國(guó)金證券： 2021年功率半導(dǎo)體有望迎來(lái)景氣周期

3.1IGBT-功率器件皇冠上的明珠，電力電子裝置和系統(tǒng)中的CPU

? IGBT是一個(gè)工作原理復(fù)雜的集成功率半導(dǎo)體器件。結(jié)構(gòu)上, IGBT幾乎集成了半導(dǎo)體器件的所有基本結(jié)構(gòu)，如二極管、BJT、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管JFET，MOSFET， SCR。IGBT的結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化，將引起其性能發(fā)生相應(yīng)的變化。工藝技術(shù)上，IGBT利用MOS集成電路工藝進(jìn)行大面積的功率集成，設(shè)計(jì)上表現(xiàn)為單元胞尺寸的縮小，并聯(lián)集成的元胞數(shù)量越多，通態(tài)壓降 (導(dǎo)通損耗) 逐漸減小。

? IGBT的技術(shù)發(fā)明已經(jīng)有30多年，主要經(jīng)歷6代技術(shù)及工藝改進(jìn)。從結(jié)構(gòu)上講，IGBT可以分為縱向結(jié)構(gòu)、IGBT柵極結(jié)構(gòu)、硅片加工工藝，主要發(fā)展趨勢(shì)是降低損耗。

? IGBT適用于高壓領(lǐng)域：IGBT 是由 BJT 和 MOSFET 組成的復(fù)合功率半導(dǎo)體器件，既有 MOSFET 的開關(guān)速度高、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、開關(guān)損耗小的優(yōu)點(diǎn)，又有 BJT 導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小的優(yōu)點(diǎn)，在高壓、大電流、高速等方面是其他功率器件不能比擬的，因而是電力電子領(lǐng)域較為理想的開關(guān)器件，是未來(lái)應(yīng)用發(fā)展的主要方向。IGBT穩(wěn)定性比MOSFET稍差，強(qiáng)于BJT，但I(xiàn)GBT耐壓比MOSFET容易做高，不易被二次擊穿而失效，易于高壓應(yīng)用領(lǐng)域。

? 作為工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng)域的核心器件，IGBT 模塊在電機(jī)節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子、新能源發(fā)電、新能源汽車等諸多領(lǐng) 域都有廣泛的應(yīng)用。隨著新能源汽車的發(fā)展以及變頻白色家電的普及，IGBT 的市場(chǎng)熱度持續(xù)升溫。它不僅在工業(yè)應(yīng)用中提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平、控制精度等，也大幅提高了電能的應(yīng)用效率，同時(shí)減小了產(chǎn)品體積和重量，節(jié)約了材料。

? IGBT在600V以上具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，目前可應(yīng)用于6500V高壓，在高壓領(lǐng)域，SiC MOSFET是IGBT的競(jìng)爭(zhēng)者，但是目前還存在成本高的情況。

? 隨著應(yīng)用的不斷升級(jí)，對(duì)IGBT芯片及模塊也提出了新的要求，要求芯片縮小面積、實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)，要求IGBT承載更高的電壓和電流，并且具有低損耗和高可靠等特性。

? 汽車級(jí)功率模塊要求更高的電氣運(yùn)行可靠性、更高的壽命、更好的節(jié)能性、抗干擾性強(qiáng)、并要求重量輕、緊湊等。

? 為了應(yīng)對(duì)各種應(yīng)用需求，功率模塊封裝技術(shù)也在不斷發(fā)展，主要表現(xiàn)為Si器件新技術(shù)，降低熱阻，新的芯片焊接方式、雙面散熱、提高集成化等。

3.2新能源汽車是IGBT模塊增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力

? 新能源車功率半導(dǎo)體價(jià)值量大幅增加：新增功率器件價(jià)值量主要來(lái)自于汽車的“三電”系統(tǒng)，包括電力控制，電力驅(qū)動(dòng)和電池系統(tǒng)。在動(dòng)力控制單元中，IGBT或者SiC模塊將高壓直流電轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)的交流電；在車載充電器AC/DC和DC/DC直流轉(zhuǎn)換器中，都會(huì)用到IGBT或者SiC、MOS、SBD單管；在電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、水泵、油泵、PTC、空調(diào)壓縮機(jī)等高壓輔助控制器中都會(huì)用到IGBT單管或者模塊；在ISG啟停系統(tǒng)、電動(dòng)車窗雨刮等低壓控制器中都會(huì)用到MOS單管。

? （1）電動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)：功率器件在新能源車電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，主要有兩種形式：用于直流電動(dòng)機(jī)的斬波器和交流電機(jī)的逆變器。（1）斬波器：對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，一般采用斬波器，其功率電路比較簡(jiǎn)單，效率也比較高。隨著功率器件的發(fā)展，斬波器的頻率可做到幾千赫茲，因而很適合用作直流牽引調(diào)速。新能源車采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)論是串勵(lì)電機(jī)，還是他勵(lì)電機(jī)，都采用斬波器作為功率變換器。斬波器的功率器件多采用MOSFET 和BJT。（2）逆變器在DC/DC變換方式中，一般采用直流斬波器加逆變器和DC/DA逆變器兩種方式。由于新能源車的電源電壓低，采用前種方式，傳輸能量環(huán)節(jié)過多，會(huì)降低整個(gè)系統(tǒng)的效率。而采用PWM電壓型逆變器，則線路簡(jiǎn)單、環(huán)節(jié)少、效率高。另外，現(xiàn)在還出現(xiàn)了諧振直流環(huán)節(jié)變換器和高頻諧振交流環(huán)節(jié)變換器。由于采用零電壓或零電流開關(guān)技術(shù)，諧振式變換器具有開關(guān)損耗小、電磁干擾小、低噪聲、高功率密度和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

? （2）能量轉(zhuǎn)換器：新能源車能量轉(zhuǎn)換器的主要部件是功率器件。目前常用的功率器件有CTO、BJT、MOSFET、IGBT、SITSITH、MCT，其中CTO、MCT 具有高開關(guān)速度、高能量傳輸能力、優(yōu)越的動(dòng)態(tài)特性及高可靠性，很適合于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)，同時(shí)功率器件能影響到能量轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。直—直流及直—交流轉(zhuǎn)換器各自應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。

? （3）車載充電裝置：發(fā)展車載充電器是發(fā)展新能源汽車的必要條件, 因?yàn)樗軐⒔涣麟娋W(wǎng)的電能有效地補(bǔ)充到每輛電動(dòng)汽車的蓄電池中。充電器的功能就是將交流電變?yōu)橹绷麟? 這就需要使用IGBT等功率器件。新能源汽車對(duì)這些功率器件提出新的要求，不僅要求恒流恒壓二段式充電，還要求高效、輕量，有自檢及自動(dòng)充電等多種保護(hù)功能，并且能程控設(shè)定充電時(shí)間曲線、監(jiān)視電池溫度, 對(duì)電網(wǎng)無(wú)污染等。

? （4）充電樁：作為新能源汽車必不可少的基礎(chǔ)配套設(shè)施，我國(guó)充電樁行業(yè)也正處于高速增長(zhǎng)的建設(shè)期，未來(lái)市場(chǎng)空間廣闊。Infineon統(tǒng)計(jì)100 kW的充電樁需要的功率器件價(jià)值量在200-300美元，而IGBT模塊是充電樁的核心器件。

? 不同電動(dòng)化汽車所需要的功率半導(dǎo)體器件數(shù)量不同，隨著純電動(dòng)車型的增多，汽車功率半導(dǎo)體器件將迎來(lái)量?jī)r(jià)齊升。

? 根據(jù)Infineon數(shù)據(jù)，2020年，48V輕混汽車需要增加90美元功率半導(dǎo)體，電動(dòng)汽車或者混動(dòng)需要增加330美元功率半導(dǎo)體。

? 2019年，全球電動(dòng)汽車達(dá)到221萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)10%，中國(guó)新能源汽車銷售120.6萬(wàn)輛，同比下降了4.0%。

? 2020年11月，新能源汽車產(chǎn)銷分別完成19.8萬(wàn)輛和20萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)75.1%和104.9%。2020年1-11月，新能源汽車產(chǎn)銷分別完成111.9萬(wàn)輛和110.9萬(wàn)輛，其中產(chǎn)量同比下降0.1%，銷量同比增長(zhǎng)3.9%。

? 彭博新能源財(cái)經(jīng)（BloombergNEF）預(yù)測(cè)，2025年全球新能源汽車有望達(dá)到1100萬(wàn)輛，中國(guó)占50%，2030年有望達(dá)到2800萬(wàn)輛，2040年將達(dá)到5600萬(wàn)輛。屆時(shí)，電動(dòng)汽車銷量將占到全部新車銷量的57％。

? 汽車功率半導(dǎo)體難度較大，集中度高，歐、美系廠商占據(jù)核心優(yōu)勢(shì)。2019年，全球汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)達(dá)到372億美元，英飛凌位居第一，市占率13.4%，前五家公司合計(jì)占比49.1%。汽車功率半導(dǎo)體全球第一大公司為英飛凌，市占率25.5%，第二大公司為意法半導(dǎo)體，市占率13.9%，前五家公司合計(jì)占比62.1%，集中度較高。

? 斯達(dá)半導(dǎo)體快速崛起。中國(guó)汽車在汽車功率半導(dǎo)體領(lǐng)域基礎(chǔ)薄弱，發(fā)展速度慢，但是近幾年中國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展較快，也帶動(dòng)了IGBT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)佐思汽研數(shù)據(jù)，按照銷量數(shù)據(jù)，2019年英飛凌在中國(guó)新能源汽車IGBT領(lǐng)域排名第一，占比高達(dá)49.3%，其次是比亞迪，主要給自己配套，占比20%，斯達(dá)半導(dǎo)體位居第三，市占率達(dá)到16.6%。

3.3工業(yè)控制、新能源、家電變頻等領(lǐng)域推動(dòng)IGBT穩(wěn)定增長(zhǎng)

? 功率半導(dǎo)體器件在電源管理行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，未來(lái)工控、新能源、變頻家電、數(shù)據(jù)中心、5G、IOT 等領(lǐng)域?qū)⑹枪β拾雽?dǎo)體器件快速增長(zhǎng)的核心 領(lǐng)域，IGBT 需求量將持續(xù)增加。

3.3.1工業(yè)控制是IGBT第一大應(yīng)用領(lǐng)域，需求穩(wěn)健增長(zhǎng)

? IGBT 模塊是變頻器、逆變焊機(jī)等傳統(tǒng)工業(yè)控制及電源行業(yè)的核心元器件，且已在此領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。隨著工業(yè)控制及電源行業(yè)市場(chǎng)的逐步回暖，預(yù)計(jì) IGBT 模塊在此領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模亦將得到逐步擴(kuò)大。

? 1）變頻器行業(yè) ：IGBT 模塊在變頻器中不僅起到傳統(tǒng)的三極管的作用，亦包含了整流部分的作用?？刂破鳟a(chǎn)生的正弦波信號(hào)通過光藕隔離后進(jìn)入 IGBT，IGBT 再根據(jù)信號(hào)的變化將 380V（220V）整流后的直流電再次轉(zhuǎn)化為交流電輸出。

? 我國(guó)變頻器行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模總體呈上升態(tài)勢(shì)。變頻器已進(jìn)入新能源領(lǐng)域，在冶金、煤炭、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒈３址€(wěn)定增長(zhǎng)，在城市化率提升的背景下，變頻器在市政、軌道交通等公共事業(yè)領(lǐng)域的需求也會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，從而促進(jìn)市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大。未來(lái)幾年，具有高效節(jié)能功能的高壓變頻器市場(chǎng)將受政策驅(qū)動(dòng)持續(xù)增長(zhǎng)，到 2023 年，高壓變頻器的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 175 億元左右。

? 2）逆變焊機(jī)行業(yè)：逆變式弧焊電源，又稱弧焊逆變器，是一種新型的焊接電源。這種電源一般是將三相工頻（50 赫茲）交流網(wǎng)路電壓，先經(jīng)輸入整流器整流和濾波，變成直流，再通過大功率開關(guān)電子元件（IGBT）的交替開關(guān)作用，逆變成幾千赫茲至幾萬(wàn)赫茲的中頻交流電壓，同時(shí)經(jīng)變壓器降至適合于焊接的幾十伏電壓，后再次整流并經(jīng)電抗濾波輸出相當(dāng)平穩(wěn)的直流焊接電流。

? 根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2018 年我國(guó)電焊機(jī)產(chǎn)量為 853.3 萬(wàn)臺(tái)，同比 2017 年增加了 58.46 萬(wàn)臺(tái)。電焊機(jī)市場(chǎng)持續(xù)升溫亦將保證 IGBT 需求量逐步增大。

3.3.2光伏風(fēng)力發(fā)電量快速增長(zhǎng)，IGBT迎新增長(zhǎng)動(dòng)力

? 由于新能源發(fā)電輸出的電能不符合電網(wǎng)要求，需通過光伏逆變器或風(fēng)力發(fā)電逆變器將其整流成直流電，再逆變成符合電網(wǎng)要求的交流電后輸入并網(wǎng)。IGBT 模塊是光伏逆變器和風(fēng)力發(fā)電逆變器的核心器件，新能源發(fā)電行業(yè)的迅速發(fā)展將成為 IGBT 模塊行業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)的又一動(dòng)力。2015年全球發(fā)電量6414 GW，預(yù)計(jì)2025年全球發(fā)電量將達(dá)到8647 GW，10年CAGR為3.0%，其中可再生能源發(fā)電量增速較快，CAGR達(dá)到5.9%；進(jìn)一步細(xì)分，太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電量的增速要高于可再生能源發(fā)電量的復(fù)合增速，太陽(yáng)能發(fā)電量15-25年CAGR為16.4%，風(fēng)能發(fā)電量CAGR為8.8%，遠(yuǎn)高于行業(yè)的平均增速。從地區(qū)來(lái)看，風(fēng)電增長(zhǎng)較快地區(qū)包括中國(guó)，歐洲和美國(guó)，而太陽(yáng)能發(fā)電增長(zhǎng)較快地區(qū)則有中國(guó)，歐洲，美國(guó)和其他亞太地區(qū)。

?風(fēng)電：風(fēng)電主要是中國(guó)美國(guó)在積極發(fā)展，從中長(zhǎng)期來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電量處于穩(wěn)步增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。相較于火力發(fā)電，每1MW的風(fēng)電廠的半導(dǎo)體需求量是火電廠的30倍，2011年風(fēng)電機(jī)的功率為1.5 MW，2017年已經(jīng)增長(zhǎng)至2-3 MW。風(fēng)力發(fā)電量的穩(wěn)定增長(zhǎng)將對(duì)功率半導(dǎo)體提出新的需求。

? 太陽(yáng)能發(fā)電：IHS預(yù)測(cè)，2016-2021年太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)IGBT模組的需求復(fù)合增速為9.0%。為了有效地滿足綠色能源太陽(yáng)能發(fā)電及逆變并網(wǎng)的需求，就需要控制、驅(qū)動(dòng)器和輸出功率器件的正確組合，IGBT是作為功率開關(guān)的必然之選，而PV逆變器也將是第一批使用SiC基的器件之一，這將顯著提升IGBT的價(jià)值量。

? 中國(guó)光伏逆變器廠商崛起，IGBT近水樓臺(tái)。目前，以華為、陽(yáng)光電源為主的本土廠商在光伏逆變器市場(chǎng)持續(xù)突破，根據(jù)SolarEdge 統(tǒng)計(jì)，2018 年，華為在全球逆變器市場(chǎng)的份額達(dá) 22%，市占率位列全球第一，陽(yáng)光電源的市場(chǎng)份額為 15%，市占率位居全球第二位。特別是在三相組串型逆變器市場(chǎng)，2017 年華為的市占率已達(dá) 56%，市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)地位突出，中國(guó)光伏逆變器廠商快速發(fā)展為國(guó)產(chǎn) IGBT 替代帶來(lái)了顯著的本土化優(yōu)勢(shì)。

3.3.3全球家用電器變頻加速滲透，IGBT迎發(fā)展良機(jī)

? IGBT 模塊是變頻家電變頻器的核心元器件。IGBT高頻開閉合功能能夠帶來(lái)以下優(yōu)點(diǎn)：1、較小的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗；2、出色的 EMI 性能，可通過改變驅(qū)動(dòng)電阻的大小滿足 EMI 需求的同時(shí)保持開關(guān)損耗在合理范圍內(nèi)；3、強(qiáng)大的抗短路能力；4、較小的電壓尖峰（對(duì)家電起到保護(hù)作用）。中國(guó)作為全球最大的家電市場(chǎng)和生產(chǎn)基地，亦孕育著大規(guī)模的 IGBT 市場(chǎng)。以空調(diào)行業(yè)為例，中國(guó)作為全球最大的家電市場(chǎng)和生產(chǎn)基地，亦孕育著大規(guī)模的 IPM 市場(chǎng)。

? 家電變頻可大幅節(jié)能電能。相對(duì)于傳統(tǒng)的家電產(chǎn)品，變頻家電產(chǎn)品在能效、性能及智能控制等方面有明顯的先天優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，變頻家電正處在全面發(fā)展的階段，主要應(yīng)用于空調(diào)、微波爐、冰箱、熱水器等耗電較大的電器。舉例來(lái)講，相較于不可變頻冰箱，可變頻冰箱的使用壽命長(zhǎng)，噪音小，并且能夠節(jié)省40%的能耗。

? 預(yù)測(cè)2022年家電變頻滲透率65%。IHS統(tǒng)計(jì)，2017年全球家用電器銷量約7.11億臺(tái)，其中4.67億臺(tái)為不可變頻家電，占比達(dá)到66%，而可變頻家電數(shù)量為2.44億臺(tái)，占比為34%。預(yù)計(jì)到2022年可變頻家電銷售量將達(dá)到5.85億臺(tái)，占比達(dá)到65%，17-22年銷售量CAGR為19.1%，而不可變頻家電銷售量將下降至3.17億臺(tái)，占比減少至35%。

? 變頻家電功率半導(dǎo)體單機(jī)價(jià)值量大幅提升。可變頻家電的快速放量，將顯著提升單位家電中半導(dǎo)體的價(jià)值量，Infineon預(yù)測(cè)半導(dǎo)體價(jià)值量將從不可變頻的0.7歐元提升至9.5歐元，而增加的半導(dǎo)體主要是屬于功率半導(dǎo)體，假設(shè)9.5歐元是單位可變頻家電的平均半導(dǎo)體價(jià)值量，預(yù)計(jì)2022年家電半導(dǎo)體市場(chǎng)空間將從2017年的26.45億歐元增長(zhǎng)至57.79億元，17-22年CAGR為16.9%。

? 根據(jù) IHS數(shù)據(jù)，2021 年家用功率半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模有望從 2017 年的 14.4 億美元增長(zhǎng)至 26.7 億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到16.69%。故而家用電器的變頻化必然也將推動(dòng)家用領(lǐng)域功率半導(dǎo)體的發(fā)展。

? 隨著全球節(jié)能環(huán)保的大力推行，白色家電變頻滲透率將逐步提升，功率半導(dǎo)體作為變頻器的核心元器件，將顯著受益。

3.4各領(lǐng)域增長(zhǎng)：預(yù)計(jì)汽車用IGBT模塊2018年-2023年復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)23.5%

? 2018年全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到62.1億美元。根據(jù)IHS數(shù)據(jù)，2017年全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模為52.55億美元，同比2016年增長(zhǎng)16.5%，2018年全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模在62.1億美元左右。

4.1性能優(yōu)異，第三代半導(dǎo)體應(yīng)運(yùn)而生

? SiC和GaN基MOSFETs突破性能極限，技術(shù)升級(jí)勢(shì)在必行：和第一代、第二代半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料具有寬的禁帶寬度，高的擊穿電場(chǎng)、高的熱導(dǎo)率、高的電子飽和速率及更高的抗輻射能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。為了追求更小的器件體積以及更好的性能，功率器件廠商逐漸推進(jìn)下一代技術(shù)方案的SiC和GaN基MOSFETs。舉例來(lái)講，1）SiC基MOSFETs相較于硅基MOSFETs擁有高度穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，工作溫度可達(dá)600 ℃；2）SiC的擊穿場(chǎng)強(qiáng)是硅的十倍多，因此SiC基MOSFETs阻斷電壓更高；3）SiC的導(dǎo)通損耗比硅器件小很多，而且隨溫度變化很小；4）SiC的熱導(dǎo)系數(shù)幾乎是Si材料的2.5倍，飽和電子漂移率是Si的2倍，所以SiC器件能在更高的頻率下工作。

? SiC主要應(yīng)用于白色家電、新能源（電動(dòng)汽車、風(fēng)電、光伏）、工業(yè)應(yīng)用等。

4.2碳化硅在電動(dòng)汽車領(lǐng)域有望大顯身手

? 在車用方面，SiC MOSFET在性能方面明顯占優(yōu)，可以降低損耗，減小模塊體積重量，IGBT在可靠性魯棒性方面占優(yōu)。碳化硅器件應(yīng)用于車載充電系統(tǒng)和電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，能夠有效降低開關(guān)損耗、提高極限工作溫度、提升系統(tǒng)效率。

? Model 3率先采用SiC MOSFET，開啟了電動(dòng)汽車使用SiC先河。

? 特斯拉逆變器模組上率先采用了24顆碳化硅SiC MOSFET，該產(chǎn)品由意法半導(dǎo)體提供，隨后英飛凌也成為了特斯拉的 SiC 功率半導(dǎo)體供應(yīng)商。整個(gè)功率模塊單元由單管模塊組成，采用標(biāo)準(zhǔn)6-switches 逆變器拓?fù)洌總€(gè)switch由4顆單管模塊組成，共24 顆單管模塊，器件耐壓為650V。Model 3的 SiC 單管模塊設(shè)計(jì)與Model S/X采用Infineon IGBT單管思路一致，好處是實(shí)現(xiàn)不同功率等級(jí)的可擴(kuò)展同時(shí)，還能提升模塊封裝良率，降低半導(dǎo)體器件成本。

? 比亞迪漢采用SiC MOSFET 提升加速性能、功率及續(xù)航能力。

? 2020 年，比亞迪漢 EV 車型電機(jī)控制器首次使用了比亞迪自主研發(fā)并制造的SiC MOSFET 控制模塊，大大提高了電機(jī)性能。

? 碳化硅加速性能好。寬禁帶最直接的好處，有更高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，也就是耐高壓，即是可以控制更高的系統(tǒng)電壓。比亞迪漢能夠使用650V電壓平臺(tái)，也有碳化硅的功勞。高電壓意味著低電流，能減少設(shè)備電阻的損耗。對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，也更容易在小體積下實(shí)現(xiàn)更高功率，也因此，比亞迪漢可以輕松實(shí)現(xiàn)3.9S的 0–100 加速性能。

? 碳化硅可實(shí)現(xiàn)大概率及高續(xù)航。除了寬禁帶帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)外，碳化硅還有兩大優(yōu)勢(shì)，一個(gè)是飽和電子速度更高，一個(gè)是導(dǎo)熱率更高、耐溫性能更高。飽和電子速度快，也就是可以通過更大的電流。碳化硅材料的電子飽和速度是硅材料的兩倍，因此在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，匹配的電流強(qiáng)度更容易遠(yuǎn)離設(shè)備的飽和電流，也就能實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)通狀態(tài)下更低的電阻。這能減少電能的損耗，也有助于降低設(shè)備發(fā)熱，簡(jiǎn)化散熱設(shè)計(jì)。特別是在瞬時(shí)大電流情況下，設(shè)備溫度積累減少，再加上耐溫性增加與材料本身更強(qiáng)的導(dǎo)熱率，也讓設(shè)備散熱更容易。車輛也就能爆發(fā)出更大的功率。這是比亞迪漢能實(shí)現(xiàn)363Kw功率的原因。使用磷酸鐵鋰的情況下能達(dá)到605公里的續(xù)航里程，顯然也有碳化硅的功勞。

? 豐田燃料電池車Mirai車型采用碳化硅模塊

? 電裝已經(jīng)開始批量生產(chǎn)搭載了SiC（碳化硅）功率半導(dǎo)體的新一代升壓功率模塊，該模塊將應(yīng)用于豐田燃料電池車Mirai車型。電裝與豐田(TM.US)的SiC功率模塊的應(yīng)用歷經(jīng)HEV、燃料電池巴士和燃料電池乘用車。新Mirai的新一代固態(tài)燃料電池核心組件Toyota FC Stack搭配了使用多個(gè)SiC功率半導(dǎo)體的FC升壓變換器。升壓變換器作用是輸出高于輸入電壓的電壓。

? 功率模塊體積縮小了30%，損耗降低了70%。根據(jù)電裝的測(cè)算，與采用Si基功率半導(dǎo)體的產(chǎn)品相比，搭載了SiC功率半導(dǎo)體（含二極管和晶體管）的新型升壓功率模塊體積縮小了約30%，損耗降低了約70%，在實(shí)現(xiàn)功率模塊小型化的同時(shí)提升了車輛的燃油效率。

? 搭載SiC模塊的新Mirai續(xù)航里程提升30%。豐田表示，通過在FC升壓變壓器中使用SiC半導(dǎo)體，采用鋰離子低壓蓄電池等方式，降低系統(tǒng)能耗損失。同時(shí)，在提升FC電堆性能的基礎(chǔ)上，通過采用觸媒活性再生控制技術(shù)，提升發(fā)電效率。從而豐田實(shí)現(xiàn)了新Mirai WLTC工況最高續(xù)航里程約850km，較上一代車型提升約30%。

4.3預(yù)測(cè)2027 年碳化硅功率器件規(guī)模將超百億美元

? 預(yù)測(cè)2027 年碳化硅功率器件的市場(chǎng)規(guī)模將超過100 億美元。2018 年碳化硅功率器件市場(chǎng)規(guī)模約3.9 億美元，受新能源汽車龐大需求的驅(qū)動(dòng)以及電力設(shè)備等領(lǐng)域的帶動(dòng)，IHS預(yù)測(cè)到2027年碳化硅功率器件的市場(chǎng)規(guī)模將超過 100 億 美元。2021年起，受益電動(dòng)汽車?yán)瓌?dòng)，SiC MOSFET將保持較快的速度增長(zhǎng)，成為最暢銷的分立SiC功率器件。