现今车辆驾驶纷纷采用蓝牙、电信网路,或其他远端连网方式,来提供或处理各种资讯。这些连网设备的使用,都需要功率半导体来分配与控制由车辆提供的电力。再加上目前汽车产业也正在努力,希望未来十年能达成为市场提供大量自驾车、绿能车和连网汽车的使命。如此一来,也推动了车用功率半导体的升级。

在半导体产业中,功率半导体产值在180-200亿美金。功率半导体是我国汽车工业、高铁、空调洗衣机、电网输电等系统应用的上游核心零部件,战略地位突出。功率半导体产品形态多种多样,几乎所有与电力能源相关的产品都需要用到功率半导体器件。按照年产值贡献口径,IGBT、MOSFET、二极管及整流桥是功率半导体最主要的三个产品类别,占据功率半导体八成左右市场。

从2017年到2023年,功率半导体营收和出货量复合年增长率(CGAR)预计增长7%——包括功率分立器件、功率模块和功率集成电路(IC)。在同一时期,这一增长率是轻型车辆预期建造率的三倍以上,预计轻型车辆平均每年增长率仅有2%。

 

IHS Markit 最新《汽车用功率半导体报告》关键结论

1. 先进驾驶员辅助系统(ADAS)包括盲点信息、自适应巡航控制、车道偏离警告、后方自动刹车,以及如今普遍配备后备摄像机相关的其他功能。ADAS系统平均每车安装数会从今当前的1.6增长。

2. 在2017和2023之间,传动系市场区块中功率逆变器、转换器、充电器和辅助系统的数量增长将导致动力总成模块10%的复合年增长率;这些系统中的功率IC的营收将以9%的年增长率增长,功率分立器件将增加11%,功率模块将上升32%。

3. 随着汽车购买者越来越重视连接智能手机和其他移动设备的能力,信息娱乐单元功率半导体的单位出货量预计将增长7%。车身与便利性和底盘以及安全单元的出货量预计将以4%的增长率温和增长,因为这些系统中的许多单元已经是大多数车辆的标准配备。

 

ADAS和动力系统一路领先

功率半导体营收和出货量的平均增长将主要由ADAS和电气化传动系的高增长销售所主导。事实上,从2017年到2023年,ADAS出货量预计将以17%的增长率增长,是由于新型汽车评估计划(NCAP)对主动安全特性有更多的覆盖内容,以及所有车辆细分市场对于先进安全性的日益增长需求。

根据IHS Markit预测,2023年的轻型和全混合动力汽车以及电动汽车(EV)预计将占轻型汽车市场总量的28%,而目前仅为4%。这种汽车类型的增长将导致传动系功率半导体使用量的增加,以致从2017年到2023年期间这个市场区段的年复合增长率将达到13%。

 

生命周期与设计要素

数量增长只是影响汽车功率半导体需求的因素之一。生命周期和设计趋势也对这类系统中所用设备类型有很大的影响。

汽车系统生产的发展要经历一个设计、开发和优化的生命周期。在开发阶段,已知现售组件通常被用于将开发风险降至最小。一旦达进入优化和成熟阶段,降低成本就上升为高优先级因素,并且通常会开发出具有更高集成度的组件,以达成尺寸、成本和节能目标。

适用于汽车系统的功能安全标准ISO 26262是部件选择的另一个关键因素。达到安全目标对于许多汽车系统来说是至关重要的,尤其是自主驾驶和其他提供驾驶辅助的系统。实现安全目标通常需要额外的冗余、运行时诊断、故障通知,以及把其他功能特性添加到系统之中。

 

由于所有这些因素,专用集成电路(ASIC)、系统基础芯片(SBCS)、功率管理IC(PMCS)和其他高集成度的设备预计比独立单功能功率IC(如线性电压调节器和开关转换器)增长更快。

此外,汽车应用领域碳化硅器件替代硅器件是确定的发展趋势,碳化硅功率器件的应用领 域在持续的拓展。早期碳化硅主要应用于功率校正电路(power factor correction 电路),目前量产应用领域已经拓展至光伏逆变器、汽车车载充电机(onboard charger)。

预计 2019-2020 年,电动车动力系统将导入碳化硅功率器件,进一步拓宽量产应用领域。目前Tier-1汽车供应链企业都在尝试导入碳化硅,积极开展碳化硅功率器件的测试工作。丰田在 2015 年 2 月启动了碳化硅功率器件的实车测试工作,路测原型车在PCU的升压转换器和电机控制逆变器搭载了碳化硅功率器件。比亚迪已经在电动车车载充电机(charger on board)导入碳化硅功率器件。

 

(资料来源: IHS Markit)

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