想汽车从5月开始就导入了中车时代IGBT,已在现款车型上用了2个月,后续还会有新的车型。不过,理想汽车不是直接向中车时代采购,而是采购汇川技术的电控产品,间接采购中车时代的IGBT。

电动汽车,英飞凌,汽车功率半导体

图片来源:理想汽车

理想汽车指出,在IGBT用量方面,目前英飞凌的产品占比约为70%,后续将下调至50%以下。如果中车时代质量水平过关的话,在明年英飞凌产能不足的情况下,中车时代的供应份额与英飞凌有望实现1:1,但如果英飞凌产能持续紧张,中车时代的供应份额甚至还有可能提升。

不仅如此,该会议纪要同时还透露,除了理想汽车,小鹏汽车也已经导入了中车时代的产品。而在此之前,小鹏汽车和理想汽车类似,同时还评估了包括斯达半导、比亚迪半导体等在内的多家本土半导体企业的IGBT供应能力。

另一家新造车品牌零跑汽车则选择了士兰微。据士兰微相关负责人表示,该公司的IGBT模块B1、B3已进入批量供货阶段,其中B1采用IGBT 4芯片,适用30-60kw的电动汽车,即A00级车,被造车新势力零跑T03大量采用。B3采用IGBT 5芯片,适用80-220kw的电动汽车,即A级至C级车,正在极氪(吉利B级新能源车)小批量试用,预计年底或明年初批量供货。

由此可见,在一众造车新势力的引领下,本土功率半导体厂商的突围之势正逐渐形成。分析原因,这背后造车新势力本身理念更为激进是一方面,另一方面新造车品牌需求量相对较小,与合资和外资车企比较,对半导体大厂的议价权相对较弱,出于成本控制和供应链保障的原因,也更愿意尝试引入国产供应商。

特别是受疫情冲击以及国际贸易形势的影响,海外零部件供应仍存在较大的不确定性,从功能供应链安全的角度考虑,选择本土供应商也更具战略意义。

可以预见的是,未来对于一些不涉及、不影响核心的产品,本土OEM可能会主动趋于国产化产品,或者进行相关的备份,以培育本土供应商体系。而一旦本土企业的技术在市场上经过了规模化验证,加之本土企业本身在成本以及供货保障上的优势,有望真正推动自主汽车功率半导体供应体系的快速形成。