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半导体技术在汽车中的应用


汽车半导体可以分为五大类,分别是功率器件(Power)、传感器(Sensor)、处理器(Processor)、ASSP(主要是Connectivity和Amplifier)、Logic和其他。汽车中使用最多的半导体产品分别是传感器、MCU和功率半导体。其中MCU占比最高,其次是功率半导体,功率半导体主要运用在动力控制系统、照明系统、燃油喷射、底盘安全系统中。

传统汽车中,功率半导体主要应用于启动、发电和安全领域,新能源汽车普遍采用高压电路,当电池输出高压时,需要频繁进行电压变化,对电压转换电路需求提升,此外还需要大量的DC-AC逆变器、变压器、换流器等,这些对IGBT、MOSFET、二极管等半导体器件的需求量很大。

根据英飞凌的统计,平均一辆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/混合动力汽车使用的半导体器件价值为695美元,几乎增加了一倍。其中功率器件增加最为显著,一辆传统燃料汽车使用动力系统功率半导体器件为17美元,而一辆纯电动汽车/混合动力汽车上功率半导体器件价值为265美元,增加了近15倍。 

图表1:平均每辆汽车半导体使用金额(单位:美元)


IGBT具有高频率、高电压、大电流,易于开关等优良性能。IGBT模块作为核心高压控制开关组件,其成本占据电机控制器成本的40-50%,占据新能源汽车整车成本的7-10%左右,直流充电桩20-30%的原材料成本是IGBT。

目前中国IGBT行业已经能够具备一定的产业链协同能力。如设计方面有中科君芯、西安芯派等,制造方面,中芯国际、华润上华、上海先进、华虹等,模组环节有中车西安永电、 爱帕克、南京银茂等。IDM厂商有比亚迪,中车时代等。但中国IGBT芯片依然有进90%依赖进口,高端产品基本被欧美、日本企业垄断,如英飞凌、三菱、富士电机、东芝、ABB等。

国外IGBT 技术起步较早,在设备、材料、芯片设计和晶圆制造上已经构筑了较高的壁垒,国产IGBT芯片的主要工艺设备和衬底片,乃至高端芯片都必须从国外采购。而封装层面上,国内产品的功率密度、散热性能、可靠性以及模块设计等指标也严重落后于国际IGBT厂商。 半导体技术在汽车中的应用

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