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车企,纷纷押注功率半导体
2023/12/19
对车企而言,斥巨资布局车芯产业链,已是家常便饭。特别是近几年经历“缺芯”折磨,车企的布局力度更加不遗余力。其中,汽车功率半导体成为了加码重心。
本文来自于微信公众号“半导体行业观察”(ID:icbank),作者: L晨光,投融界经授权发布。

吉利旗下晶能微电子晶圆制造及SiC模块制造项目开建

广汽中车合资IGBT项目青蓝半导体投产

理想汽车目前正在新加坡组建团队,从事SiC功率芯片的研发

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近年,随着新能源汽车对功率半导体需求的增加,各车企都在纷纷发力功率半导体。

对车企而言,斥巨资布局车芯产业链,已是家常便饭。特别是近几年经历“缺芯”折磨,车企的布局力度更加不遗余力。其中,汽车功率半导体成为了加码重心。

功率半导体市场,水涨船高

功率半导体是电力电子设备实现电力转换和电路控制的核心元器件,主要用来对电力进行转换、控制,用于改变电子装置中的电压和频率、直流交流转换等,涉及电动汽车的驱动效率、充电速度以及续航里程等多方面性能,是电动汽车三电系统的核心部件。

当前,汽车“新四化”变革狂飙突进,对车规级功率器件的需求逐渐向IGBT、SiC MOSFET等高价值量高功率器件靠拢,也推动着各种DC-DC模块、电机控制系统、电池管理系统、高压电路等部件需求量急剧攀升,功率半导体需求量水涨船高。

车企,纷纷押注功率半导体

新能源汽车动力总成的简化示意图

(图源:Amoker)

据Strategy Analytics数据统计,相较传统燃油车,纯电动车型中的功率半导体使用量大幅提升,价值占比约为55%。2022年新能源汽车的单车功率半导体价值量达458.7美元,约为传统燃油车的5倍。

在众多被新能源汽车带动的半导体产品中,汽车功率器件市场成为受益最大的赛道之一。受量价齐升带动,汽车领域功率半导体市场份额逐年提高,目前占比已经达到35%,金额约为160亿美元。

其中,受益于其下游电动车和新能源的有利的增长前景,瑞银表示,2023-2025年中国功率半导体公司的收入或以全球市场两到三倍的速度增长。

市场需求陡升之余,上一轮车用芯片的短缺危机,突显出车企对半导体的依赖程度。其中,作为最大的增量产品,功率半导体正迎来“量价齐升”的快速发展阶段。

在其重要性愈发凸显趋势下,车企的布局重心也逐渐向功率半导体领域倾斜。

车企们,蜂拥而上

大概从2020年至今,车企布局功率半导体,逐渐成为一股越来越强劲的浪潮。

综合各家对于芯片研发需求和资源选择方式,可以看到当前车企的入局模式主要分为三种:自研、合资/联合研发和战略投资。

车企自研

纵观行业发展现状,由于车规级功率半导体是一个高技术壁垒的领域,对可靠性、安全性等要求极为苛刻,而国内发展起步较晚,汽车行业供应链又相对封闭,长期以来,英飞凌、安森美、意法半导体、三菱电机等欧美日大厂凭借多年的技术积累和先进的制造能力占据了市场主导地位。

在这样的背景下,也就意味着国内车企要想实现对功率半导体核心技术的自主掌控,现阶段难度较大,是一条漫漫“长征”之路。

长周期、高研发成本的投入需要企业持续不断的输血,加上后续的上车验证、放量以及回报率问题也存在不确定性,因而选择自研功率半导体模式的车企相对较少。

在此,比亚迪是“先行者”。

比亚迪半导体

早在2005年,比亚迪旗下的比亚迪半导体便开启了IGBT自研之路。

回顾其发展历程,2007年,比亚迪半导体建立IGBT模块生产线,2009年完成首款车规级IGBT芯片开发,2018 年底发布车规级领域具有标杆性意义的IGBT 4.0技术,2021年基于高密度Trench FS的IGBT 5.0技术实现量产。

比亚迪已拥有全产业链IDM模式的运营能力。目前在IGBT模块领域,比亚迪半导体也已站到国内头部位置。IGBT模块市场占有率达19%,仅次于英飞凌。

除了IGBT,比亚迪半导体在MCU芯片领域也有很强的话语权。此外,其还实现了SiC器件、IPM、CMOS图像传感器、电磁传感器、LED光源及显示等产品量产。

基于此,在整个车市备受“缺芯”折磨的疫情三年期间,这些竞争优势助推比亚迪一路逆风而起,新能源汽车销量屡创新高。

有业内人士直言,比亚迪之所以能够一枝独秀,关键就在于其拥有IGBT全产业链IDM模式运营能力,其搭建了从芯片设计、晶圆制造、模块设计和整车应用的全产业链。

前不久,位于绍兴滨海新区的比亚迪半导体功率器件和传感控制器件研发及产业化项目一期竣工。

据了解,该项目总投资100亿元,用地417亩,项目建设年产72万片功率器件产品和年产60亿套光微电子产品生产线,达产后可实现年产值150亿元。一期项目研发生产的功率器件、传感控制器件,均为新能源汽车核心器件。

相较于其汽车销量一路扶摇直上,比亚迪半导体的IPO之路却尽显曲折,多次IPO“被中止”。不过,在今年3月的业绩会上,比亚迪董事长王传福再次表态,“比亚迪半导体上市计划不变,只是进程上有一些调整”。

事实上,上市募资投建功率半导体,本就是比亚迪计划之一。据此前规划,比亚迪半导体上市将募集26.86亿元,其中3.12亿元将用于新型功率半导体芯片产业化及升级项目,20.74亿元用于功率半导体和智能控制器件研发及产业化项目,3亿元用于补充流动资金。

另外,面对新能源汽车行业的持续增长,新增晶圆产能仍远不能满足下游需求。为尽快提升产能供给能力和自主可控能力,比亚迪半导体拟抢抓时间窗口,开展大规模晶圆产能投资建设。为扩大晶圆产能,比亚迪半导体上市在审期间还投资约49亿元实施济南功率半导体产能建设项目。目前该项目已建成投产,产能爬坡顺利,满产状态产能达到3万片/月,预计会对比亚迪半导体未来资产和业务结构产生较大影响。

吉利-晶能微电子

基于比亚迪这一“楷模”在前,其他车企也开始争先效仿。

吉利去年6月也已经孵化了自己的功率半导体公司——晶能微电子,专注于新能源领域的芯片设计与模块创新,拥有芯片设计、模块制造、车规认证能力,能够开发车规级IGBT芯片及模块、SiC器件、中低压MOSFET等产品。

今年3月,晶能微电子自主设计研发的首款车规级IGBT产品成功流片,该款IGBT芯片采用第七代微沟槽栅和场截止技术,通过优化表面结构和FS结构,兼具短路耐受同时实现更低的开关损耗,功率密度增大约35%。

6月,该公司还宣布完成第二轮融资,强调将按既定目标,扎实推进功率半导体的设计研发、模块制造和上车应用。今年9月,晶能微电子再次宣布,首款SiC半桥模块试制成功。

近日,嘉兴市政府网披露了晶能微电子科技生产基地项目对外招标的信息,项目进入建设阶段。据悉,该项目总投资50亿元,分两期建设。其中,一期建设内容为6英寸晶圆制造项目及汽车SiC模块制造生产和研发基地。6英寸晶圆制造项目主要建设内容为投资建设月产4万片的6英寸硅基晶圆生产线及相关配套;SiC模块制造项目主要建设内容为投资建设年产60万套SiC模块制造生产线及相关配套。一期项目建设完成之后,晶能微还将继续在二期项目当中扩产。二期将主要投资建设年产180万套SiC塑封半桥模块制造生产线及相关配套,继续丰富碳化硅模组产品供应类型。

除了嘉兴项目,晶能微在产能方面今年以来多点布局。5月26日,晶能微电子与温岭开发区签订项目合作协议,计划投资建设车规级半导体封测基地。

长城汽车-芯动半导体

想要自研功率半导体的还有长城汽车,去年11月长城设立的芯动半导体第三代半导体模组封测项目也已于今年2月在无锡动工,规划车规级模组年产能120万套,产品涵盖功率半导体模块、分立器件等,预计在今年9月具备设备全面入厂条件。

目前,芯动半导体以车规级功率半导体为起点,在产品方面取得了诸多进展。

今年6月,芯动半导体750V/820A IGBT功率模块通过车规级AQG324认证;今年7月,完成25项电驱动试验;今年8月,芯动半导体首批 750V/820A IGBT功率模块装机成功,并通过严格的下线测试,首批产品顺利交付;今年11月,芯动半导体自主研发的GFM平台 750V/820A IGBT功率模块顺利装车,首次实现在新能源汽车主驱控制器中的规模化应用。

项目方面,今年年初,芯动第三代半导体模组封测项目在无锡奠基;8月,无锡制造基地首批封测设备顺利进厂,芯动第三代半导体模组封测项目主体封顶;今年10月,产线全面通线,采用国际领先的生产设备;预计12月底正式投入量产。

12月1日,芯动半导体与博世汽车电子在上海签署了长期订单合作协议。

据透露,本次合作聚焦SiC业务,将进一步助力芯动半导体SiC业务稳步发展。同时,也将促进芯动半导体形成更加集聚的发展格局,进一步推动产业链融合。

奇瑞-瑞迪微电子

奇瑞汽车也早在4年前就开始启动了IGBT生产链,成立瑞迪微电子公司,从事IGBT模块及碳化硅MOS/SBD芯片的研发、封测和销售。

据悉,该项目总投资8亿元人民币,一期投资3亿元人民币,建设高度自动化、智能化的IGBT模块封测生产线,建成后年产能150万只新能源汽车IGBT模块,年配套60万台新能源车;二期扩建后年产能可配套200万台新能源车。

同时在碳化硅器件领域,瑞迪微电子在去年已与奇瑞汽车平台及外部驱动方案合作伙伴已展开深度合作联合开发,今年已启动导入验证,其碳化硅模块将首先进入奇瑞汽车供应链,然后逐步开展与其他车厂及系统厂商的合作,目前已准备投资规划碳化硅模块产线。

车企携手芯片厂联合研发

车企自研纵然有诸多优势,但该模式的高技术壁垒和重资金投入也是车企自研路上的绊脚石。对此,与相关公司达成战略合作或通过成立合资公司采取联合研发的方式入局,对车企来讲也不失为一种绝佳路径。

该模式下,双方结合自身资源和能力,实现优势互补,从而取得最高的效率和产品质量,在汽车赛道竞争白热化的今天,显得尤为重要。同时对车企来说整体的风险也相对较小,已成为目前多数车企的选择。

广汽&;中车时代:广州青蓝半导体

12月5日,广州青蓝半导体有限公司IGBT项目(一期)投产。

广州青蓝由广汽部件与株洲中车时代半导体于2022年共同投资成立,项目计划总投资4.63亿元,主要围绕新能源汽车自主IGBT领域开展技术研发和产业化应用。一期规划产能为年产40万只汽车IGBT模块;二期规划产能为年产40万只汽车IGBT模块,计划2025年投产。项目全部完成后,可实现总产能80万只/年。

广汽集团近年来加快向汽车“新四化”转型,正以自研+合作并行的方式加快完善自身在新能源汽车关键零部件领域的研发与产业化布局。

此外,在芯片领域,已经联合了粤芯半导体、地平线、宸境科技等芯片、智能网联领域重点企业,助力供应链自主可控以及产业链上下游协同,通过建链、补链、强链,将进一步增强广汽集团在新能源汽车领域的综合竞争力。

长安深蓝汽车&;斯达半导:重庆安达半导体

今年6月,长安旗下品牌深蓝汽车与斯达半导体组建了一家全新合资公司——“重庆安达半导体有限公司”。双方将围绕车规级功率半导体模块开展合作,共同推进下一代功率半导体在新能源汽车领域的商业化应用。

按照规划,深蓝汽车计划在2025年前陆续推出共计6款产品,力争五年内实现产销突破100万辆;而斯达半导体是国内新能源汽车大功率车规级功率模块的主要供应商,2022年斯达半导体车规级模块配套超过120万辆新能源汽车。

双方的合作,一方面将增强深蓝汽车的供应链垂直整合能力,为深蓝汽车达成百万级战略销量目标提供扎实支撑;另一方面还将加速双方在“产研供需”方面的优势互补,合力打造高品质产品。

理想汽车&;三安半导体:苏州斯科半导体

2022年3月,理想汽车关联公司车和家拟与三安半导体将成立合营企业苏州斯科半导体,布局车用SiC芯片及模块市场。

去年8月,斯科半导体打造了理想汽车功率半导体研发及生产基地,计划2024年正式投产后预计产能将逐步提升并最终达到240万只碳化硅半桥功率模块的年生产能力。

近日,理想汽车在招聘信息中披露,公司在新加坡成立功率器件研发办公室,目前公开多个技术岗,包括SiC功率模块失效分析/物理分析专家、SiC功率模块工艺专家、SiC功率模块电气设计专家和SiC功率模块设计专家。

这也意味着理想正在筹备自研碳化硅功率模块,未来或可能建立功率模块封测产线。

长城汽车&;同光半导体

2021年12月,长城汽车与第三代半导体企业同光半导体公司签署战略协议,聚焦第三代新型宽禁带半导体碳化硅在新能源汽车产业的应用,推动碳化硅半导体材料与芯片的产业化。据悉,大算力芯片和碳化硅等第三代半导体关键核心技术领域是长城汽车2025战略中重点发展方向之一。

吉利&;芯聚能半导体、芯合科技:芯粤能半导体

2021年5月,吉利汽车子公司吉利威睿与芯聚能半导体、芯合科技合资合资成立芯粤能半导体,主要布局车规级功率半导体产品。该项目总投资75亿元人民币,包含一期规划年产24万片6英寸SiC晶圆芯片,在2023年3月底产线已经试投产,计划2024年12月底达产。

在一期达产的同时,芯粤能会启动二期项目,计划年产24万片8英寸SiC晶圆芯片,预计2026年达产,并于同期启动三期项目,计划在2029年达产。预计项目一期达产年产值40亿元,二期达产后合计年产值将达100亿元。

此外,在2023年初,吉利科技宣布与积塔半导体签订战略合作协议,双方将围绕车规级芯片研发、制造、市场应用、人才培养等领域开展全面合作,共同致力于车规级芯片产业的协同发展,推动半导体关键技术的突破,建立成熟稳定的汽车半导体产业生态。

此次合作,双方将共建国内首家汽车电子共享垂直整合制造芯片联盟,设立联合实验室,聚焦汽车电子MCU、功率器件、SoC、PMIC等芯片的研究开发、工艺联调、生产制程,致力于车规可靠性测试及整车量产应用。同时,双方着力先进制程能力及人才队伍培养打造,保障车规级芯片供应链的安全性和长期可持续性。

东风&;中国中车:智新半导体

2019年,东风与中国中车组建“智新半导体”,拟投产以第六代IGBT技术为基础的IGBT模块,将搭载于东风风神、岚图等自主品牌车型上。

智新半导体碳化硅功率模块在2021年1月立项,将从今年开始搭载东风自主新能源乘用车,实现量产。据悉,11月4日,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。

据悉,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。

此外,东风汽车总投资 2.8 亿元的功率模块二期项目也在加速推进中,该项目一方面优化现有产线,提高IGBT模块产量,另一方面开辟两条全新产线,按订单需求生产IGBT模块及碳化硅功率模块,到2025年,每年可为东风新能源汽车生产提供约120万只功率模块。

一汽&;ACP、亿马先锋

2019年3月,一汽与美国AC Propulsion公司、北京亿马先锋汽车科技有限公司成立协同创新实验室,开展碳化硅技术等研究。

2021年,一汽与亿马半导体合资公司的碳化硅项目投产,年产30万个模块。

上汽&;英飞凌:上汽英飞凌

2018年3月,上汽和英飞凌成立合资企业上汽英飞凌汽车功率半导体(上海)有限公司,探索如何确保其碳化硅芯片供应途径,包括与零组件制造商组建合资企业。

据上汽英飞凌官方消息,上汽英飞凌已建立了先进的自动化生产线,阶段性地完成了第一代和第二代产品的量产,目前上汽新能源汽车的核心部件IGBT功率半导体模块由上汽英飞凌全力保障供给。

上汽英飞凌基于英飞凌产品支持,其HybridPACK Drive功率模块采用英飞凌最先进的第7代IGBT/EDT2芯片和首创的模块封装技术,兼具高功率密度、低能量损耗的特点,展现了超越普通汽车功率模块30%以上的功率循环能力,成为不同功率等级的新能源电动汽车和混合动力汽车功率半导体的首选产品,截至目前,上汽英飞凌已累计完成了超过1百万只IGBT功率模块在中国市场的生产与销售。

战略投资

除了自研和成立合资公司之外,采用战略投资的模式入局功率半导体在汽车行业也已司空见惯。此举或是为扩充自己的投资版图,或是为自己培养潜在供应商,总体上几乎主流车企都已涉足,通过战略合作协议的签署,力推自身实现车规级IGBT、SiC MOSFET等相关产品的产业化。

瞻芯电子

以瞻芯电子为例,在其成立以来的7轮融资中,便有北汽产业投资、小米集团、广汽资本、小鹏汽车、上汽投资等现身。去年2月,小鹏汽车更是独家投资了该公司。

据悉,瞻芯电子是中国第一家自主开发并掌握6英寸SiC MOSFET产品以及工艺平台的公司。这几年陆续在车规级高电压、低电阻SiC MOSFET器件上的突破,围绕以SiC应用为核心的Turn-key芯片方案供应商战略,稳步推进SiC IDM的战略转型,即将打通从设计到生产的闭环。

芯联动力

今年10月,中芯集成公告投资设立芯联动力科技(绍兴)有限公司,聚焦车规级碳化硅(SiC)制造及模组封装的一站式系统解决方案。

据悉,芯联动力集结了多家中外新能源企业、车企以及半导体企业,除中心集成以外,还包括上汽集团旗下的尚颀资本和恒旭资本,小鹏汽车旗下的星航资本,宁德时代旗下的晨道投资,立讯精密旗下的立翎基金,博世旗下的博原资本,阳光电源则是国内领先的光伏企业。

臻驱科技

今年9月,沃尔沃汽车科技基金投资臻驱科技,将主要围绕碳化硅功率模块及电控整机的应用展开深入研究。

飞锃半导体

北汽集团也通过关联企业深圳安鹏天使投资中心(有限合伙)入股SiC功率器件研发商飞锃半导体。实际上,这并不是北汽集团第一次布局半导体。早在2018年,北汽集团旗下北汽新能源与罗姆半导体成立联合实验室;2019年,北汽集团与恩智浦签署战略合作;2020年,北汽产投与Imagination合资发力车用半导体,同年北汽集团牵头建设的国创中心在京发起“中国汽车芯片创新联盟”。

此外,闻泰科技、士兰微、斯达半导、长晶科技、基本半导体等一大批功率半导体企业,已经获得了多个主机厂、一级供应商资本的支持,正在寻求国产替代进程。

除了直接投资功率半导体企业外,车企还在不断围绕产业链进行布局。

据不完全统计,上汽、广汽及小鹏等车企投资公司还参与了天岳先进战略配售。天岳先进是国内半绝缘型 SiC 衬底龙头,计划建设年产 30 万片导电型 SiC 衬底。

长城汽车入股同光股份,布局SiC衬底材料。同光股份是河北省首家能够量产SiC单晶衬底的新兴产业企业,通过与中国科学院半导体所的合作,致力于SiC单晶材料与应用研究,该公司的SiC单晶衬底产品已涵盖不同直径和类型。

写在最后

整体而言,汽车市场作为包括SiC在内的功率半导体的最大应用领域,随着新能源汽车赛道的爆发,市场进入蓬勃发展的阶段。再加上800V高压平台以及更多汽车电动化、智能化热潮“来袭”,车企与功率半导体厂商的合作也将愈发紧密。

这也使得车企不可抑制的卷入到这场“旋涡”之中。从上文也能看到,在功率半导体的布局版图中,几乎能找到当前所有主流车企的身影。

综合来看,车企无论是选择自研,还是通过组建合资公司、战略投资等方式布局功率半导体领域,都能够提升功率半导体供应的稳定和高性价比,同时还能够提早布局下一代功率半导体的研发,在产业链环节获取更多的话语权和竞争优势。

进一步来说,整个汽车产业链也有望得到优化和完善。

尤其对于国内车企而言,功率半导体更是一个充满机遇和挑战的赛道,令车企紧绷神经的同时,切不敢掉以轻心。

车企 功率 半导体
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