新能源汽車發(fā)展利好車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板行業(yè) 政策為本土企業(yè)護航

前言

受益于下游新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板需求快速增長。2021-2023年全球新能源汽車銷量由689.19萬輛增長至1436.94萬輛，全球車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板需求量由947.98萬件增長至1983.16萬件。從細分市場來看，新能源乘用車持續(xù)滲透，帶動乘用車散熱基板需求量釋放，2023年達1905萬件；新能源商用車受技術(shù)進步、補貼政策推動、配套設(shè)施的建立、用電成本下降等因素影響，正在成為新能源汽車市場的重要組成部分，其對散熱基板需求量快速增多，2023年達78.16萬件，其中新能源輕型貨車需求量達47.32萬件，占比60.54%。目前常見的功率模塊熱管理方式主要有空冷散熱和液冷散熱。空冷散熱需要增加額外的通風結(jié)構(gòu)設(shè)計，體積較大且伴有噪聲，市場滲透率較低；液冷散熱體積較小且性能穩(wěn)定可靠，占據(jù)市場主導。液冷散熱又分為間接液冷與直接液冷，目前知名廠商生產(chǎn)的車規(guī)級功率模塊均主要采用直接液冷散熱，搭配針式散熱基板。車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板行業(yè)存在客戶認證、技術(shù)工藝、企業(yè)規(guī)模、管理能力壁壘，行業(yè)進入門檻高。在市場發(fā)展早期，競爭主體主要為中國臺灣、日本、美國等地企業(yè)，但隨著促進新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的政策持續(xù)出臺，我國本土企業(yè)從中受益。如黃山谷捷的銅針式散熱基板2023年銷量已達到648.51萬件，市場份額占比高達32.70%。

一、新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板需求快速增長

相較于其他應(yīng)用領(lǐng)域，新能源汽車電機控制器用功率半導體模塊面臨著更為復雜的使用環(huán)境和特殊的應(yīng)用工況：一是車載工況功率等級高、循環(huán)波動極其復雜，功率模塊溫度快速變化，經(jīng)常處于“極熱”或“極冷”狀態(tài)，消費級半導體溫度可承受區(qū)間一般為-20℃—70℃，而車規(guī)級半導體一般要求溫度可承受區(qū)間達到-40℃—175℃，此外，在對抗?jié)穸?、粉塵、鹽堿自然環(huán)境、有害氣體侵蝕等方面，車規(guī)級半導體也有更高要求；二是汽車行駛過程中會存在振動與顛簸，功率模塊長期處于高震動的工作環(huán)境，要求功率模塊各組成部分具有足夠的機械強度，能夠在強震動環(huán)境下正常運行；三是必須確保超長使用壽命和零容錯率，整車設(shè)計壽命通常在 15 年及以上，遠高于消費電子產(chǎn)品的壽命需求；四是裝配體積、重量和制造成本有嚴格限制。

新能源汽車電機控制器復雜嚴苛的使用工況對功率模塊散熱基板的性能和可靠性提出了很大的挑戰(zhàn)，散熱基板需在熱傳導性能、熱膨脹系數(shù)、硬度、耐用性、體積、成本等諸多方面滿足車規(guī)級使用場景的需求。

觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板行業(yè)發(fā)展趨勢分析與未來投資預測報告（2024-2031年）》顯示，受益于下游新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板需求快速增長。根據(jù)數(shù)據(jù)，2021-2023年全球新能源汽車銷量由689.19萬輛增長至1436.94萬輛，全球車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板需求量由947.98萬件增長至1983.16萬件。

數(shù)據(jù)來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

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從乘用車市場來看，隨著生活水平的不斷提高，消費者越來越重視汽車的駕駛體驗和舒適性，相較于燃油汽車，新能源乘用車在駕駛體驗、用車成本、智能化等方面具備先天優(yōu)勢，逐漸受到消費者青睞。近年來，新能源乘用車持續(xù)滲透，帶動乘用車散熱基板需求量釋放。根據(jù)數(shù)據(jù)，2021-2023年全球新能源乘用車銷量由660萬輛增長至1380萬輛，乘用車散熱基板需求量由897萬件增長至1905萬件。

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從商用車市場來看，商用車新能源化，對推進綠色交通、降低碳排放有重要意義。目前，新能源商用車的發(fā)展與乘用車相比還存在一定差距。但受技術(shù)進步、補貼政策推動、配套設(shè)施的建立、用電成本下降等因素影響，商用車正在成為新能源汽車市場的重要組成部分。在此背景下，商用車散熱基板需求量有望快速增多。數(shù)據(jù)顯示，2021-2023年全球新能源商用車銷量由29.19萬輛增長至56.94萬輛，商用車散熱基板需求量由50.98萬件增長至78.16萬件。

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新能源商用車散熱基板需求量主要來源于銷量占比較高的新能源輕型貨車。根據(jù)數(shù)據(jù)，2023年全球新能源輕型貨車銷量達46.66萬輛，占比81.95%；新能源輕型貨車散熱基板需求量達47.32萬件，占比60.54%。

數(shù)據(jù)來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理

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二、車規(guī)級功率半導體模塊以直接液冷散熱為主，空冷散熱滲透率較低

目前常見的功率模塊熱管理方式主要有空冷散熱和液冷散熱?？绽渖嵋话惴譃樽匀粚α魃岷蛷娖葘α魃?，自然對流的散熱路徑主要是芯片將熱量傳遞給散熱器上的翅片，熱量通過翅片自然對流散發(fā)，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單可靠，但由于自然對流冷卻的熱交換系數(shù)較低，因此無法滿足大功率模塊的散熱需求。強迫對流是在自然對流的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加散熱風扇，通過加速翅片表面的空氣流動性提高散熱效率。雖然強迫對流散熱在一定條件下可以滿足部分大功率模塊的散熱要求，但因風扇的存在，需要增加額外的通風結(jié)構(gòu)設(shè)計，其體積一般較大，且同時會有噪聲，導致空冷散熱并沒有在車規(guī)級功率模塊中得到廣泛使用。

目前車規(guī)級功率模塊散熱方式以液冷散熱為主，其體積較小且性能穩(wěn)定可靠。液冷散熱又分為間接液冷與直接液冷。相比間接液冷散熱，直接液冷散熱不需要導熱硅脂，也無需使用液冷板，模塊整體熱阻值可降低 30%左右，因而已成為車規(guī)級功率模塊的主流散熱方式，包括英飛凌、博世、安森美、日立、中車時代、斯達半導等在內(nèi)的知名廠商生產(chǎn)的車規(guī)級功率模塊均主要采用直接液冷散熱，搭配針式散熱基板。

車規(guī)級功率模塊液冷散熱分類

資料來源：觀研天下整理

三、車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板行業(yè)壁壘高，政策為本土企業(yè)護航

車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板行業(yè)存在較明顯的行業(yè)壁壘，主要體現(xiàn)在客戶認證、技術(shù)工藝、企業(yè)規(guī)模、管理能力四個方面：

車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板行業(yè)壁壘

資料來源：觀研天下整理

車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板行業(yè)進入門檻高。由于下游客戶對供應(yīng)商產(chǎn)品制造能力要求較高且我國車規(guī)級功率半導體行業(yè)起步較晚，在車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板行業(yè)發(fā)展早期，競爭主體主要為中國臺灣、日本、美國等地企業(yè)。

發(fā)展新能源汽車是國內(nèi)從汽車大國邁向汽車強國的必由之路，我國已將發(fā)展新能源汽車作為國家戰(zhàn)略?！缎履茉雌嚠a(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021－2035年）》《新產(chǎn)業(yè)標準化領(lǐng)航工程實施方案(2023-2035年)》等文件多次提到要促進國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。散熱基板作為車規(guī)級功率模塊的重要組成部件，受新能源汽車行業(yè)政策環(huán)境影響，隨著政策大力支持新能源汽車發(fā)展，我國本土車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板企業(yè)從中受益。

我國新能源汽車行業(yè)相關(guān)政策

資料來源：觀研天下整理

以頭部企業(yè)黃山谷捷為例，2023年全球車規(guī)級功率半導體模塊散熱基板需求量約為1983.16萬件，而黃山谷捷的銅針式散熱基板銷量就達到了648.51萬件，市場份額占比高達32.70%。

數(shù)據(jù)來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理（zlj）