在全球汽車產業(yè)向電動化、智能化、網聯化加速轉型的浪潮中,車規(guī)功率半導體作為核心 “心臟”,正發(fā)揮著愈發(fā)關鍵的作用。國產車規(guī)功率半導體近年來發(fā)展迅猛,不斷在技術突破、產能擴充、市場份額提升等方面實現新跨越,開啟再提速的發(fā)展新篇章。
需求激增,產業(yè)蓬勃發(fā)展
新能源汽車市場的爆發(fā)式增長,成為國產車規(guī)功率半導體發(fā)展的強大引擎。相較于傳統(tǒng)燃油車,新能源汽車需要大量的功率半導體來實現電能的高效轉換與精確控制。例如,在電動汽車的電池管理系統(tǒng)、電機驅動系統(tǒng)、車載充電機等關鍵部件中,絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)以及新興的碳化硅(SiC)基功率器件等不可或缺。據相關數據顯示,純電動汽車所使用的 IGBT 數量高達上百顆,是傳統(tǒng)燃油車的 7 - 10 倍,其成本占整車成本的 7% - 10%。隨著新能源汽車銷量的持續(xù)攀升,對車規(guī)功率半導體的需求呈現井噴之勢。中國作為全球最大的新能源汽車市場,亦成為全球最大的 IGBT 消費市場,份額約占全球總消費市場的 40%。預測指出,到 2025 年,我國 IGBT 的市場規(guī)模有望超過 500 億元,其中新能源汽車 IGBT 已在 2020 年成為國內 IGBT 第一大應用領域,占比約三分之一。
除了新能源汽車領域,智能汽車的發(fā)展也為車規(guī)功率半導體帶來了新的機遇。智能駕駛輔助系統(tǒng)、車聯網等功能的實現,需要高性能的功率半導體來支撐。例如,在自動駕駛過程中,車輛需要實時處理大量的傳感器數據,這就要求功率半導體具備更高的運算速度和更低的能耗,以確保系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行。
技術突破,打破國外壟斷
長期以來,車規(guī)功率半導體技術被歐美日等國際巨頭壟斷,國內企業(yè)在技術研發(fā)上面臨巨大挑戰(zhàn)。然而,近年來國內企業(yè)加大研發(fā)投入,積極開展技術攻關,在多個關鍵領域取得了突破性進展。以 IGBT 為例,國內企業(yè)在芯片設計、制造工藝以及模塊封裝等方面不斷創(chuàng)新。武漢經開區(qū)東風新能源產業(yè)園智新科技股份有限公司成功下線華中地區(qū)首只量產的車規(guī)級 IGBT 模塊產品,標志著湖北成功突破功率半導體器件 “卡脖子” 問題。智新半導體項目具備 IGBT 設計、制造、封裝與測試等全套能力,項目一期 IGBT 年產能達 30 萬只,總規(guī)劃年產能為 120 萬只,可滿足東風公司 “東方風起” 計劃新能源汽車到 2025 年一百萬銷量的 IGBT 需求。此外,芯華睿半導體通過對標國際頭部功率半導體企業(yè)最新技術和工藝,推出了基于第七代 1.6um pitch 的微溝槽工藝 IGBT 芯片,在模塊方面也取得了顯著成果。
在新興的碳化硅功率半導體領域,國內企業(yè)同樣積極布局。碳化硅具有高擊穿電壓、高功率密度和耐高溫高頻等優(yōu)勢,在 800V 高壓驅動平臺等應用場景中表現優(yōu)異。雖然目前國內 SiC 技術起步較晚,產能不足、制程落后,高度依賴海外,但部分企業(yè)已經取得了階段性成果。例如,芯華睿已開發(fā)出基于第三代平面型柵極設計的 1200V 碳化硅芯片,為國產碳化硅功率半導體的發(fā)展奠定了基礎。
產能擴充,保障市場供應
為了滿足日益增長的市場需求,國內車規(guī)功率半導體企業(yè)紛紛加快產能擴充步伐。一方面,企業(yè)加大對現有生產線的升級改造,提高生產效率和產品質量。另一方面,積極投資建設新的生產基地。今年 8 月,新能源汽車主驅功率模塊企業(yè)芯華睿半導體江蘇工廠正式投產,該工廠占地 14,500㎡,總投資 5 億元,建成后產能將達到 200 萬套功率模塊。按照規(guī)劃,工廠將分期建設,目前一期已正式投產,全部投產后可以滿足超過 100 萬輛新能源的功率模塊應用配套。眾多國內企業(yè)的產能擴充舉措,將有效緩解車規(guī)功率半導體供應緊張的局面,為國產車規(guī)功率半導體的市場競爭力提升提供有力支撐。
協同合作,完善產業(yè)生態(tài)
國產車規(guī)功率半導體的再提速,離不開產業(yè)上下游的協同合作。整車企業(yè)、半導體廠商、科研機構等各方力量正積極攜手,共同構建完善的產業(yè)生態(tài)。整車企業(yè)如比亞迪,不僅在新能源汽車領域取得了顯著成績,還通過自主研發(fā)和生產車規(guī)功率半導體,實現了產業(yè)鏈的垂直整合,為自身產品的性能提升和成本控制提供了有力保障。同時,比亞迪也積極與其他半導體企業(yè)開展合作,共同推動技術創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展。半導體廠商之間也加強了合作交流,通過共享技術資源、聯合研發(fā)等方式,加速技術突破和產品迭代。科研機構則在基礎研究、人才培養(yǎng)等方面發(fā)揮著重要作用,為產業(yè)發(fā)展提供了堅實的技術支撐和人才保障。
然而,我們也應清醒地認識到,國產車規(guī)功率半導體在發(fā)展過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。與國際先進水平相比,在核心技術、生產工藝和市場占有率等方面仍存在一定差距。例如,在 IGBT 芯片的設計和制造上,國內企業(yè)在提高溝道密度、電流密度、最大工作溫度,降低芯片厚度、導通壓降和開關損耗等方面還有提升空間。在碳化硅功率半導體領域,國內企業(yè)在襯底、外延等關鍵環(huán)節(jié)的技術和產能仍有待提高。
國產車規(guī)功率半導體正處于再提速的關鍵時期。面對市場需求的快速增長和技術創(chuàng)新的機遇與挑戰(zhàn),國內企業(yè)應繼續(xù)加大研發(fā)投入,加強技術創(chuàng)新和人才培養(yǎng),加快產能擴充步伐,深化產業(yè)協同合作,不斷提升產品質量和性能,擴大市場份額,推動國產車規(guī)功率半導體產業(yè)實現高質量、可持續(xù)發(fā)展,在全球汽車產業(yè)變革中占據更加重要的地位。