功率半导体,是电能转换与电路控制的核心器件,包括功率分立器件和功率IC,功率分立器件又包含二极管、晶闸管和晶体管,其中晶体管根据应用领域和制程分为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、MOSFET和双极型晶体管(BJT)等。从市场需求看,MOSFET、IGBT及SiC MOSFET为目前功率半导体分立器件的主力产品。
* 二极管与晶闸管
车规二极管包括肖特基二极管(SBD)、超快二极管等产品,低频的二极管、晶闸管主要用于整流;车规二极管与晶闸管国内代表厂家有苏州固碍、安世半导体、捷捷微电等。
* MOSFET
低压MOS,主要以40V,60V,100V Planar平面型、Trench沟槽型和SGT屏蔽栅MOSFET为主,单车用量大、应用场景多且复杂;中压SGT MOSFET工作电压范围通常在30V~250V之间,其中中压(100V~250V)一般并联多个MOSFET单管用于A00级小型电动汽车或中混车辆(动力电池电压在200V上下)的主驱逆变器、OBC、DC/DC、空调压缩机等零部件中;高压超级结SJ MOSFET,工作电压通常在650V~900V,主要用于当前广泛搭载的400V动力电池平台汽车的主驱逆变器、OBC、DC/DC和PTC等产品上。国内代表厂家有士兰微、安世半导体、华润微、扬杰科技、华微电子、新洁能、东微半导体、捷捷微电等。
* IGBT
IGBT是由MOSFET和BJT复合而成的功率半导体器件,通常分单管、模块和IPM模块,是新能源汽车电控系统、高压充电机、空调系统和直流充电桩的核心器件。国内市场代表厂家有比亚迪半导体、斯达半导体、时代电气、士兰微、扬杰科技、华润微、宏微科技、新洁能等。目前,比亚迪半导体在国内乘用车IGBT功率模块的市占率超过两成,是国内目前唯一拥有IGBT全产业链IDM模式运营能力的车企,其搭建了从芯片设计、晶圆制造、模块设计和整车应用的全产业链。
*以碳化硅和氮化镓为代表的第三代半导体功率器件
传统硅基功率器件发展达到极限,第三代半导体时代已经到来。第三代半导体是以碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)为代表的宽禁带半导体材料,具有耐高压、大电流、耐高温、高频、高功率和低损耗等优越性能,有助于提升电动汽车续航能力和缩短电动汽车充电时间,是新能源汽车产业持续发展的重点核心材料。
碳化硅功率器件主要包括碳化硅二极管(SiC SBD等)、碳化硅晶体管(SiC MOSFET等)以及碳化硅功率模块等。SiC SBD和SiC MOSFET应用于电动汽车主驱逆变器、OBC、DC/DC及充电桩等产品。国内比亚迪半导体实现SiC三相全桥模块在新能源汽车电机驱动控制器中大批量装车,斯达半导体车规级SiC MOSFET模块开始大批量装车应用,并新增多个使用车规级SiC MOSFET模块的800V系统的主电机控制器项目定点;士兰微SiC芯片已经上车;三安光电、华润微等企业在SiC二极管、SiC MOSFET等器件领域已逐步实现产品系列化。随着技术的逐步突破,国产替代增长潜力巨大。
比起碳化硅器件,氮化镓功率器件在同时对效率、频率、体积等综合方面有要求的场景中还更有优势。我国在自主替代大趋势下,目前在氮化镓产业链各环节均有所涉足,未来氮化镓器件将在新能源汽车等领域出现较快增长,国内市场的代表企业有英诺赛科等。
来源:汽车半导体情报局
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