汽车功率半导体未来技术突破方向与车规级IGBT清洗剂

汽车功率半导体的发展现状

汽车功率半导体作为汽车电子系统中的关键组件，近年来随着新能源汽车的快速发展而备受关注。根据市场研究公司的数据，2021年全球功率半导体市场规模达到191亿美元，预计到2026年将增长至285亿美元，年复合增长率为8.9%。功率半导体产品主要包括功率晶体管、功率集成电路、肖特基二极管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等，其中IGBT和MOSFET是最受欢迎的产品类型。这些产品广泛应用于消费电子、汽车电子、工业控制、新能源等领域，尤其是在电动汽车和可再生能源领域的应用不断增加。

在汽车领域，功率半导体主要用于动力控制系统、照明系统、燃油喷射、底盘安全系统等关键部位。随着新能源汽车的普及，对功率半导体的需求大幅上升。例如，传统燃油车使用的半导体器件价值为355美元，而纯电动汽车/混合动力汽车则高达695美元，其中功率器件的增加最为显著，从17美元增加到265美元，增长了近15倍。此外，功率半导体也在朝着模块化、集成化、智能化、低碳化和节能化的方向发展，以提高性能、降低成本并简化设计。

汽车功率半导体未来技术突破方向

未来，汽车功率半导体的技术发展将集中在几个关键领域。首先，模块化和集成化将继续是重要的发展方向，通过将多个功率半导体器件集成到一个封装内，实现更高的功能密度和更低的系统成本。其次，智能化和自动化也是未来的发展趋势，功率半导体将通过引入物联网、云计算和人工智能技术，实现自我诊断、自适应控制以及与其他设备的智能互联。

特别值得注意的是，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)这两种关键材料的发展。它们具有高耐压、高频率、低损耗等优点，为功率半导体技术的发展提供了新的可能性。碳化硅器件因其在高温、高压、高频环境下的工作能力和较低的能量损失而备受关注，尤其是在电动汽车、新能源、工业等领域的应用前景广阔。然而，碳化硅器件的制造成本较高，良品率有待提高，这限制了其目前的普及程度。未来，需要进一步优化生产工艺和提高碳化硅器件的可靠性，以推动其广泛应用。氮化镓器件在高频、高效、高功率应用方面具有显著优势，但需要深入研究其材料特性，优化设计和制造工艺，以提升其稳定性和可靠性。

汽车功率半导体市场需求变化趋势

随着全球对节能减排和驾驶舒适性要求的提高，新能源汽车市场呈现出强劲的增长势头。2022年全球纯电动汽车销量达到780万辆，同比增长68%，这一增长趋势凸显了新能源汽车的市场需求。特别是在中国，新能源汽车的产销已经连续8年保持全球第一，这直接推动了对功率半导体需求的大幅增加。据StrategyAnalytics测算，传统燃油车功率半导体用量仅71美元，而新能源汽车上功率半导体用量至少翻番，纯电动车上更是大幅增长至384美元，增幅高达441%。

此外，功率半导体的交货期也受到了影响。由于供应链的紧张，车规功率半导体的交货期一再延长，截至2022年11月，功率半导体的交货时间已从5月底的31~51周延长至39~64周。IGBT成为短缺的大户，全球知名元器件分销商公布的2023年半导体产品Q1货期显示，IGBT的货期普遍在40周以上，这表明汽车对功率半导体的需求仍然旺盛，而供应端的紧张状态短期内难以缓解。

汽车功率半导体行业竞争格局及发展趋势

目前，全球功率半导体市场的主要竞争者包括德国英飞凌、日本三菱、富士电机、美国安森美、瑞士ABB等，这些企业的市场份额超过70%。在中国市场，功率半导体产业虽然发展较晚，但正在通过技术创新加快国产化进程。国内企业在服务客户需求和降低成本等方面具有竞争优势，预计未来国产代替空间十分广阔。

国内功率半导体行业的竞争格局呈现出结构性竞争的特点，市场集中度较低。随着新能源汽车的推广和充电桩数量的增加，半导体分立器件将迎来新的市场空间。此外，智能家电的更新换代和新增光伏装机量的持续上升也将为功率半导体提供广阔的市场空间。然而，国内车规级功率半导体的自主率较低，IGBT、MOSFET领域与国外差距较大，国内在功率分立器件和模块等领域更为擅长。尽管如此，国内汽车客户正在逐步接受国产车规级功率半导体的产品，国内功率半导体厂商迎来了新的发展机会。

全球汽车功率半导体发展趋势对比

全球功率半导体市场近年来呈现出快速增长的态势，特别是在中国，市场规模迅速扩大。2017年至2019年，中国功率半导体市场规模从126.8亿美元增至153.9亿美元，年复合增长率达到4.3%。这一增长趋势得益于下游行业需求的增加，尤其是中高端产品需求的增长。功率半导体的应用领域十分广泛，包括消费电子、工业制造、电力输配、交通运输、航空航天、新能源及军工等重点领域。

在全球范围内，功率半导体的市场需求大，中国是主要的消费国家之一。2020年，全球功率半导体市场规模约为422亿美元，同比增长4.6%，而中国市场规模约为153亿美元，占全球市场规模的36%，同比增长6.3%。尽管中国功率半导体产业发展较晚，但通过技术创新，国内企业正逐步加快行业的国产化进程，以满足市场下游需求的增长。

汽车功率半导体发展的政策影响

功率半导体行业的发展受到了国家政策的高度重视和支持。近年来，为提高行业整体发展水平，打破国外垄断，增强科技竞争力，国家多部门出台了一系列支持和引导功率半导体行业发展的政策法规。这些政策从财税、投融资、研究开发、进出口、人才、知识产权、市场应用、国际合作等多维度切入，促进集成电路和软件产业发展。功率半导体作为集成电路产业的重要组成部分，全方位受益于政策的支持。

特别是在“十四五”规划期间，集成电路先进工艺和IGBT、MEMS等特色工艺突破，碳化硅、氮化镓等宽禁带半导体发展攻关成为重要任务。这表明功率半导体行业发展正处于“攻坚克难”时期，国家层面对功率半导体的重视程度不断提升。此外，国家还提出了建设集成电路研发中心，提高研发水平，增强基础电子自主发展能力，引导产业链高端延伸的目标。这些政策的实施为功率半导体行业的发展提供了有力的支持和保障。

功率半导体器件在汽车领域的应用主要集中在电驱动系统，尤其是IGBT器件，它是电驱系统主逆变器的核心部件。随着汽车电动化趋势的加速，车用功率半导体的单车价值显著提升。据英飞凌统计，功率半导体的平均售价将从传统燃油车的71美元提升至全插混/纯电汽车的330美元，增长了4.6倍。预计到2025年，全球汽车功率半导体市场规模将达到80亿美元，其中新能源车用功率半导体市场规模将达到53亿美元，是2020年的7.3倍，年复合增长率为48.8%。在这一增长过程中，IGBT因其在新能源车中的重要作用，将成为最受益的品种之一。

然而，车用功率半导体行业存在较高的进入壁垒，包括产品、工艺和先发优势。产品方面，车规级IGBT需要满足长使用寿命、低故障率、高抗震性等严格要求，能够适应极端温度、恶劣环境和频繁启停带来的电流变化。工艺方面，车规级IGBT设计时需要平衡开通关断、抗短路和导通压降，生产制造过程中的薄片工艺、退火温度控制和模块封装的焊接、键合环节技术要求较高。此外，认证周期长、替换成本高，行业先发优势明显，新进入者面临较大的挑战。

尽管如此，国内功率半导体产业在国家政策的扶持下，正迎来快速发展的机遇。中国作为全球最大的汽车消费市场，为国内IGBT厂商提供了良好的发展契机。贸易摩擦加剧和半导体自主可控需求的提升，使得国产替代成为行业发展的主流趋势。国内厂商在新能源汽车产业的布局和先发优势，以及政策鼓励和资金支持，都有助于国内IGBT行业的快速发展。预计到2025年，中国新能源车用功率半导体市场规模将达到177亿元，年复合增速为44%，新能源汽车IGBT市场规模将达到147亿元，充电桩用IGBT市场规模将达到109亿元。

目前，全球功率半导体市场供应紧张，主要晶圆代工厂商均处于满产状态。随着5G商用和疫情宅经济的推动，社会数字化转型加速，新能源车、家电、数码等终端设备市场需求增长，半导体需求也随之增长。此外，半导体厂商为保障供应链安全，提高安全库存，进一步加剧了产能紧张的局面。预计到2022年，全球将新增2080万片等效8寸晶圆产能，而中国在建的晶圆制造等效8寸产能约2796万片/年，大部分集中在2022年投产，这将为功率半导体行业的发展提供更多的产能支持。

·         车规级IGBT芯片封装清洗剂选择：

·         水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

·         污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

·         这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

·         研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

·         运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

·         推荐使用 水基清洗剂产品。