绝缘栅

双碳目标下的重需求与芯机遇

发布时间:2023/7/30 17:32:12   

年4月25日中金公司首席策略师、董事总经理王汉锋在出席中新社国事论坛之“能源中国”时称:

从现在到年实现碳中和目标,中国的绿色投资可能需要万亿元人民币,对应到每年大概占整个GDP总量约2%左右。

并且,从相关产业的方向上看,王汉锋认为:

为了达到“碳中和”目标,电力行业的绿色投资需求最大,总需求达到67.4万亿元;其次为交通运输,总需求为37.4万亿元。

在“双碳”上的投入为何如此重要?

这是因为:

年9月,我国正式宣布力争年前实现碳达峰、年前实现碳中和,这也是中国基于人类实现可持续发展的内在要求作出的重大战略决策。

而为了实现这一目标,就需要在新能源、新材料、环保等行业做加法;对钢铁、化工、建筑等行业做减法。

这也代表着:光伏风能发电产业和新能源汽车产业技术的升级及推广推上了时代的快速路。

风能发电

光伏风能发电产业的新难题在于:

由于光伏、风电等新能源的不稳定性,使得弃风弃光等随之高涨。

以风电为例:

由于风力强度在不同的气候条件下是不同的,气候条件又是由很多复杂因素共同决定的;

所以,整个气候系统是一个混沌系统,“蝴蝶效应”显著。

伴随着一年四季季风的影响,哪怕是同一地点的同一台风机,都会面临发电量不足与弃风率高的矛盾。

IGBT电控系统

针对光伏、风电等新能源的不稳定性难题,以IGBT等相关大功率半导体器件也成为了必然之选:

大功率半导体器件是实现能量产生、传输、转换和控制的单元,是功率电子系统的最核心部件,在很大程度上决定了功率系统的性能、效率、可靠性、成本、体积和重量。

目前,V及以上的大功率半导体器件领域,主流产品是硅基绝缘栅双极晶体管(insulatedgatebipolartransistor,IGBT)和对应的续流二极管(freewheelingdiode,FWD)。

功率半导体器件的基本单元是芯片,基于成品率、一致性和可制造性等方面的原因,IGBT芯片的尺寸一般小于mm2,电流最大可达A左右。

为了满足大功率系统的需求,一般将IGBT和FWD芯片并联封装成IGBT模块结构。

然而,我们根据光伏行业年初所透露出的数据可知:

到年,太阳能装机容量需要预计达到GW;然而目前为止,全世界光伏发电的装机容量才GW左右。

以去年为例:全世界光伏装机容量约多GW,所以未来的增量非常巨大;类似的情况也会出现在风能领域。

所以,可预见的是:

面对未来庞大的装机需求,相关半导体芯片需求的巨量增加也将成为必然。

智能新能源汽车

新能源汽车产业的新难题则更为直接:

新能源汽车的快速发展,将使本就盘绕在每个车企头上的“缺芯”阴霾雷雨纷纷。

随着“双碳”目标的确立,可预见的是:

未来,全球交通总体能源消耗会降低,化石能源的比重会越来越低;

到年,估计只占10%,大量的比重会倾向于电能、生物能源、氢能。

在新能源汽车时代,每一辆车所消耗的半导体的数量,跟传统车相比,至少增长20%-30%。

车载MCU模块

特别是:新能源汽车对HPC、AI及IOT增加至少30%的需求量。

现在IGBT、MCU等都是传统车上不需要的;

但是对于新能源车而言,这是必要的组成模块之一。

在庞大的需求及产业链推动下,“芯”机遇也将应运而生:

新基建的7大领域

新基建助力开拓新能源产业相关技术新契机:

新基建的启动实施为IGBT等功率半导体行业带来了广大的市场机会,也为国内IGBT企业提供了一个难得的发展契机。

随着新基建的启动建设,国家不断在拓展新能源汽车、充电桩、基站/数据中心电源、特高压以及轨道交通系统的市场;

使得IGBT产业成为了新基建新能源领域的核心基础支撑,同时为各大IGBT企业提供更多生产和开发的机会,步入发展的快车道。

更重要的是:

在新基建实施的过程中,有更多下游产业用户开始接触和使用到了国产IGBT,这对进一步增强对国产IGBT的认同感,增加国产IGBT的采用有着极大的促进作用。

汽车产业封装发展路线图

新能源汽车产业的“芯”机遇:

先进封装或将打通新能源汽车芯片制造的最后一公里:

正如YoleDéveloppement(Yole)最新研究表示:

年至年,汽车制造行业的先进封装收入预计将以7.9%的复合年增长率增长。

报告显示,到年,FCCSP(倒装芯片芯片规模封装)细分市场将达到亿美元以上。

汽车电子涉及大量的MEMS和传感器、电源、通信芯片、照明组件和处理器,因此,半导体行业面临着非常高的市场需求。

在此背景下,先进封装技术将越来越占优势,而汽车产业的需求在法规、认证和测试方面也正变得越来越具体。

当然,新的难题也将凸显:

只有能满足严格的安全标准的芯片才能在汽车中使用。

就如Cadence多物理场系统分析产品管理总监布拉德·格里芬(BradGriffin)说:

就汽车本身而言,我认为没有必要进行大量3D集成,不仅仅是因为散热,还因为成本、可靠性和其他因素。

我们看到汽车市场中越来越多的组件变得电动化,因此至少有向硅中介层2.5D集成的方向发展。

通过选择更适合的先进封装形式,汽车芯片可以避免互联瓶颈,加快关键系统的响应时间,同时通过Chiplet等技术的系统级封装则能够迅速缩短上市时间。

随着现代汽车特别是新能源汽车已逐步成为轮子上的超级电脑,面对不同车厂的多样化需求,使用Chiplet技术或许可以实现不同等级算力的灵活扩展及搭配。

在汽车行业特别是新能源汽车领域,预计在未来2至3年内必将会有基于Chiplet技术的汽车芯片问世。

本次“双碳”目标下的重需求与“芯”机遇我们就先讲到这儿~

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