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半導體技術在汽車中的應用


汽車半導體可以分為五大類,分別是功率器件(Power)、傳感器(Sensor)、處理器(Processor)、ASSP(主要是Connectivity和Amplifier)、Logic和其他。汽車中使用最多的半導體產品分別是傳感器、MCU和功率半導體。其中MCU占比最高,其次是功率半導體,功率半導體主要運用在動力控制系統、照明系統、燃油噴射、底盤安全系統中。

傳統汽車中,功率半導體主要應用于啟動、發電和安全領域,新能源汽車普遍采用高壓電路,當電池輸出高壓時,需要頻繁進行電壓變化,對電壓轉換電路需求提升,此外還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等,這些對IGBT、MOSFET、二極管等半導體器件的需求量很大。

根據英飛凌的統計,平均一輛傳統燃油車使用的半導體器件價值為355美元,而純電動汽車/混合動力汽車使用的半導體器件價值為695美元,幾乎增加了一倍。其中功率器件增加最為顯著,一輛傳統燃料汽車使用動力系統功率半導體器件為17美元,而一輛純電動汽車/混合動力汽車上功率半導體器件價值為265美元,增加了近15倍。 

圖表1:平均每輛汽車半導體使用金額(單位:美元)


IGBT具有高頻率、高電壓、大電流,易于開關等優良性能。IGBT模塊作為核心高壓控制開關組件,其成本占據電機控制器成本的40-50%,占據新能源汽車整車成本的7-10%左右,直流充電樁20-30%的原材料成本是IGBT。

目前中國IGBT行業已經能夠具備一定的產業鏈協同能力。如設計方面有中科君芯、西安芯派等,制造方面,中芯國際、華潤上華、上海先進、華虹等,模組環節有中車西安永電、 愛帕克、南京銀茂等。IDM廠商有比亞迪,中車時代等。但中國IGBT芯片依然有進90%依賴進口,高端產品基本被歐美、日本企業壟斷,如英飛凌、三菱、富士電機、東芝、ABB等。

國外IGBT 技術起步較早,在設備、材料、芯片設計和晶圓制造上已經構筑了較高的壁壘,國產IGBT芯片的主要工藝設備和襯底片,乃至高端芯片都必須從國外采購。而封裝層面上,國內產品的功率密度、散熱性能、可靠性以及模塊設計等指標也嚴重落后于國際IGBT廠商。 半導體技術在汽車中的應用

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