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车规级功率器件市场爆发烧结银焊片DTS成新宠

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车规级功率器件市场爆发烧结银焊片DTS成新宠
一 在车规功率半导体中,MOSFET 和 IGBT 最具代表性。
车规 MOSFET:车规 MOSFET 不论在燃油车上还是电动车上,应用非常广泛, 且 MOSFET 产品主要被海外企业垄断。 自 2020 年以来,海外头部供应商都相继面临产能紧张、涨价和断供等问题。此 时,对于一直在等候却缺乏合适契机进入车载领域的本土厂商来说,正是切入汽 车供应链的绝佳时机。经过两年的蓄势,国内部分相关企业在上车批量供货的同 时,同步在加快新的车规 MOSFET 的研发和验证。 低压 MOS——主要以 40V,60V,100V Planar 平面型、Trench 沟槽型和 SGT 屏蔽栅 MOSFET 为主。因为单车用量大、应用场景多且复杂,自 2021 年以来, 市场缺货严重。
中压 SGT MOSFET:车规级 SGT MOSFET 工作电压范围通常在 30V-250V 之 间的 MOSFET 产品,其中中压(100V-250V)一般并联多个 MOSFET 单管用 于 A00 级小型电动汽车或中混车辆(动力电池电压在 200V 上下)的主驱逆变 器、OBC、DC/DC、空调压缩机等零部件当中起到逆变、整流等作用。 高压 SJ MOSFET,车规级 SJ MOSFET 工作电压通常在 650V-900V,主要用 于当前广泛搭载的 400V 动力电池平台汽车的主驱逆变器、OBC、DCDC 和 PTC 等产品上。
车规 IGBT:IGBT 通常分为单管、模块和 IPM 模块。全球车载 IGBT 和 MOSFET 一样,主要被美欧日等国家的厂家垄断。如英飞凌、安森美、富士电机、三菱电 机和赛米控等。其中,英飞凌占据车规 IGBT 主要市场份额,英飞凌最早在 2007 年推出车规级 IGBT 模块——HybridPACK 系列。在国内市场,比亚迪、斯达半导和时代电气稳居前十。
IGBT 已发展至第七代,英飞凌作为 IGBT 龙头,其技术早在 2018 年已经迭代 至第七代。第五、六、七代均是在第四代技术基础上针对大功率、高开关频率等 需求进行的设计优化。不同代差对应不同的器件设计,也对应着不同的器件性能 和应用场景。目前国内多数厂家已经发展到了等同英飞凌的第四代和第五代技术, 而第四、五代 IGBT 也正好是目前车规 IGBT 应用的主流技术。功率半导体器件或模块是电机控制器的心脏。电机控制器、电机和减速器一起组 成电动汽车的电力驱动总成。其中,电机控制器是功率半导体器件和模块的重要应用 领域,其主要用途是将动力电池输出的直流电转换成驱动电机所需要的三相交流电。 电机控制器由功率半导体器件或模块、电容、驱动电路板和控制电路板等零部件 组成。其中功率半导体器件或模块占总成本的 37%左右,是电机控制器最为核心的 零部件之一。
由于电机控制器是功能安全件,通常消费级或工规级的功率半导体器件和模块不 满足上车条件。因此长期以来,电机控制器中的功率半导体器件和模块一直依赖进口。 近年来,电机控制器格局发生变化,本土电机控制器厂家市场份额快速增长,这 让国产功率半导体拥有更多验证和上车机会,国产功率半导体市场份额将有望进一步 扩大。
中国烧结银企业SHAREX强势出击
在过去相当长的一段时间里,功率半导体市场一直由欧、美、日等外资巨头牢牢占据着主导地位,随着近年来新能源汽车的发展,许多本土企业也纷纷入局。放眼市场,不论是传统Si功率器件IGBT、MOSFET,还是以SiC、GaN等为代表的第三代半导体,国内都有企业布局。
2021年底,时代电气、士兰微和华虹半导体等厂商的IGBT产能相继投产,相关企业利润也迅速增厚。比如:斯达半导、士兰微、比亚迪半导体、时代电气、宏微科技、华润微、新洁能等半导体企业IGBT业务均实现了极大提升,车规级IGBT产品在市场上也实现了极大突破。
根据SHAREX善仁新材研究院统计与分析,2022年IGBT因电动车与光伏发电市场的强劲需求,在供应端产能有限的情况下,整体供需缺口达13.6%。对于中国市场来说,IGBT是近年来半导体和电动汽车的布局热点,不过至今车规级IGBT产品国产化率仍然较低。
近日,士兰微发布了向特定对象融资65亿元,以发展包括SiC和IGBT等功率器件在内的多项产品的报告。在报道中,士兰微分享了他们对功率半导体,特别是中国功率半导体行业的看法。
士兰微在报告中指出:
近年来,功率半导体行业呈现稳健增长的态势,根据 SHATREX善仁新材统计,2021 年全球功率半导体市场规模约为 462 亿美元。随着下游应用领域的不断拓展延伸 以及物联网、通信和新能源汽车等新兴应用领域的蓬勃发展,未来功率半导体市场仍将保持增长态势。根据SHAREX善仁新材预测,到 2024 年全球功率半导体市场规模将达到 522 亿美元。
中国作为全球最大的新能源汽车市场,在车规级功率半导体市场领域一直被国际巨头占据,国内自给率不足 10%,存在巨大的供需缺口。但功率半导体器件技术迭代速度较慢,使用周期较长,国内厂商拥有充足的发展和追赶时间。
正如士兰微所言,功率半导体采用非尺寸依赖的特色工艺,不追求7nm、5nm等先进制程,因此功率半导体相对逻辑IC工艺技术难度低,同时不需要动辄百亿美金的产线投入,国产厂商更容易实现技术追赶。

根据中国半导体行业协会的数据,2021年中国功率半导体前十大企业为安世半导体、华润微、扬杰科技、士兰微、华微电子、捷捷微电、斯达半导、新洁能、比亚迪半导体、时代电气。前十大企业中,安世半导体产品覆盖最为全面,基本上涵盖了二极管、MOS、IGBT、SiC等主要产品线;此外,士兰微、华润微、扬杰科技等老牌功率器件厂商产品也基本上覆盖了市场主流的MOS和IGBT产品;而比亚迪半导体和时代电气,背靠母公司拥有强大的终端市场,相关功率器件产品除了自用外,也走向市场开始向其他大客户实现了批量出货。

二 烧结银产品

所谓的烧结银,又叫烧结银膏,银焊膏等,就是将纳米级银颗粒烧结成银块的一种新的高导通银材料,烧结银烧结技术也被称为低温连接技术,产品具有低温烧结,高温服役,高导热低阻值,无污染等特点。是宽禁带半导体模块中的关键导热散热封装技术。

烧结银技术和市面上所说的高温烧结银浆是两个概念,这里所说的“烧结银",指的是在低温环境下烧结的纳米银膏。烧结温度一般会在280度以下,善仁新材开发出了可以在150度的温度下的烧结银AS9376,为世界首创。

善仁新材烧结银材料包括以下型号:

一 AS9300系列烧结银膏:包括9330半烧结银,9375无压烧结银,9385有压烧结银,9395有压烧结银膜。

二 AS9200系列烧结银胶:包括9220烧结银胶,9221烧结银胶。

三 AS9100系列纳米烧结银浆:包括9101烧结银浆,9120烧结银浆,9150烧结银浆。

四 AS9000系列纳米银墨水:包括9001纳米银墨水,9002纳米银墨水。

五 预成型银片GVF9000系列:可以根据客户需求做成各种尺寸的纳米烧结银膜片。

六 预烧结银焊片和焊盘GVF9000系列:可以根据客户需求做成各种尺寸的预烧结焊盘和焊盘。

 烧结银适用行业:高功率射频器件、宽禁带半导体封装、LED、IGBT、汽车电子、配电、逆变器、有轨电车、UPS等等;本系列烧结银产品,由于纳米金属的小尺寸效应,纳米银的熔点要比块状银低很多,所以能在相对较低的温度下实现烧结。纳米银烧结时,表面熔化,相邻的颗粒相互接触形成烧结颈。然后随着原子扩散,烧结颈不断长大,最终得到的烧结体熔点接近块体银。纳米银的这些特点使其能够实现低温烧结、高温服役的严苛要求。