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量产新能源车推动碳化硅产业链发展

2021-01-26 09:30:07 【东智精密】   来源: 新材料情报NMT     阅读

碳化硅在已往两年的全球市场也发生了些“玄妙”的转变:碳化硅衬底供应最先严重不足,但科锐(Cree)已和数个要害公司签署了恒久供货协议,并在2019年5月宣布未来五年投资10亿美元,扩展衬底生产线;英飞凌收购了具有衬底制造手艺的Siltectra;ST收购了Norstel55%的股权等。

这些转变背后的“始作俑者”竟是。自特斯拉在引入碳化硅MOSFET到主驱上并迅速量产后,海内新能源汽车也最先跟进,且获得了市场的普遍接受。

去年7月,比亚迪新上市的汉EV旗舰车型其中电控部门使用的SiCMOSFET功率器件是比亚迪自主研发制造的具有领先优势的零部件。据称,这也是首款接纳SiC模块的国产新能源汽车。无独占偶,海内另外一家新能源车企--北汽新能源也正在测试在新能源汽车上接纳SiC器件。

在规模应用后,随着成本的进一步下降,未来将越来越多的接纳SiC模块,车用将是SiC模块最大的增加动力。

新质料情报NMT |  量产新能源车推动碳化硅工业链生长

SiC成为新能源汽车最佳选择

作为第三代半导体的代表,SiC质料具有宽的禁带宽度,高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,因此在IGBT、MOSFET等功率半导体中应用尤为普遍,SiC成为实现新能源汽车最佳性能的理想选择。现在,新能源汽车系统架构中涉及到功率半导体应用的组件包罗三大部门:电机驱动器、车载充电器(OBC)/非车载充电桩、电源转换系统(车载DC/DC)。

相比于IGBT,SiC是更为先进的做控制器的电力电子芯片。虽然成本是IGBT的8-10倍,但SiC可以大幅度提高电机转速从而提升电机比功率。在做到高频率和高效率的同时,体积还很是小,约比IGBT小70-80%。此外,SiC还具有高频率但消耗低的优势,从而将新能源车效率再提高10%左右。这就意味着,续航里程获得提升的同时,电池成本有可能大幅下降。

在这一点上,特斯拉为追求行驶里程仅5%的提升,不惜以贵几倍的价格在业界率先周全接纳SiC替换IGBT,Model3的控制器就是使用的SiC质料。比亚迪也宣布将在2023年全方位接纳SiC替换,预计在2025年周全用SiC取代IGBT。

凭据Yole展望,2017-2023年,SiC功率器件市场将以每年31%的复合增加率增加,2023年将凌驾15亿美元;而SiC行业龙头Cree则体现得更为乐观,其预计到2022年,SiC在电动车用市场空间将快速发展到24亿美元,是2017年车用SiC整体收入(700万美元)的342倍。

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应用研发落伍外洋 国企门路阻且长

从工业格式看,现在全球SiC工业格式出现美国、欧洲、日本三足鼎立态势。其中美国全球独大,占有全球SiC产量的70%-80%;欧洲拥有完整的SiC衬底、外延、器件以及应用工业链,在全球电力电子市场拥有强盛的话语权;日本是装备和模块开发方面的绝对领先者。

日本:现在SiC器件在电动汽车(含混淆动力汽车)上应用生长最快的是日本企业,典型为丰田公司,早在2014年5月他们正式公布了基于SiC半导体器件的零部件――应用于新能源汽车的功率控制单元(PCU)。另外,本田汽车公司、日产汽车公司均和罗姆公司就HEV/EV应用SiC半导体手艺,配合开发出了使用SiC半导体器件的高功率电源模块,将转换器和逆变器的二极管和晶体管所有由硅器件改为SiC器件。

美国:除了特斯拉,福特汽车公司2015年底宣布企图为电动汽车项目投资45亿美元,另外SiC手艺的著名企业美国Cree公司开发了多款适合于新能源汽车使用的SiC功率模块,并和互助同伴互助推出了使用SiC功率模块和二极管 的电动汽车充电桩整体解决方案。

中国:应用方面,比亚迪也己投巨资结构第三代半导体质料SiC。现在,比亚迪己经乐成研发了SiC MOSFET。预计到2023年,比亚迪将在旗下的电动车中,实现SiC基车用功率半导体对硅基IUBT的周全替换。

虽然我国开展第三代半导体质料和器件方面的研究事情比力晚,但也有一些企业在工业化方面己初具规模,如SiC衬底制造商:北京天科合达半导体股份有限公司;SiC外延制造商:东莞天域半导体科技有限公司、瀚天天成电子科技(厦门)有限公司;SiC器件制造商:南京国盛电子有限公司、泰科天润半导体科技(北京)有限公司。同时我国多家半导体厂商也在努力结构SiC和GaN器件,华润华晶微电子和华虹宏力就是其中的代表企业。

总体来看,在汽车电力电子手艺上,我国许多手艺处于工业链空缺,建设在现代功率半导体基础上的电子电路、芯片和模块险些全都依赖入口。现在,以碳化硅、氮化镓等为代表的第三代宽禁带功率半导体在新能源汽车上的应用成为未来生长趋势,然而在这些领域,我国在其应用研发上显着落伍于外洋,海内企业另有较长的路要走。

曙光已现未来可期

只管市场现有情形不如人意,但应用于新能源汽车的第三代半导体工业链的企业中,大的国际上、中游企业,已经在疯狂的扩产、提升产能了。而市场化的运作里,上游企业投入一样平常都是领先下游应用1-2年的时间,这说明下游的应用成本将会迅速的降低,马上就要用到现实产物上来了。

最先也提到过,上游巨头Cree两次宣布其扩产企图,投资近10亿美元。上游的扩产最终效果将动员成本降价,试错的时机将会大幅增添,手艺也会迅速提升。这是正相关的努力意义。

但必须注重的是,外洋企业披露的扩产进度往往滞后于现实进度。面临外洋龙头企业的扩产周期短、投产速率快,海内的企业无论是手艺照旧资金投入往往跟不上。等外洋企业真正最先量产,海内上游厂商面临的市场竞争情形将会很是严重。

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但在未来新能源汽车市场转移到中国后,海内发展起来的大鹏、蔚来、理想等新能源车企的量产将会和海内碳化硅厂商一起协同生长。相比起外洋孤军奋战的特斯拉,海内新能源汽车市场将会为碳化硅工业链带来更多的时机。

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