中國粉體網(wǎng)訊 近日,博敏電子在接受調研時表示,當前AMB增量來源最多的是車規(guī)級產品。按未來新能源汽車市場的生產產能測算,2023年特斯拉、理想、小鵬、華為、比亞迪等高端車型將使用AMB陶瓷襯板,公司預計Q2-Q3是放量增速的開端。中信證券分析,碳化硅車型滲透率在2023年開始提升,AMB陶瓷襯板需求將迎來大幅增長。
博敏電子:新能源汽車板
自2021年特斯拉宣布旗艦車型Model3搭載碳化硅功率器件后,碳化硅便開啟了急速上車之路。國內,比亞迪已在碳化硅方面取得重大技術突破,比亞迪漢、唐四驅等旗艦車型上已大批使用碳化硅模塊,蔚來旗下ET7、ES7、ES8、EC7等車型也已經(jīng)用上碳化硅電驅系統(tǒng),小鵬旗下G9亦采用了碳化硅器件。
來源:Wolfspeed,民生證券研究院
根據(jù)Wolfspeed的預測,2026年碳化硅器件市場規(guī)模有望達到89億美元,碳化硅有望在新能源汽車、工業(yè)和能源、射頻市場逐步完成對硅基器件的替代。
在新能源汽車領域,碳化硅器件目前主要應用于逆變器中,逆變器是一種將直流信號轉化為高壓交流電的裝置,在傳統(tǒng)硅基IGBT逆變器中,其基本原理為利用方波電源控制IGBT的開關,使得原來的直流電路輸出方波高電壓,經(jīng)過整形模塊的整形后形成正弦電壓,即交流電。
目前來看,碳化硅MOSFET在電動汽車主驅逆變器中相比Si-IGBT優(yōu)勢明顯,雖然當前SiC器件單車價格高于Si-IGBT,但SiC器件的優(yōu)勢可降低整車系統(tǒng)成本。
SiC在新能源汽車上的應用優(yōu)勢
1、速度提升
碳化硅器件的使用能讓驅動電機在低轉速時承受更大輸入功率,且因其高熱性能,不怕電流過大導致的熱效應和功率損耗。在車輛起步時,驅動電機能夠輸出更大扭矩,獲得更強的加速能力。
2、續(xù)航增加
SiC器件可以通過導通/開關兩個維度降低損耗,從而實現(xiàn)增加電動車續(xù)航里程的目的。結合英飛凌的研究數(shù)據(jù),在25°C結溫下,SiC-MOS關斷損耗大約是Si-IGBT的20%;在175°C的結溫下,SiC-MOS關斷損耗僅為Si-IGBT的10%。綜合來說,新能源車使用SiC器件能夠增加5-10%續(xù)航里程。
3、實現(xiàn)輕量化
得益于SiC的優(yōu)越性能:1)相同功率等級下封裝尺寸更;2)減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等的使用,從而減少系統(tǒng)體系和重量;3)減少散熱器體積;4)同樣續(xù)航范圍內,可以減少電池容量。
4、降低成本
目前SiC器件的價格是硅基器件的4-6倍,但采用SiC器件實現(xiàn)了電池成本的大幅下降和續(xù)航里程的提升,綜合降低了整車成本。
800V高壓平臺催生碳化硅需求擴大
新能源汽車自面世以來,續(xù)航問題一直是痛點,各大廠紛紛研發(fā)更長續(xù)航里程的車型,續(xù)航問題緩解后,充電焦慮仍未解決。這時候超級快充出現(xiàn)了,為進一步提高充電功率、縮短充電時間,絕大多數(shù)的主流車企選擇高壓快充方案,將電壓平臺從400V提升到800V、1000V甚至更高的水平,特別是800V高壓快充,已經(jīng)被很多整車廠提上日程。
電壓的提升,意味著電動汽車所有的高壓元器件及管理系統(tǒng)都要提高標準,首當其沖的就是主驅逆變器。如今,新能源汽車普遍使用400V電壓平臺下,采用SiC可以提高大概3%-5%的效率。但在800V平臺下,SiC的優(yōu)勢就能發(fā)揮得更好,總體效率提高6%-8%。碳化硅替代硅更加適宜,800V+SiC這套“組合拳”更有利于在碳化硅上車競爭中搶占市場。
2021-2022年,現(xiàn)代IONIQ5、奧迪e-tronGT、保時捷Taycan等國外車型,以及長城沙龍機甲龍、北汽極狐阿爾法S華為HI版、極氪001等國內車型已率先應用800V高壓平臺+SiC功率模塊。2023年以后,更多基于800V架構的新能源汽車將進入量產階段。根據(jù)英飛凌預計,到2025年汽車電子功率器件領域采用SiC技術的占比將會超過20%。
SiC功率模塊增長,AMB陶瓷基板受益
800V高壓平臺成為解決快充痛點的主流方案,碳化硅模塊上車的進程大幅超過市場預期,AMB陶瓷基板優(yōu)異導熱和抗彎性能已經(jīng)成為SiC芯片最佳封裝材料。
陶瓷基板按照工藝可分為DBC、AMB、DPC、HTCC、LTCC等基板,按照基板材料劃分主要為氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)和氮化硅(Si3N4)。
目前IGBT封裝主要采用DBC陶瓷基板,原因在于DBC具有金屬層厚度大(一般為100~600um),具有載流大、耐高溫性能好及可靠性高的特點,結合強度高(熱沖擊性好)等特點。
SiC MOSFET封裝模塊剖面圖(來源:低溫燒結銀、中信建投)
但是,DBC陶瓷基板在高溫服役過程中,往往會因為銅和陶瓷之間的熱膨脹系數(shù)不同而產生較大的熱應力,從而導致銅層從陶瓷表面剝離,因此傳統(tǒng)的DBC陶瓷基板已經(jīng)難以滿足高溫、大功率、高散熱、高可靠性的封裝要求。
相比之下,AMB技術實現(xiàn)了氮化鋁和氮化硅陶瓷與銅片的覆接,可大幅提高陶瓷基板可靠性,逐步成為中高端IGBT模塊散熱電路板主要應用類型。據(jù)資料顯示,意法半導體,比亞迪半導以及時代電氣都確定了AMB氮化硅基板上車的技術路線。
選用AMB-SiN陶瓷基板的優(yōu)勢在于:高熱導率、高載流能力以及低熱膨脹系數(shù),其性能優(yōu)越有望成為IGBT和SiC功率器件基板應用新趨勢。
AMB基板在功率模塊成本占比接近10%。因此,根據(jù)Yole,2021-2027年,全球SiC功率器件市場規(guī)模將由10.9億美元增長到62.97億美元,預計2021-2027年全球SiC功率器件帶動的AMB基板市場規(guī)模將由1.09億美元增長到6.30億美元。
AMB陶瓷基板需求增長,國內供應商稀缺
目前以Si基為主的IGBT模塊在具有高導熱性、高可靠性、高功率等要求、對成本不敏感的軌道交通、工業(yè)級、車規(guī)級領域正逐漸采用AMB陶瓷襯板替代原有的DBC陶瓷襯板。
隨著SiC MOS開始供應主驅逆變器,由于逆變器所需SiC MOS面積變大,對于陶瓷襯板的產能消耗量快速增長。就拿全球碳化硅模塊用量最多的是特斯拉來講,Model3開始全系標配碳化硅MOSFET模塊替代IGBT作為逆變器功率器件,碳化硅模塊都必須采用 AMB-氮化硅的陶瓷封裝材料。未來,新能源汽車領域成為AMB陶瓷基板最大需求領域。
據(jù)估計,一塊標準襯板單價為400元左右,預計2027年預計全球采用SiC車型將達到1032萬輛,考慮到未來降價至300元左右,預計2027年SiC車規(guī)市場規(guī)模將達到34.3億元。
目前,AMB基板供應商目前仍舊主要為歐美日韓企業(yè),如羅杰斯、KCC、賀利氏、同和等主導。這些企業(yè)擁有領先的生產技術,占據(jù)主要市場份額。國內AMB 陶瓷襯板目前主要依賴進口,國內產能相對較小。
博敏電子屬于國內極少的AMB陶瓷襯板供應商,隨著SiC上車的產業(yè)趨勢,其推出AMB陶瓷基板聚焦碳化硅芯片封裝領域,尤其是車規(guī)領域AMB替換DBC陶瓷襯板成為主流趨勢。
參考來源:
PCBworld:受益于汽車“新三化”,這種PCB要火?
愛集微:800V高壓平臺+SiC將成主流方向?芯聚能2022年量產SiC模塊加快產業(yè)化進程
科技中觀視角:AMB基板:大功率IGBT和第三代半導體模塊封裝新趨勢
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活性釬焊:氮化硅AMB基板成為新能源汽車SiC功率模塊的首選工藝
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青)
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