东风旗下智新半导体量产碳化硅功率模块下线 乘新能源势头碳化硅功率器件市场需求增长

  11月4日,东风方面表示,旗下智新半导体实现量产碳化硅功率半导体突破,东风首批采用纳米银烧结技术的自主碳化硅功率模块,日前从智新半导体二期产线顺利下线,完成自主封装、测试以及应用老化试验。

  智新半导体产品开发经理王民对《证券日报》记者表示,该模块能推动新能源汽车电气架构从400V到800V的迭代,从而实现10分钟充电80%,并进一步提升车辆续航里程,降低整车成本。

  随着高压快充车型不断推出,以及碳化硅功率器件在车载电源和电驱系统产品领域应用的扩大,目前已有包括电机、电控、车载电源等领域在内的多家国产厂商积极对相关产品进行研发布局。

  作为应用最广的下游新能源车领域,多家车企已开始全面采用碳化硅功率模块,特斯拉的Model3和ModelY、比亚迪汉、蔚来ET5和ET7、小鹏的G9和G6等车型相继量产碳化硅电机控制器,整车的续航里程与加速性能都得到了显著提升。

  “在国企和央企汽车行业,碳化硅模块量产目前我们是第一家。这一次我们这个项目下线,标志着东风是有自主科技创新的决心,我们希望产品的下一个开发周期会更快。”王民接受《证券日报》记者采访表示。

  公开资料显示,智新半导体成立于2019年6月份,由东风旗下新能源动力总成开发主阵地智新科技,联合中车时代半导体在武汉成立。旗下碳化硅模块项目基于东风新能源“马赫动力”新一代800V高压平台立项研发。

  “项目于2021年进行前期开发,当时我们看到特斯拉尝试使用碳化硅,我们也想抓住这个机会,开始只是作为技术储备,当年做出了A样,到了2022年初,我们就筹划把该项目作为量产项目,我们处在从芯片到整车的承上启下的环节,我们希望从研发端的芯片设计制造到模块的设计封装和测试到电控的应用再到电驱动的装车,把这个环节打通,构造大循环。”王民对记者称。

  王民介绍,2022年反复权衡和论证后,找到深圳一家做纳米银烧结的技术公司提供设备,从2022年下半年到年底,纳米银烧结工艺实现突破,完成碳化硅很好的封装,模块可靠性满足了要求。

  “纳米银烧结技术也被称为低温连接技术,是最适合于宽禁半导体模块封装的界面连接技术之一,是碳化硅模块封装中的关键技术,也是目前应用最为广泛的技术。烧结温度控制和压力控制也是影响模组质量的关键因素。该模块由我们东风自主知识产权的设计,跟目前所有的包括特斯拉、丰田大众的模块,设计都不一样,具有完全的自主知识产权。”王民表示。

  由于性能优势,相比传统硅基IGBT,碳化硅MOSFET在高端市场特别是新能源电驱动的应用越来越普遍。

  对于碳化硅相对于IGBT的优势,国际半导体巨头英飞凌公开表示,碳化硅的禁带比硅大3倍,击穿电场高10倍,较高的击穿电场使得碳化硅器件具有更薄的漂移层或更高的掺杂浓度,进而具有更低的导通损耗;此外,硅基IGBT因为其击穿电压通常为650V750V间,选取的拓扑不完全相同;而由于高击穿电压,在高压应用中使用碳化硅MOSFET可以采用简化的拓扑,简化的拓扑结构可以使得组件以及控制算法的设计工作量更少;碳化硅可用于设计如高压MOSFET等的单极器件,理论上不产生尾电流,而碳化硅MOSFET相比于硅基IGBT拥有更低的开关损耗;此外,碳化硅器件的芯片面积更小,能够产生更小的栅极电荷和电容,从而能够实现更高的开关速度和更低的开关损耗。

  在诸多优势之下,碳化硅搭上了新能源的快车道。TrendForce集邦咨询数据显示,随着越来越多车企开始在电驱系统中导入碳化硅技术,预估2022年车用碳化硅功率器件市场规模将达到10.7亿美元,至2026年将攀升至39.4亿美元。

  “由于碳化硅器件在新能源汽车领域的巨大应用前景,汽车厂商纷纷与碳化硅龙头企业开展合作,包括Wolfspeed与通用汽车公司、大众集团开展合作,英飞凌与上汽集团、大众集团开展合作等。与此同时,国内汽车厂商纷纷布局碳化硅,包括比亚迪投资天科合达,吉利汽车与日本罗姆开展碳化硅领域合作,小鹏汽车投资瞻芯电子等等。”北京天科合达半导体股份有限公司董事、常务副总经理彭同华说。

  在碳化硅产业链不断深化扩张之际,行业内就一直有声音提出:碳化硅未来是否会完全取代IGBT?

  “由于技术壁垒,国内碳化硅技术目前处于起步阶段,大部分设计、制造、封装开发乃至于设备,依然被少数国外企业把控。国产碳化硅产业链尚不稳定,且目前价格比IGBT贵,短时间内碳化硅没办法完全取代IGBT。长期来看,在中高端的应用上,碳化硅逐步在替代IGBT,在低端领域会共存。”王民表示。

  不过,值得关注的是,在目前整个碳化硅市场中,美、日、欧等外商仍占据主导地位。根据Yole数据显示,Wolfspeed、英飞凌、罗姆约占据90%的碳化硅市场份额,其中Wolfspeed是碳化硅衬底的主要供应商,占据了一半以上的碳化硅晶片市场。

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