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新能源汽车市场蓬勃发展,第三代半导体加速“上车”

2023年7月14日

编辑:Rokin/中国出海半导体网

 

2023年以来,第三代半导体市场发展热度进一步攀升,产业内各企业合作频繁的同时,扩产动作也不断。继3月英飞凌宣布收购加拿大氮化镓系统公司后,6月初,三安光电也与意法半导体宣布合资建设碳化硅工厂。作为三代半产业中较为成熟的两类应用材料,碳化硅与氮化镓以高频高功率低损耗的优势在多样化的应用场景中获得了广阔市场,其中备受瞩目的一个应用领域正是新能源汽车。

在近日2023集邦咨询第三代半导体前沿趋势研讨会上,TrendForce集邦分析师龚瑞骄表示:“碳化硅市场的发展受到了新能源产业的强力驱动,特别是新能源汽车的蓬勃发展,带动了碳化硅产业的腾飞。氮化镓在汽车市场的前景也很不错,许多OEM和Tier1非常看好氮化镓在汽车市场的应用,但是仍需要产业界共同努力推进发展。”

 

 

据预测,在下游应用与市场的驱动下,碳化硅功率元件市场规模将从2022年的16.1亿美金成长到2026年的53.3亿美金,复合增长率达到35%;而氮化镓功率元件的市场规模将从2022年的1.8亿美金成长到2026年的13.3亿美金,复合增长率高达65%。

其中,新能源汽车是目前占比最高的应用场景。根据CASA Research数据,2022年国内碳化硅和氮化镓功率电子器件市场上,新能源汽车规模占65%,其次为快充电源、消费类电源、工业及商业电源、光伏及储能等。随着新能源汽车渗透率不断上升,第三代半导体也正在加速“上车”的进程,各企业都期待抓住这一重要的发展趋势占据市场份额。

 

车用碳化硅功率元件年复合增长率达38%

目前碳化硅仍在迭代发展中,但其在汽车领域已经有不少应用,并且还在高速增长。龚瑞骄指出,预计车用碳化硅功率元件市场将从2022年的10.9亿美金成长到2026年的39.8亿美金,复合增长率达到38%。

谈及碳化硅在新能源汽车领域的应用情况,芯聚能高级总监王亚哲说:“在电动汽车上,SiC器件的主要应用场景包含OBC(车载充电器)、车载空调、主驱逆变器。鉴于车载要求小体积、轻量化、高效率、高可靠性,OBC应用可以较好地呈现出SiC的价值。”他还提到,随着电动汽车架构加速迈向800V电压平台,传统的硅基功率器件方案很难满足纯电车对能耗的要求,碳化硅MOSFET将成为电动空调压缩机控制器的首选方案。同时,碳化硅MOSFET用在主逆变器中,有助于800V平台车型总体效率提高6%-8%。

但国内碳化硅MOSFET产品仍然处在起步发展阶段,与国际领先水平还有明显的差距,当前国内厂商们也在不断提升碳化硅MOSFET器件的良率和产能。另一方面,海外大厂们也在持续扩充产能,比如意法半导体近期和三安光电进行合作,在重庆建设碳化硅8英寸产线,三安光电拥有中国首条垂直整合的半导体产品线,目前也在积极扩展汽车客户。

 

 

值得注意的是,头部车企都在重金投入碳化硅供应链,或寻求多元的供应商体系。传统的硅基功率半导体厂商如中车、比亚迪等,也在逐步进入碳化硅市场。而在国际方面,此前新能源汽车龙头特斯拉宣布下一代平台将减少75%的碳化硅用量,消息搅动市场神经。龚瑞骄分析道:“目前来看事件影响不大,特斯拉所称的减少碳化硅用量可能会通过技术更新或是使用其他方案来实现,比如将碳化硅器件从平面型转换为沟槽型,或是采用碳化硅器件与硅基IGBT共同封装的方案等,来达到其预期。”

特斯拉以技术研发降低碳化硅应用成本,也将对国内新能源汽车品牌造成更大的价格竞争压力,倒逼国内新能源车企寻找降低成本的替代方案,而这也是国内碳化硅企业快速跟上国际碳化硅产业发展水平的创新机遇。

 

氮化镓处于“上车”验证阶段

相比于碳化硅,目前来说氮化镓在新能源汽车的领域应用仍比较有限,龚瑞骄表示,氮化镓的汽车应用目前还是处于早期阶段。他进一步谈道:“氮化镓市场主要是由消费电子驱动,核心就来自于快充,其他消费场景还包括音频、无线充电、电源和消费级的产品等等。不过同时许多厂商也早已将目光转向数据中心、可再生能源等工业市场以及新能源汽车市场,有大量厂商在这方面持续研发。”

不过,氮化镓从低功率消费电子市场转向高功率工业市场的进程其实已经开始。英诺赛科产品应用总监邹艳波表示,高功率数据中心、光伏逆变器、汽车、通信电源等市场,这些应用对功率密度、能效、开关频率、热管理、可靠性及尺寸等都提出了更高的要求。而氮化镓因具备宽禁带、高频率、低损耗、抗辐射强等优势,正好满足了各种应用场景对高效率、低能耗、高性价比的要求。

 

 

“3年前大家谈到氮化镓时,普遍的想法是性能还可以,但是价格有点贵,当时大多数客户会考虑预研或者高端项目,对于量大的项目则比较保守和慎重。”邹艳波回忆道,“今天产业发生了很大变化,氮化镓性能有了大幅提升,随着技术的迭代,成本目前也跟硅器件的成本差异不大,应用生态逐步完善。”在他看来,氮化镓的时代已经到来,已经做好了开始腾飞的准备。目前在消费、工业(数据中心、储能)和汽车领域,头部客户都在采用英诺赛科的产品,在汽车领域首先量产的是激光雷达产品。

车载激光雷达之外,也有部分厂商正在致力于开发用于汽车主逆变器的氮化镓功率元件,但整体来说在还没有在汽车领域实现大量的应用。龚瑞骄表示,预计到2025年左右,氮化镓功率元件会小批量地渗透到低功率的OBC和DC-DC中,再远到2030年,OEM会考虑将氮化镓移入到逆变器。

他还指出,氮化镓发展到一定程度后,在400V系统内车载充电机的应用中,可能与碳化硅材料形成竞争,但因为氮化镓材料在高压上的局限,800V系统领域短期内应该不会有竞争产生。第三代半导体在新能源汽车领域的应用场景更成熟多元后,“上车”进程中是否会产生更激烈市场竞争,需要再进一步观察。