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汽车结构性缺芯 国产碳化硅功率半导体有望四季度“上车”

作者:时间:2023-04-13来源:第一财经收藏

4月7日,中国汽车芯片产业创新战略联盟分会在长沙成立,将加快汽车功率芯片的国产化。在成立大会暨汽车功率芯片发展研讨会期间,第一财经记者获悉,汽车结构性缺芯给国产芯片带来机会,降本提质是国产功率芯片尤其是“上车”的关键;三安光电用于电动车主驱的有望今年四季度正式“上车”。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202304/445562.htm

  汽车结构性缺芯给国产芯片带来机会

  有行业专家向第一财经记者表示,一辆电动车如果前驱与后驱都用功率半导体,功率半导体约占电机控制器的成本50%。奇瑞汽车研发总院芯片规划总监郭宇辉告诉第一财经记者,功率半导体,包括IGBT、(SiC)功率半导体;业内共识是,20万元以内的电动车用IGBT,20万元以上的电动车用碳化硅功率半导体;碳化硅功率半导体损耗小、耐高压、耐高温,是功率半导体的未来发展方向之一。

  郭宇辉说,目前汽车业仍结构性缺芯,比如,电源类、控制类、通信类、计算类、功率类的芯片均紧缺。像碳化硅芯片项目投资建设期需18-24个月,去年有许多碳化硅项目的投资,要2025年才会释放产能,预计2025年碳化硅功率半导体的紧缺状况才会得到缓解。

  今年,奇瑞汽车在功率半导体方面,会尽力保障供应链安全,国产化是解决缺芯风险的办法之一。郭宇辉说,目前,国内的碳化硅供应商,还没有大规模供应车规产品。加工硅要1500°C,加工碳化硅要2500°C;硅基衬底制作时间是两三天,碳化硅衬底制作时间是两三周。碳化硅器件的工艺要求高,所以成本约是硅基器件的数倍。现在,碳化硅功率半导体的生产工艺还不够成熟,良率不是很高,成本较高,未来成本一定要降下来。

  作为国内主要的碳化硅供应商之一,三安半导体投资160亿元的长沙碳化硅全产业链工厂,2021年6月一期工程投产,6英寸碳化硅晶圆产能爬坡至15000片/月,二期工程预计2023年完工,达产后年产能50万片6英寸碳化硅晶圆。三安半导体销售副总经理张真榕向第一财经记者表示,三安将抓住2024年、2025年汽车业结构性缺芯的机会,加快推进国产碳化硅“上车”进程,三安用于主驱的碳化硅功率半导体有望2023年四季度正式“上车”。

  国内另一家碳化硅器件提供商泰科天润的相关负责人也说,“上车”是功率半导体企业想努力达成的目标。中国汽车芯片产业创新战略联盟功率半导体分会的成立,将为车用功率半导体的国产化创造更好条件,希望同行共同努力,也希望得到整车厂更多支持。

  降低成本是国产碳化硅器件上车关键

  一汽研发总院功率电子开发部部长赵永强说,传统汽车时代,新车开发要45个月;数字化时代,新车开发要18-24个月,因此芯片、模块、电驱、整车开发需要同步进行,需要整车厂与半导体厂深度协同。“SiC处于汽车应用的起步阶段,需不断提升SiC功率器件的生产制造良品率,满足车规级量产质量要求;SiC应用于车辆属于系统工程,需要整车、零部件、原材料生产企业的全产业链共同合作。”他呼吁,中国整车同行给国产半导体试错中改进的机会。

  据行业跟踪数据,国外Wolfspeed、英飞凌、安森美、意法半导体和罗姆等在碳化硅芯片方面占据优势,国产SiC芯片在整车上应用的规模较小且产业链仍不成熟;国内嘉兴斯达、中车微电子、比亚迪微电子、三安半导体等半导体企业,在SiC模块封装方面开始形成规模,量产推广速度加快。SiC模块的成本有望在2025年降到同规格IGBT的1.5~2倍,采用SiC技术的汽车电机控制器的占比将逐步增加。

  如何降低成本、稳定质量,是国产碳化硅功率半导体在车上大规模应用的关键。张真榕说,碳化硅衬底目前占碳化硅芯片成本的约60%,因此降低衬底成本是重点。而现在碳化硅衬底的生产工艺还有三个瓶颈:一是晶体质量,二是长晶效率,三是切磨抛的损耗,这是行业内各家企业都在努力攻克的难关。随着产业化推进和产学研合作,未来有很大降本空间。

  “从三安光电自身的产业经验看,LED芯片比20年前降价了95%。碳化硅芯片预计每年成本也会下降5-8个百分点。”张真榕说,主要方法,一是通过技术创新,提高效率和良率;二是规模化生产;三是设备、材料国产化。如,碳化硅晶锭在长晶炉里15-20天长3.5厘米,如果长5厘米,效率将更高。目前,长晶炉等设备已实现国产化。“未来三到五年窗口期,会给国内装备提供平等机会。”

  行业呼唤标准完善以及避免盲目投资

  博世中国执行副总裁徐大全说,博世是汽车碳化硅器件的生产商、需求商,现在问题是未来两三年产能严重不足,国际大芯片企业都在投资,更多投资在国外。中国是全球最大的新能源汽车市场,博世也在寻找合作伙伴,在中国市场布局,形成一定的战略合作关系。功率半导体分会的成立,搭建了生产制造商与各界沟通的平台,因为碳化硅项目投资巨大、回报周期较长,需要政策支持、标准统一、避免盲目扩张。“如果建太多厂,中间一定会有浪费。建议政府把相关投资控制在一定数量,否则大家全面开花,未来会自己把自己打败。”

  对于碳化硅的缺口,张真榕也援引公开数据说,2025年全世界2000万辆新能源汽车,如果B级以上车型15%-30%使用碳化硅功率半导体,那么碳化硅的缺口预计将达到150万-300万片6英寸晶圆。大家冲着这个缺口,拼命扩产。但是,国产碳化硅功率半导体真正有效产出、达到车规级质量标准的不多,中低端的碳化硅功率半导体存在产能过剩的风险。

  在避免盲目扩张的呼声之外,尽快完善汽车功率半导体的标准,也是业界热切期盼的。士兰微功率模块业务相关负责人说,现在每家车厂需要的功率器件“百花齐放”,让供应商的研发力量不能集中,能否让汽车功率芯片、封装的标准趋同,有利于集中精力办大事。

  比亚迪汽车副总工程师刘源说,希望国内对汽车功率芯片有检测、验证的完整体系,比亚迪将参与标准制定,一起把国内功率芯片用在车上,打造具有自主知识产权的生态链。“建议‘分会’成立后,一是打通材料、设备等产业链,二是明确标准制订路线图,逐步把汽车功率半导体的团体标准,推进为行业标准,再到国家标准。”斯达半导体相关人士也说。

  中国汽车芯片产业创新战略联盟功率半导体分会的理事长董扬表示,成立功率半导体分会就是为了建立产业生态,打通标准制订、检测认证等各个环节,相信中国汽车功率半导体行业将会迎来大发展的机会。




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