新能源汽车发展利好车规级功率半导体模块散热基板行业政策为本土企业护航

2024-12-22 10:12

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前言

受益于下游新能源汽车产业的蓬勃发展，车规级功率半导体模块散热基板需求快速增长。2021-2023年全球新能源汽车销量由689.19万辆增长至1436.94万辆，全球车规级功率半导体模块散热基板需求量由947.98万件增长至1983.16万件。从细分市场来看，新能源乘用车持续渗透，带动乘用车散热基板需求量释放，2023年达1905万件；新能源商用车受技术进步、补贴政策推动、配套设施的建立、用电成本下降等因素影响，正在成为新能源汽车市场的重要组成部分，其对散热基板需求量快速增多，2023年达78.16万件，其中新能源轻型货车需求量达47.32万件，占比60.54%。目前常见的功率模块热管理方式主要有空冷散热和液冷散热。空冷散热需要增加额外的通风结构设计，体积较大且伴有噪声，市场渗透率较低；液冷散热体积较小且性能稳定可靠，占据市场主导。液冷散热又分为间接液冷与直接液冷，目前知名厂商生产的车规级功率模块均主要采用直接液冷散热，搭配针式散热基板。车规级功率半导体模块散热基板行业存在客户认证、技术工艺、企业规模、管理能力壁垒，行业进入门槛高。在市场发展早期，竞争主体主要为中国台湾、日本、美国等地企业，但随着促进新能源汽车产业高质量可持续发展的政策持续出台，我国本土企业从中受益。如黄山谷捷的铜针式散热基板2023年销量已达到648.51万件，市场份额占比高达32.70%。

一、新能源汽车产业蓬勃发展，车规级功率半导体模块散热基板需求快速增长

相较于其他应用领域，新能源汽车电机控制器用功率半导体模块面临着更为复杂的使用环境和特殊的应用工况：一是车载工况功率等级高、循环波动极其复杂，功率模块温度快速变化，经常处于“极热”或“极冷”状态，消费级半导体温度可承受区间一般为-20℃—70℃，而车规级半导体一般要求温度可承受区间达到-40℃—175℃，此外，在对抗湿度、粉尘、盐碱自然环境、有害气体侵蚀等方面，车规级半导体也有更高要求；二是汽车行驶过程中会存在振动与颠簸，功率模块长期处于高震动的工作环境，要求功率模块各组成部分具有足够的机械强度，能够在强震动环境下正常运行；三是必须确保超长使用寿命和零容错率，整车设计寿命通常在 15 年及以上，远高于消费电子产品的寿命需求；四是装配体积、重量和制造成本有严格限制。

新能源汽车电机控制器复杂严苛的使用工况对功率模块散热基板的性能和可靠性提出了很大的挑战，散热基板需在热传导性能、热膨胀系数、硬度、耐用性、体积、成本等诸多方面满足车规级使用场景的需求。

观研报告网发布的《中国车规级功率半导体模块散热基板行业发展趋势分析与未来投资预测报告（2024-2031年）》显示，受益于下游新能源汽车产业的蓬勃发展，车规级功率半导体模块散热基板需求快速增长。根据数据，2021-2023年全球新能源汽车销量由689.19万辆增长至1436.94万辆，全球车规级功率半导体模块散热基板需求量由947.98万件增长至1983.16万件。

受益于下游新能源汽车产业的蓬勃发展，车规级功率半导体模块散热基板需求快速增长。根据数据，2021-2023年全球新能源汽车销量由689.19万辆增长至1436.94万辆，全球车规级功率半导体模块散热基板需求量由947.98万件增长至1983.16万件。

数据来源：观研天下数据中心整理

从乘用车市场来看，随着生活水平的不断提高，消费者越来越重视汽车的驾驶体验和舒适性，相较于燃油汽车，新能源乘用车在驾驶体验、用车成本、智能化等方面具备先天优势，逐渐受到消费者青睐。近年来，新能源乘用车持续渗透，带动乘用车散热基板需求量释放。根据数据，2021-2023年全球新能源乘用车销量由660万辆增长至1380万辆，乘用车散热基板需求量由897万件增长至1905万件。

数据来源：观研天下数据中心整理

从商用车市场来看，商用车新能源化，对推进绿色交通、降低碳排放有重要意义。目前，新能源商用车的发展与乘用车相比还存在一定差距。但受技术进步、补贴政策推动、配套设施的建立、用电成本下降等因素影响，商用车正在成为新能源汽车市场的重要组成部分。在此背景下，商用车散热基板需求量有望快速增多。数据显示，2021-2023年全球新能源商用车销量由29.19万辆增长至56.94万辆，商用车散热基板需求量由50.98万件增长至78.16万件。

数据来源：观研天下数据中心整理

新能源商用车散热基板需求量主要来源于销量占比较高的新能源轻型货车。根据数据，2023年全球新能源轻型货车销量达46.66万辆，占比81.95%；新能源轻型货车散热基板需求量达47.32万件，占比60.54%。

数据来源：观研天下数据中心整理

二、车规级功率半导体模块以直接液冷散热为主，空冷散热渗透率较低

目前常见的功率模块热管理方式主要有空冷散热和液冷散热。空冷散热一般分为自然对流散热和强迫对流散热，自然对流的散热路径主要是芯片将热量传递给散热器上的翅片，热量通过翅片自然对流散发，其优点是结构简单可靠，但由于自然对流冷却的热交换系数较低，因此无法满足大功率模块的散热需求。强迫对流是在自然对流的结构基础上增加散热风扇，通过加速翅片表面的空气流动性提高散热效率。虽然强迫对流散热在一定条件下可以满足部分大功率模块的散热要求，但因风扇的存在，需要增加额外的通风结构设计，其体积一般较大，且同时会有噪声，导致空冷散热并没有在车规级功率模块中得到广泛使用。

目前车规级功率模块散热方式以液冷散热为主，其体积较小且性能稳定可靠。液冷散热又分为间接液冷与直接液冷。相比间接液冷散热，直接液冷散热不需要导热硅脂，也无需使用液冷板，模块整体热阻值可降低 30%左右，因而已成为车规级功率模块的主流散热方式，包括英飞凌、博世、安森美、日立、中车时代、斯达半导等在内的知名厂商生产的车规级功率模块均主要采用直接液冷散热，搭配针式散热基板。

车规级功率模块液冷散热分类

散热结构	平底散热基板	针式散热基板
散热方式	间接液冷散热	直接液冷散热
散热效率	功率模块通过导热硅脂、液冷板与冷却液间接接触，热阻值较大，散热效率相对较低	无需使用导热硅脂，无需液冷板，且功率模块通过翅柱与冷却液直接接触，可将热阻值降低30%左右，散热效率大幅提高，促成功率模块小型化
应用领域	工业控制和其他传统功率模块应用领域，对散热效率与模块小型化要求不高，平底基板因此得到了广泛应用。此外平底基板在新能源发电、储能等新兴领域亦有应用	由于新能源汽车电机控制器用功率半导体模块对散热效率和小型化要求较高，因此针式基板产品在该细分领域占据了主流地位

资料来源：观研天下整理

三、车规级功率半导体模块散热基板行业壁垒高，政策为本土企业护航

车规级功率半导体模块散热基板行业存在较明显的行业壁垒，主要体现在客户认证、技术工艺、企业规模、管理能力四个方面：

车规级功率半导体模块散热基板行业壁垒

壁垒	简介
客户认证壁垒	汽车行业对产品的质量、性能和安全具有很高的标准和要求，因此，整车厂商和车规级功率半导体厂商在选择上游零部件供应商时，设定了一系列严格的资质认证要求，具体包括：①零部件供应商必须首先通过国际认可的第三方质量体系认证，才能成为潜在供应商；②整车厂商和车规级功率半导体厂商实行严格的供应商评价体系，按各自标准对配套零部件供应商在产品质量、开发能力、生产能力、财务状况等方面进行考核评价，并进行现场制造过程审核，经长达 1-3 年的严格认证后才能成为合格供应商。因此，客户认证成为车规级功率半导体模块散热基板行业较高的进入壁垒。客户与零部件供应商之间的合作关系一旦确立，不会轻易发生变化，新进入的企业通常难以在短期内获得客户的认可并获取重要的客户资源。
技术工艺壁垒	车规级功率半导体模块散热基板，是一种成形难度高且精度高的精密结构件，产品直接应用于车规级功率半导体模块，面临复杂严苛的使用环境和特殊的应用工况，客户对产品安全性、可靠性等有严格要求。散热基板型号众多，生产涉及模具设计开发与生产制造、冷精锻、CNC 机加工、弯曲弧度、电镀、检验测试等多种技术工艺，不同型号对产品形态和指标具有不同要求，需要根据下游客户的定制化需求不断对产品进行升级。在定制化需求下，企业需对产品的功能需求技术指标以及成本等多方面进行充分的优化、协调和匹配，并在生产过程中对生产工艺进行优化改进，最终实现对客户的大规模交付。下游客户对产品的高要求使得散热基板供应商需要不断研发新技术新工艺、提升生产过程管控能力、优化产品结构，这些都需要花费较长时间的技术开发、工艺改进和经验积累才能实现，因此形成了较高的行业技术工艺壁垒。
规模壁垒	新能源汽车零部件厂商的生产规模对其参与行业竞争意义重大。随着新能源汽车市场的快速发展，各大车规级功率半导体厂商均面临一定的供应链压力，为保证供应的稳定性，其一般要求上游供应商具有一定的产销规模及相应的大规模生产经验，只有达到一定规模的企业才能满足其多样化、高质量、交付快的需求，并通过规模化生产降低成本，提高竞争力。行业新进入企业短期内一般难以形成规模化供货能力，亦无法通过大批量生产分摊前期的投入成本，因此规模是进入本行业的重要壁垒之一。
管理壁垒	车规级功率半导体模块散热基板行业具有多品种、多批次、交货周期短、质量要求高等特点，行业内生产企业需在原材料采购、生产制造、市场开拓等方面加强综合管理、提高运营效率，只有具备全面的系统化管理能力，才能保证产品质量的稳定性和向下游客户供货的及时性。优秀的管理水平源自于高效的管理团队和持续不断的管理技术革新，是企业在长期的生产经营活动中不断积累所形成，行业新进入者通常情况下难以在短时间内建立起高效的管理团队和有序的管理机制，从而形成一定的行业进入壁垒。

资料来源：观研天下整理

车规级功率半导体模块散热基板行业进入门槛高。由于下游客户对供应商产品制造能力要求较高且我国车规级功率半导体行业起步较晚，在车规级功率半导体模块散热基板行业发展早期，竞争主体主要为中国台湾、日本、美国等地企业。

发展新能源汽车是国内从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，我国已将发展新能源汽车作为国家战略。《新能源汽车产业发展规划（2021－2035年）》《新产业标准化领航工程实施方案(2023-2035年)》等文件多次提到要促进国内新能源汽车产业高质量可持续发展。散热基板作为车规级功率模块的重要组成部件，受新能源汽车行业政策环境影响，随着政策大力支持新能源汽车发展，我国本土车规级功率半导体模块散热基板企业从中受益。

我国新能源汽车行业相关政策

时间	政策	主要内容
2024.08	《加快构建碳排放双控制度体系工作方案》	按照急用先行原则，聚焦电力、燃油、钢铁、电解铝、水泥、化肥、氢、石灰、玻璃、乙烯、合成氨、电石、甲醇、煤化工、动力电池、光伏、新能源汽车、电子电器等重点产品，组织相关行业协会、企业、科研单位等制定发布产品碳足迹核算行业标准或团体标准。
2024.08	《新能源汽车废旧动力电池综合利用行业规范条件（2024年本）》公开征求意见	积极开展针对正负极材料、隔膜、电解液等再生利用技术、设备、工艺的研发和应用，努力提高废旧动力电池再生利用水平，通过冶炼或材料修复等方式保障主要有价金属得到有效提取回收。
2024.07	《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》	大力推广新能源汽车，推动城市公共服务车辆电动化替代。推动船舶、航空器、非道路移动机械等采用清洁动力，加快淘汰老旧运输工具，推进零排放货运，加强可持续航空燃料研发应用，鼓励净零排放船用燃料研发生产应用。到2030年，营运交通工具单位换算周转量碳排放强度比2020年下降9.5%左右。到2035年，新能源汽车成为新销售车辆的主流。
2024.07	《加快构建新型电力系统行动方案(2024-2027年》	针对新能源、电动汽车充电基础设施、新型储能等快速发展的实际，制修订并网技术标准和管理要求，合理提高新型主体对频率、电压扰动的耐受能力和主动支撑调节能力，加强并网检测，确保涉网性能达标，源网荷储协同提升电力系统稳定水平。
2024.06	《关于打造消费新场景培育消费新增长点的措施》	支持新能源汽车、绿色智能家电等下乡。
2024.05	《2024-2025年节能降碳行动方案》	逐步取消各地新能源汽车购买限制。落实便利新能源汽车通行等支持政策。推动公共领域车辆电动化，有序推广新能源中重型货车，发展零排放货运车队。
2024.02	《关于加快推动制造业绿色化发展的指导意见》	在新能源汽车领域，完善废旧动力电池综合利用体系，推动规范化回收、分级资源化利用。大力发展绿色低碳产业，提高绿色环保、新能源装备、新能源汽车等绿色低碳产业占比。
2023.08	《新产业标准化领航工程实施方案(2023-2035年)》	形成“8+9”的新产业标准化重点领域。其中，新兴产业聚焦新一代信息技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保、民用航空、船舶与海洋工程装备等8大领域
2023.05	《关于加快推进充电基础设施建设更好支持新能源汽车下乡和乡村振兴的实施意见》	创新农村地区充电基础设施建设运营维护模式，支持农村地区购买使用新能源汽车。
2023.01	《关于推动能源电子产业发展的指导意见》	加快功率半导体器件等面向光伏发电、风力发电、电力传输、新能源汽车、轨道交通推广。探索光伏和新能源汽车融合应用路径。
2022.12	《扩大内需战略规划纲要(2022-2035年)》	推进汽车电动化、网联化、智能化，加强停车场、充电桩、换电站、加氢站等配套设施建设。
2022.06	《“十四五”可再生能源发展规划》	推动光伏在新能源汽车充电桩、铁路沿线设施、高速公路服务区及沿线等交通领域应用，因地制宜开展光伏廊道示范。
2022.01	《交通领域科技创新中长期发展规划纲要（2021-2035年)》	推动新能源汽车和智能网联汽车研发，突破高效安全纯电驱动、燃料电池与整车设计、车载智能感知与控制等关键技术及设备。
2021.11	《“十四五”工业绿色发展规划》	加快发展新能源、新材料、新能源汽车、绿色智能船舶、绿色环保、高端装备、能源电子等战略性新兴产业，带动整个经济社会的绿色低碳发展。
2021.03	《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》	聚焦新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料、高端装备、新能源汽车、绿色环保以及航空航天、海洋装备等战略性新兴产业，加快关键核心技术创新应用，增强要素保障能力，培育壮大产业发展新动能。
2020.10	《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)	到2025年，我国新能源汽车市场竞争力明显增强，动力电池、驱动电机、车用操作系统等关键技术取得重大突破，安全水平全面提升。纯电动乘用车新车平均电耗降至12.0千瓦时/百公里，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右，高度自动驾驶汽车实现限定区域和特定场景商业化应用，充换电服务便利性显著提高。