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近日,特斯拉CEO埃隆·馬斯克(Elon Musk)在某社交平臺發布一張特斯拉“小行星撞地球”的圖片,似乎表達了自己的心境。盡管最近特斯拉股價經歷大起大落,但截至2月18日收盤,每股報收858.40美元,市值達到1579.38億,成為僅次于豐田的全球市值第二高的汽車公司,將大眾、通用、福特甩在身后。
成功將特斯拉帶上股價高位有兩大利好:第一、2019年,特斯拉全年交付量創新高至36.7萬輛,同比增長50%,2020年將持續擴張;第二、盡管受到新型冠狀病毒疫情的影響,2月10日,特斯拉中國工廠已經實現了全面復工,為了產能爬升招聘的600員工全部到位。
作為全球新能源車的風向標企業,特斯拉在中國生產的Model3標準版售價跌破30萬元引發新能源車搶購潮。據筆者了解,特斯拉Model3是在電動車逆變器首次采用SiC MOSFET第一款車,2019年Models3全球出貨量超過30萬輛。此外,Model S的功率模塊IGBT的供應商是英飛凌,Model S使用了84個IGBT為三相感應電機供電,每個開關并聯14個IGBT。這些趨勢將帶動國內功率器件(生產MOSFET和IGBT)廠商的跟進。
IGBT市場空間大,國產替代潛力大
根據調研機構IHS的最新報告,2018年全球IGBT市場規模是62.4億美金,同比增長18.7%(2017年全球市場規模為52.55億美金),其中模塊、智能模塊、分立器件分別為32.5億美金(占比52%)、16.8億美金(占比27%)、13.1億美金(占比21%)。
圖表中顯示,分立IGBT器件的前五強占據全球約70%的市場份額,分別是英飛凌(Infineon,德國)、安森美(On Semiconductor,美國)、富士(Mitsubishi,日本)、力特(Littelfuse,美國)和意法半導體(STMicroelectronics,意法)。
圖片來自IHS
在這個外資公司占據絕對話語權的領域,2018年的IGBT前十強里面有兩家中國公司入圍全球前十,分別是在智能模塊市場排名第十的吉林華微(Jinlin Sino-Micro)和在模塊市場排名第八的嘉興斯達(StarPower)。據證券日報的消息,2020年2月4日,嘉興斯達(斯達半導體)在上海證券交易所主板成功上市,這是國內IGBT領域繼士蘭微、吉林華微之后的第三家上市公司,斯達半導體主營業務是以IGBT為主的功率半導體芯片和模塊的設計研發和生產,并以IGBT模塊形式對外實現銷售。2018年在全球IGBT模塊市場排名第八位,在全球占據2.2%的市場份額。
IGBT領域三大旗艦產品
IGBT是工業控制及自動化領域的核心元器件,具有高頻率、高壓電、大電流、易于開關等特性,隨著新能源電力和新能源汽車市場的快速發展,IGBT目前在國際和國內市場保持高速增長態勢。IGBT是新能源汽車、直流充電樁和高鐵的核心器件,IGBT成本占據新能源整車成本的10%,占到充電樁的20%。
受益于全球電動汽車市場、充電樁對IGBT的巨大需求,IGBT的相關企業也迎來了發展的利好。我們整理最新三家發布的IGBT產品資料和大家分享。
英飛凌IGBT 7具備三大亮點
英飛凌公司發布了基于IGBT 7的1200V/900A EconoDUAL?3模塊,將IGBT 7芯片產品應用拓展至中等功率工業領域,此外也能為新能源商用車主驅提高功率密度提供新思路。該模塊長152mm,寬62mm,采用PressFit封裝方式,內置溫度傳感器。與上一代產品相比,在相同尺寸下電流提升30%,主要針對CAV(商業、建筑和農業機械)、伺服電機、太陽能和UPS等應用。
圖:IGBT 7的1200V/900A半橋模塊
亮點1:精細溝槽IGBT7,導通壓降降低30%
與EconoDUAL? 3模塊采用的上一代芯片IGBT4相比,IGBT7芯片采用精細溝槽技術(micro-pattern trench technology),相同面積下,導通壓降降低30%,這將使得模塊在實際應用中損耗顯著下降,模塊最高工作結溫度達到175℃,特別適合應用于中等頻率工況下的工業電傳動(在中等頻率下,導通損耗占據模塊損耗的主要部分,通過降低導通壓降大幅降低導通損耗,從而降低模塊損耗)。
亮點2:EC7 FRD,導通壓降顯著降低
采用第七代發射極控制二級管EC7(emitter-controlled7th generation diode),與上一代EC4相比,導通壓降降低100mV,降低關斷時振蕩發生的概率。
亮點3:采用PressFit封裝方式,集成溫度傳感器
采用PressFit的封裝方式,最大程度提高模塊的壽命,同時集成溫度傳感器,實時監測模塊工作時芯片表面的溫度狀況,為模塊“健康”保駕護航。
打入汽車專用市場,士蘭微SGM820PB8B3TFM有看點
在中國本土功率器件市場,士蘭微是國內當之無愧的龍頭之一。最近幾年,中國本土企業士蘭微在IPM和IGBT領域有所突破。
士蘭微電子面向新能源汽車應用開發了使用槽珊FS-IV工藝IGBT芯片的EV系列模塊SGM820PB8B3TFM,其可靠性完全復合最新的AQE-324標準,其中B1封裝主要針對物流車,B2封裝主要針對乘用車,B4封裝針對電動大巴。
圖:士蘭微SGM820PB8B3TFM(B3)實物圖。
圖:士蘭微SGM820PB8B3TFM(B3)主要特征。
士蘭微半導體制造事業部IGBT高級研發經理顧悅吉表示,士蘭微電子充分利用設計與制造一體的IDM模式優勢,為新能源汽車廠商提供LED驅動、IPM、IGBT、HVIC、MCU、DCDC、MOS、傳感器、音視頻等多維度產品和服務。
比亞迪自主開發IGBT4.0技術,成功推出車用IGBT
比亞迪進入IGBT產業是在2005年,并于2009年打破國際廠商壟斷,取得了IGBT的核心技術突破。2018年年底,比亞迪發布了在車規級領域具有標桿性意義的IGBT4.0技術,再一次展示出其在電動車領域的領先地位,進一步打破了國際大廠形成的技術壁壘。比亞迪現已擁有國內首個汽車IGBT全產業鏈,包括IGBT芯片設計、晶圓制造、模塊封裝,仿真測試以及整車測試。
比亞迪自主研發的IGBT
在電氣性能上,比亞迪的IGBT4.0產品模塊的溫度循環壽命可以做到當前市場主流產品的10倍以上。同時搭載IGBT4.0的V-315系列模塊在同等工況下較當前市場主流產品的電流輸出能力提升15%,也就是說搭載IGBT 4.0的電動汽車具有更強的加速能力。
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