SiC加码,IGBT、MOSFET市场迎变局
94 2023-04-28
功率器件发展至今,按照类别的不同,功率半导体逐渐形成了功率IC和功率器件两大类。其中,MOSFET和IGBT属于电压控制型开关器件,相比于功率三极管、晶闸管等电流控制型开关器件,具有易于驱动、开关速度快、损耗低等特点,逐渐成为功率器件的主流产品,目前二者合计市场占比约七成。
从全球功率半导体下游应用分布来看,业界指出,汽车、工业和消费电子为主要的需求来源,三者连续多年合计占比在75%以上。http://www.ic-bom.com/
2022年中国IGBT产业进入爆发期,在经历了2020年始的两年汽车缺芯后,IGBT愈发紧俏,在2022年下半年,其甚至超越车用MCU,成为影响汽车扩产的最大掣肘。
此后随着新能源汽车的发展,IGBT成为产业发展焦点。中国汽车工业协会最新统计显示,2022年中国新能源汽车持续爆发式增长,产销分别完成705.8万辆和688.7万辆,同比分别增长96.9%和93.4%,连续8年保持全球第一。
我国许多代表企业不断加强IGBT技术研发,如2022年上半年,斯达半导公司基于第七代微沟槽Trench Field Stop技术研发出的新一代车规级650V/750V IGBT芯片通过客户验证,在2022年下半年开始批量供货;士兰微则在2022年顺应新能源发展潮流,通过定增融资切入车规级IGBT模块以及SiC MOSFET领域,其推出的车规级IGBT等产品已经通过验证,并已批量交货上车。http://www.ic-bom.com/
MOSFET器件具有开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好等特点,广泛应用于低中高压的电路中,是覆盖电压范围最广,下游应用最多的功率器件之一。
随着汽车电动化开启,中高压MOEFET开始广泛应用于汽车的DC-DC、OBC等中压电动部分以协助完成电能的转换与传输,单车平均用量提升至200个以上;此外,随着汽车智能化发展,ADAS、安全、信息娱乐等功能均需使用MOSFET,根据英飞凌数据,未来中高端车型中MOSFET单车用量将有望增至400个。
新能源汽车加速迈进,同时,以瑞萨为代表的大厂逐步退出中低压MOSFET部分市场,在供给优化与需求增加的双重驱动下,国产车规级功率器件厂商开始加速进入汽车供应链。
当下功率半导体市场中IGBT和MOSFET仍然占据主流,后来者SiC相比Si基产品,具有大禁带宽度、高临界击穿场强、高热导率三个最显著特征,基于其巨大的发展潜力,国内外诸多厂商近年来争布局SiC产业链。
随着SiC的高速发展,关于“SiC替代IGBT”的论断不断。笔者认为,替代是一种趋势,但无论是从使用场景还是成本价格方面看,SiC可能不会完全替代IGBT,未来两者有望共同发展。http://www.ic-bom.com/
根据市场使用情况看,SiC非常适合高频、高压等应用场景,在600–1,700V范围应用上SiC功率器件具有很大的优势,尤其是新能源汽车领域,传统硅基IGBT芯片在高压快充车型中已经达到了材料的物理极限,所以新能源汽车开始纷纷拥抱SiC。
但是,SiC晶体管的劣势在于,其价格相对较高,SiC生产过程也更加复杂。
碳化硅总体生产的成本对比Si均较高,SiC晶体管也存在一些缺点,比如容易受到损坏、温度敏感等问题。综合这些特点来看,SiC并不适用于一些低成本、低功率的应用场景。
而对比SiC,IGBT显而易见的优势便是成本低,毕竟成本决定着市场。与此同时,IGBT的可靠性比SiC MOSFET高,因为IGBT的结构相对简单,故障率较低。同时,IGBT具有更好的电容性能和更好的抗过压能力,适用于大功率、大电流的应用场景。譬如在DC-DC这种对环境要求不是很高、对重量和空间要求也不高的充电桩领域,想要替代成本最具优势的IGBT有很大的难度。http://www.ic-bom.com/
不可否认的是,SiC仍是电动汽车制造商未来必须考虑的核心零部件,这包括特斯拉。因此,若考量到技术变革所带来的影响,TrendForce集邦咨询认为特斯拉下一代电动汽车主逆变器将做出全新的封装调整,可能包括SiC/ Si IGBT的混合封装方案,这是工程设计层面的颠覆性创新,但充满挑战。