宽禁带功率半导体铺就汽车低碳之路
中国汽车工业协会日前公布的最新新能源汽车产销数据显示，2022年11月共销售新能源汽车78.6万辆，同比增长72.3%，月度销量再创新高。12月14日，意法半导体发布了可提高电动汽车性能和续航里程的大功率模块。12月14—15日的英飞凌OktoberTech生态创新峰会再次强调了企业的“低碳”路线。种种迹象表明，汽车的低碳化趋势正持续拉动功率半导体市场增长。功率半导体厂商加快产品部署与生态建设，为汽车低碳化铺就了一条硬科技绿色通道。
汽车电子持续受到关注
作为低碳化趋势推动下最为强劲的增长点，新能源汽车电子备受半导体厂商关注。全球各大供应商分别推出了相关产品和解决方案。英飞凌为适应新能源汽车发展需要，推出了包括传感器、微控制器、驱动芯片、功率芯片等在内的一系列芯片产品组合，以满足新能源汽车电力传动系统的发展需求。全球另一家功率半导体厂商安森美同样将汽车电子作为其发展的重要支撑。安森美总裁兼首席执行官Hassane EI-Khoury表示，安森美在中国有10家联合实验室，其中超过6家部署在汽车生态系统领域。不仅如此，安森美已经与三家新能源汽车新势力签订了长期供货协议，并将这一模式延展到传统汽车制造商。安森美对汽车电子的重视直接反映到了其财务报告中。安森美发布的2022年第三季度财务报告显示，第三季度营收21.926亿美元，同比增长26%，创历史新高，毛利率为48.3%，而汽车和工业市场营收占比达到58%，尤其是电动车主驱逆变器业务今年实现了3倍增长。近日有消息称，日本功率器件制造商东芝拟增产用于确保纯电动车安全等的半导体到2024年，其位于日本福冈县的旗下公司的光电耦合器产能将较目前提高2成。瑞萨同样于近日展示了用于电动汽车的产品方案，电机及电池控制器，智能座舱与图形仪表，自动驾驶，未来电子电气架构趋势及通信网关，车载无线充电等产品均在其列。
国内半导体厂商亦在新能源汽车领域持续施力，其产品正逐步进入到主流汽车品牌的供应链体系。杰发科技有限公司首席技术官李文雄表示，该公司提供的车载信息通信娱乐系统SoC、车联网SoC、车载功率放大器、电池包压力传感器等产品正在陆续出货，并逐渐上车应用。扬杰科技通过引进相关技术研发及设计团队，在汽车领域体系建设，车规产品开发、验证等方面取得了丰硕成果，与新能源汽车领域客户建立了长期稳定的合作关系。
全球多国政府及著名汽车厂商均给出了结束内燃机汽车的时间节点。西班牙有关部门表示，至2023年，居民人数在5万人以上的城市只允许零排放车辆行驶；荷兰有关部门表示，至2025年，在包括阿姆斯特丹、鹿特丹等在内的主要城市，所有新注册的出租车均需实现零排放；美国有关部门表示，至2030年，纯电动汽车需达到新车销售量的40%。本田、奔驰、大众、宝马、通用等国际驰名汽车品牌也纷纷发布了停售油车的时间表。基于此，业界人士对于新能源汽车电子市场未来的发展前景给出了积极预期。英飞凌安全互联事业部汽车无线产品市场经理杨大稳表示：“从现在开始到2035年，我们将会迎来新能源车、电动车的高速发展期。”
应提高充电基础设施覆盖率
新能源汽车在全球的拓展之势有目共睹。然而，在新能源汽车加快部署的过程中，如何提升快充电桩等充电基础的建设体量是关键。特斯拉全球设计总监Javier Verdura介绍称，从2021年的销量数据来看，特斯拉已经成为美国最受欢迎的电动车品牌，其年销售量已经达到93.6万辆，而要使该数据继续提升，提高充电基础设施的覆盖率是关键。
为提高新能源汽车的使用量，各国均在积极部署快充电站，但相较于新能源汽车发展的脚步，充电站等基础设施布设的步伐还相对落后。从全球来看，我国新能源汽车充电桩的保有量及车桩比相对领先。深圳威迈斯新能源股份有限公司副总裁韩永杰介绍称，截至2022年，我国新能源汽车私人充电桩保有量有望达到339万个，公共充电桩保有量也达到了170万台，综合来看，我国新能源汽车车桩比已经达到2.5:1。而对于很多国家来说，充电桩的建设步伐才刚刚开始。是德科技电动汽车解决方案经理Hwee-Yng Yeo表示，在新加坡，充电基础设施建设工作才刚刚开始，未来将部署6万台充电站。而即便是对于欧洲新能源汽车渗透化率最高的德国来说，电动汽车充电桩的部署也依旧存在很大的增长空间。对于是德科技电动汽车技术市场规划师Cecile Loison来说，如果给电动汽车的发展程度打8分，那么当前充电基础设施的建设仅能够打4分。
建设新能源汽车充电基础设施是个庞大的系统工程，而对于半导体厂商而言，充电桩建设带来的是巨大的功率半导体市场。充电桩中，起到关键作用的是用于电压转换的充电模块，每个充电模块中都使用了包括硅二极管、IGBT、MOSFET、电源管理芯片PMIC在内的多种半导体器件，且充电桩充电速度越快、额定功率越高，其需要的充电模块就越多。从当前的技术发展方向来看，为缓解电动汽车消费者的续航焦虑，使充电桩具有更高的额定功率是非常重要的技术方向，提高电压和加大电流是提高充电桩额定功率的两种方式。芯谋研究高级分析师张彬磊表示，未来5年新能源汽车充电桩的年增长率将维持在30%以上，与之相对应，功率半导体在充电桩领域的增长率将超过30%。当前，用于快充充电桩的功率器件国内市场规模约为2亿美元，到2026年，这一数字将达到4亿美元左右。从全球市场来看，这一市场规模更不可估量。
加快部署宽禁带半导体
不论是提升充电模块的充电效率，还是优化新能源汽车电源系统管理效果，提升功率器件耐高压、高电流能力，降低器件能耗，提升器件使用寿命都是产品的发展方向，而所有的功率器件需求，共同指向了GaN（氮化镓）、SiC（碳化硅）等宽禁带半导体产品。发展宽禁带半导体产品，以其代硅，成为各大功率半导体厂商的共识。
12月14日，意法半导体发布了新的碳化硅功率模块，可提高电动汽车性能和续航里程。现该功率模块已用于现代汽车公司的E-GMP电动汽车平台，以及共享该平台的起亚EV6等多款车型。英飞凌科技全球高级副总裁、大中华区总裁潘大伟介绍，英飞凌在2022财年共发布了119项新产品和新解决方案，其中有多项碳化硅、氮化镓器件。安森美亦将碳化硅业务作为企业发展的重点。Hassane表示，安森美碳化硅业务的增长速度快于企业其他部门。他表示：“2023年安森美最大的增长将来自于碳化硅在电动车市场的增长，在未来3年预计可以实现40亿美元的碳化硅收入。”
在发展宽禁带半导体业务方面，除开发新产品外，与上游产业链加强合作也是国际功率半导体企业的发展重点。本月初，意法半导体宣布，将在未来18个月内对法国Soitec半导体公司的碳化硅衬底技术进行验证，在未来的200mm衬底制造中采用Soitec的SmartSiC技术。2018年，英飞凌收购了拥有SiC冷切割技术的初创公司SILTECTRA，且加大了现有工厂的碳化硅生产线，实现了6英寸、8英寸、12英寸所有产线的完全投产，在产能方面实现了极大的扩充。据了解，为了保证碳化硅器件的供货，英飞凌与上游碳化硅原材料厂商确定了战略关系，以确保稳定供货。
从国内企业来看，发展宽禁带半导体产品也是其重要的技术方向。斯达半导体持续加大碳化硅项目投入，用于碳化硅芯片研发及产业化。安世半导体、士兰微电子、华润微电子等企业均在积极布局碳化硅产品线。
在节能降碳风潮的推动下，宽禁带半导体被认为是具有广阔发展前景的蓝海市场。英飞凌科技汽车电子事业部副总裁Mark Muenzer预测称，未来5年，每两辆车中就会有一辆是纯电或混电汽车。在2027—2030年，车用碳化硅器件的市场份额预计会超过纯硅器件，氮化镓在车载充电器及直流变换器中的使用量也将大幅攀升。
即便当前碳化硅、氮化镓器件相较于硅器件的价格仍较高，但综合来看，应用宽禁带半导体器件将给系统带来巨大的综合收益。“双碳”浪潮下，产业链各方同时用力，但谁能在这一风潮中获利，将取决于企业的生态打造能力。旦恩资本合伙人刘旭表示：“产业生态圈的发展是必然的。随着产业链的发展，生态圈的影响会越来越强，但只有作为主要参与者才有机会。”Omdia首席顾问王珅认为，“双碳”浪潮之下，大企业自有生态圈，将吸纳众多合作伙伴，而小企业将共建生态圈，谁的“吸金”能力更强，谁就更容易形成一个稳定的生态。
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作者丨姬晓婷
编辑丨徐恒
美编丨马利亚
监制丨连晓东
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