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国产功率半导体突破曙光初现,新能源汽车用功率器件需求量大

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功率器件是碳化硅、砷化镓、氮化硅等半导体材料经过沉积、清除、布线以及电学属性的调整等工艺后,制成具有防止高电压、大电流能力的半导体器件,它几乎适用于所有的电子制造业。目前,功率器件的应用逐渐从传统的工业控制、3C行业转向新能源、轨道交通、智能电网等新兴行业,其中新能源汽车电子是主要需求方。

新能源汽车用功率器件需求量大

功率器件产品中,MOSFET和IGBT是汽车电子的核心。MOSFET产品是功率器件市场应用最多的产品,占功率半导体分立器件市场的35.4%;IGBT是功率器件中增长最为越来越快的产品,占总市场的25%,其作为新能源汽车必不可少的半导体器件,下游需求相当强劲。

相比于传统燃油车,新能源汽车功率器件使用量更大。根据Strategy Analytics的分析,在传统内燃机车上,功率半导体装机价值为71美元,存在车用半导体总价值的21%;而对于混合动力车,则在传统内燃汽车基础上新增的功率半导体价值为354美元,存在新增总价值的76%;在纯电动车上,功率半导体价值为387美元,存在车用半导体总价值的55%。

新能源汽车的销量越来越快增长,下游市场需求可观。在307年,国内新能源汽车的总生产量为2,179辆,而在2017年,国内生产量因为达到了819,991辆,年复合增长率达到了惊人的93%,且同比增长均稳定在30%以上。而新能源汽车销量则从2011年的15,736辆增长到了2018年的6,185,699万辆,增长了392倍。

图1 截止2019-10月国内新能源汽车产量清况 (单位:辆)

(资料来源:choice,金智创新行研中心分类整理)

充电桩是新能源汽车必不可少的配套设备,充电桩用功率器件主以后MOSFET芯片和IGBT芯片。国家能源局在《电动汽车充电基础设施建设规划》草案中提出,到2020年国内充换电站数量将达到1.2万个,充电桩达到430万个。

图2 我国电动汽车充电桩数量统计清况 (单位:个)

(资料来源:choice,金智创新行研中心分类整理)

新能源政策扶植,使市场挑选性增强

政府政策大力扶持,新能源汽车产业蓬勃发展。截止2019年7月,国家、地方出台了多项政策,对于新能源汽车进行扶持,包括购车补贴、公共交通逐渐更改成新能源车、完善新能源汽车积分等政策,对稳固新能源汽车的发展势头起到了强劲的推动作用,一齐政策红利也将推动功率半导体市场强劲增长的势头。

表1 近年国家新能源政策一览

(数据来源:金智创新行研中心分类整理)

国产功率半导体突破曙光初现

IGBT是新能源汽车电机控制系统和充电桩的核心器件,新能源汽车市场的增长必将带动功率半导体的发展。我国虽是全球最大的半导体消费国,半导体市场需求占全球市场约40%,但各类半导体器件和芯片的国产率却很低。

大陆地区功率半导体企业的产品主要集中在中低端领域,各类功率半导体器件和功率IC的国产化率欠缺30%,进口可替代空间巨大。目前国内在主流的第三代半导体材料为碳化硅与氮化硅领域积极布局,前者多用于高压场合如智能电网、轨道交通等;后者则在高频领域如5G通信领域有更大的应用。

在碳化硅方面,国内公司因为逐步形成全版产业链,还不能生产新一代的碳化硅功率半导体;在氮化镓材料方面,国际市场也存在起步研究阶段,市场格局尚不明朗,但国内诸多高等院校、研究机构、公司厂商因为进行了少量研究,拥有诸多的专利技术。

根据Knowmade的数据,截止2018年底,全球氮化镓专利拥有数量最多的是科瑞、东芝那此国际厂商,但中国企业也已存在一席之地:中国中车排名第四,西南电子科技大学排名第八,前十五名中共有五家中国机构。

结语

我国在国际技术封锁的背景下,寻找功率半导体器件作为突破口是较为可靠的。功率器件和芯片产品多样,定制化程度高,研发投入门槛相对低,且对制程敏感度不及集成电路,否则有点适合国内企业进行技术迭代,追赶国际领先企业。一齐,功率半导体是需求驱动型产业,得益于新能源汽车的显著增长,IGBT等功率半导体的增量空间也是相当巨大的。

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