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【芯观点】国内功率半导体进击之路:新能源汽车赛道怎么攻?

来源:爱集微

#功率半导体#

#新能源车#

#芯观点#

02-19 16:21

图片来源:网络

集微网报道,比亚迪半导体不久前宣布正寻求2021年内分拆上市。这本是为了给自家电动车配套供货“不得已”而作的业务过去十余年在新能源汽车领域的规模化应用积累下,已成为国内自主可控的车规级IGBT领导厂商。比亚迪表示,拆分上市之举是希望依托其在车规级半导体领域的积累及应用优势,逐步实现其他车规级核心半导体的国产替代。

汽车电动化战略在全球范围内加速推进,核心器件之一的功率半导体也迎来新一轮发展动力。国产替代大潮之下,功率半导体有望最先迎来突破口。

“未来产业链上下游垂直整合的力度会大大加强,这更符合它内在的发展逻辑。”同创伟业董事总经理、半导体基金负责人陈凯对集微网指出。但进击之路依然面临诸多障碍和挑战,市场大机遇之下,国内功率半导体产业链的短板也越发显现,未来一年,也是补短板和重塑产业链上下游的关键一年。

进击中高端怎么走?短板怎么补?

陈凯指出,其实不光是车规级,功率半导体的各个细分赛道都有很大的机会。“国内功率半导体市场需求相当大,但国产器件仅能满足15%-20%的需求。”

功率半导体也被视作“中国芯”最有望率先突破的领域。从其产业特性来看,功率半导体整体进步更倚重制程工艺、封装设计和新材料迭代,而不需要追赶摩尔定律,对于国内产业而言后来居上的机会更大。

比如,在设计环节,功率半导体电路结构简单,不需要像数字逻辑芯片在架构、IP、指令集、设计流程、软件工具等投入大量资本。在制造环节,因不需要追赶摩尔定律,产线对先进设备依赖度不高,整体资本支出较小。相对而言,在封装环节,由于功率器件对可靠性要求非常高,需采用特殊设计和材料,后道加工价值量占比达35%以上,远高于普通数字逻辑芯片的10%。

但国内功率半导体市场自给率偏低,尤其中高端功率MOSFET和IGBT自给率不足10%。长期以来,中高端功率MOSFET和IGBT被英飞凌、意法半导体等国外大厂主导。

那么进击之路怎么走?

“过去国产厂商在中高端功率器件领域先天被排斥,难以与国外大厂竞争。”陈凯指出,不过,如今全球产业局势的变幻莫测及国产化替代等热潮之下,给国内功率半导体企业冲击中高端,包括未来增速最快的新能源汽车赛道,打开了一线机遇。

“那扇阻挡着的玻璃门被打开了,大家开始愿意投入资源去做。”陈凯认为这是一个非常好的契机,但任重道远。根据WSTS数据统计,全球功率MOSFET增速为7.6%,IGBT为8.9%。目前,根据在研项目和产品布局看,国内企业开始向价值量更高的中高端产品转型。

与此同时,需要认清的是,尽管国产替代空间巨大,但目前国内外的差距依然不小,而国内产业当前的短板和痛点也相当显著。根据Omdia数据显示,2018年全球排名前十功率半导体企业来自于美国、欧洲和日本,合计市占率达60%。

陈凯分析,放眼全球功率半导体产业格局,国外大厂主要是以IDM为主的巨头形成高度垄断。国内则相对非常分散,主要分为两种模式:一是IDM,但普遍工艺节点较为弱后。二是,fabless与fab厂的分工合作模式。

他指出,这样分散的状况对于功率半导体领域会存在一些先天不适的地方,而由于我国长期产业发展的自有惯性,短期内这点比较难改变,这也是国内产业的痛点。

“事实上,国内不论设计、工艺、封装都有各自短板。”陈凯强调,补短板不能只靠单点突破,加强产业整合力度,提高技术水平是产业发展的重点。他建议,设计公司要与晶圆厂加强整合,在工艺、技术开发商形成类似于IDM模式般更为紧密的联系。因为功率半导体有其自身的产业特性,有别于数字芯片可以完全走水平分工模式。

另一方面,功率半导体和下游应用端也需要加强整合。“国内中高端功率器件和车规级产品的空缺,有部分原因与产业链有关,过去功率半导体下游的厂商不愿尝试国产器件。但现在各种外部因素加之国家号召,产业链开始主动做国产化替代,这是一个非常好的机会。”陈凯指出。

陈凯表示,以产业链上下游视角,重点投薄弱环节,是近年来同创伟业投资半导体产业项目的主要逻辑。而就功率半导体细分赛道来看,他认为目前国内功率半导体产业链最薄弱的环节是晶圆厂,也是壁垒最高的一环。“现在国内设计公司能不能发展起来,核心在于产能是否能支持。”

新能源汽车赛道怎么攻?

功率半导体涵盖了新能源车的动力系统、安全配置、电动门窗、仪表盘、人车交互系统等多方面的应用。按照《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》的规划,我国新能源汽车(包括纯电动和混动)年度销量将在2019年120万辆的基础上保持27%的复合增速,并于2025年达到500万辆左右。同时,根据《2020-2025年中国功率半导体产业运营现状及发展战略研究报告》,混动和纯电动车的电机功率半导体价值量分别为354/387美元,由此简单测算,假设纯电动车和混动车平均功率半导体价值量为370美元,则2025年仅新能源车的发展就将为国内带来约18.5亿美元的功率器件的市场规模,随后功率器件的需求将传导至8英寸晶圆。

但与之形成强烈反差的是,车用半导体的国产化率则少得可怜。罗兰贝格的《中国新能源汽车供应链白皮书2020》显示,在中国每年2800万辆的汽车市场,目前中国汽车半导体产值占全球不到5%。功率方面,目前国内仅有三家厂商(比亚迪半导体、斯达半导体、中车)具备汽车用功率半导体模块的研发、制造能力,国内电动汽车用功率半导体模块近80%的市场份额被英飞凌、法雷奥、三菱电机等欧美日企业垄断。

“IGBT是1980年代美国人发明的,到现在已经40年,处于很成熟的阶段,国外已经发展到第7、8代,国内目前则大约在第3、4代。”国内功率半导体设计公司派恩杰半导体创始人黄兴博士对集微网指出。

对于新能源车赛道的切入口,黄兴更看好以碳化硅(SiC)为主的第三代半导体的细分领域。他进一步指出,碳化硅二极管最先就是在光伏和数据中心相关应用中发力,像谷歌、亚马逊、苹果等公司的很多数据中心内都是采用碳化硅二极管进行节能,然后提高数据中心的使用效率。“碳化硅的相关应用在这几个尖端领域已经起来了,而2017年之后,特斯拉又把在碳化硅在电动汽车上的应用带起来了。黄兴认为,而碳化硅的相关研究和产业发展上,国内外差距相对没那么大,“而自2017年到现在,碳化硅成本已经降低了30%。”

2017年特斯拉首度在其Model 3车型上应用来自意法半导体的碳化硅功率元器件650v SiC MOSFET,相比于其上一代的Model s/x上用的IGBT,SiC MOSFET能带来5-8%逆变器效率提升,对续航提升显著。车用碳化硅市场一度被引爆。

陈凯同样指出,以碳化硅为首的第三代半导体材料在新能源车中所用的比例会越来越高。未来在新能源汽车领域,碳化硅势必是产业链各家必争的一大核心。

此外,近期席卷全球的汽车芯片缺货也是整体给车企敲响了供应链安全的警钟,陈凯判断,未来包括功率半导体等核心车用器件领域,产业链垂直整合将是主旋律。

不过,半导体厂商想导入车厂供应链最大的难点,在黄兴看来,并不是技术层面,而是芯片厂商与下游应用的对接上。“由于汽车工业需层层对接,上下游的技术配合上没有完整的方案,从某种情况而言会出现割裂,即下游对上游技术理解不充分。”黄兴指出,对于整车而言,说白了,芯片也就是一个零部件,而车上面还有各类分系统、子系统,如何高效整合起来实现更好的应用是更为关键的部分。

“其实是卡在应用技术的层面,芯片要用到车里面,需要经历层层关卡,先要将芯片封装到模块中,再将模块放在电机里,然后整个电机集成也都不能出问题。”这十分考验上下游产业链的协同配合,黄兴强调,随着汽车向电动化、智能化发展的深入,这种上下游深度配合的重要性将越发凸显。

至于在这一场奔向智能电动化的汽车新赛道上,各个产业链价值节点的公司如何去攻占各自的堡垒?——对于整个产业链而言,上游芯片公司应该朝应用方向多走几步,应用方案的电机厂、车厂也向芯片方向多走几步——“然后大家在中间握手。”黄兴说。

(校对/Jimmy)

责编: Aki

Carrie

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集微网IC频道副主编,关注人工智能、智能制造、智驾及AIoT产业链。微信:carrie_self

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