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作為新能源汽車電控系統和直流充電樁的核心器件,功率器件需求增加最快,到2025年將成為需求量最大的領域。2022年,新能源汽車的單車功率半導體價值量達到458.7美元,約為傳統燃油車的5倍。在全球芯片細分市場中,功率器件市場對我國芯片產業的重要性不容忽視。
近年來,包括不少車企在內,都在紛紛發力功率半導體,如比亞迪半導體是國內自主可控的車規級IGBT龍頭廠商。功率器件主要是用于對電力設備進行電能變換和電路控制,如變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開關等。具體產品包括有二極管、晶閘管、IGBT、MOSFET等,其中,場效應管(MOSFET)和IGBT為最重要的兩個分支,適用范圍最廣,合計的市場規模占到功率器件整體的50%以上。
通過多年的工藝積累、大力投入,在傳統的二極管、晶閘管等功率器件上我國企業已經具備與國際品牌競爭的實力。同時,在技術壁壘較高的IGBT、MOSFET等領域亦有所成就。隨著國家政策支持,產業生態鏈日趨完善,人才水平逐漸提高,加之我國擁有全球最大的功率器件消費市場,在多重因素的推動下,伴隨國內功率器件行業進口替代的發展趨勢,中國本土企業有望進一步向高端功率器件領域邁進。
IGBT和MOSFET是最重要的兩個分支
IGBT全稱絕緣柵雙極晶體管,廣泛應用于逆變器、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。作為新能源汽車上電控系統和直流充電樁的核心器件,以及光伏逆變器的核心器件等等,IGBT市場將迎來黃金發展期。我國IGBT產業起步較晚,目前市場主要被國外產品壟斷,但隨著國家政策支持和技術進步,我國本土企業有望進一步向高端功率器件領域邁進。
MOSFET全稱金屬氧化物半導體場效應晶體管,適用于AC/DC開關電源、DC/DC轉換器。在消費電子、汽車電子、工業控制、醫療、國防和航空航天、通信等領域應用廣泛。在消費電子與汽車電子領域的市場占比最高。近年來,在低壓溝槽柵MOSFET領域,國內涌現出一大批創新公司,已開始逐漸取代國外產品。
技術與產業發展趨勢
隨著下游應用場景的不斷拓展,新能源汽車普遍采用高壓電路,需要頻繁進行電壓變化。充電樁也從400V朝著800V的高壓快充發展。工業4.0對于高壓器件尤其IGBT的需求增加。在光伏、風能等新能源發電并入電網的超高壓的需求背景下,對功率器件的電能轉換效率、高壓性能、穩定性、復雜度等要求進一步提高。產品的模塊化和集成化應運而生,是行業技術發展的主流趨勢。
第三代半導體材料產業迎來了重大發展與突破。以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等寬禁帶為代表的第三代半導體材料在適應高壓、高頻和高溫的極端環境上表現更佳。SiC是高功率器件理想材料。當電壓大于900V,要實現更大功率時,硅基功率MOSFET和IGBT就暴露出短板。