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上海清易
近年來，隨著新能源汽車市場的蓬勃發(fā)展，車載功率半導體的需求量也迎來爆發(fā)式增長。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，受益于新能源汽車、工業(yè)控制等領(lǐng)域需求的增加，2022年全球IGBT的市場規(guī)模約為68億美元，預計2026年全球IGBT市場規(guī)模將增至84億美元。
中國作為全球最大的新能源汽車市場，亦成為全球最大的IGBT消費市場，份額約占全球總消費市場的40%。預測指出，到2025年，我國IGBT的市場規(guī)模有望超過500億元，其中新能源汽車IGBT已在2020年成為國內(nèi)IGBT第一大應用領(lǐng)域，占比約三分之一。
短期供需錯配仍難解決
IGBT是新能源汽車電控系統(tǒng)中最核心的電子器件之一，主要用于電池管理系統(tǒng)、電機控制系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機系統(tǒng)、OBC以及PTC等。
據(jù)了解，相較傳統(tǒng)燃油車，純電動汽車所使用的IGBT數(shù)量高達上百顆，是傳統(tǒng)燃油車的7~10倍，其成本占整車成本的7%~10%。
除了使用量大幅增長之外，新能源汽車的單車功率半導體價值量也在往上走。根據(jù)Gartner預測的數(shù)據(jù)，2024年單輛汽車中的半導體價值有望超過1000美元，汽車半導體包含功率、控制芯片、傳感器，其中功率半導體的在新能源汽車半導體價值量中的占比最高，達到55%。
不過，自2020年起，受產(chǎn)需錯配、消費電子需求擠占產(chǎn)能等不利因素，“芯片荒”籠罩著整個汽車產(chǎn)業(yè)。直到2023年隨著新建產(chǎn)能持續(xù)投入，平均周期得到了緩解，產(chǎn)能緊張的問題才有所改善。
到了2023年下半年，車規(guī)級芯片庫存開始偏高，出現(xiàn)了客戶對芯片采購訂單下單收緊的情形。在需求結(jié)構(gòu)上，汽車缺芯情況雖得到大幅緩解，但MCU、IGBT依然處于供不應求狀態(tài)。彼時，當整個行業(yè)都在忙于去庫存時，IGBT確是一芯難求，“不是價格多高的問題，而是根本買不到”是當時的真實寫照。
IGBT 持續(xù)缺貨，供需錯配仍是主因。據(jù)了解，半導體產(chǎn)業(yè)每年以 8% - 10% 的增速擴張，而光伏、儲能和新能源汽車的增速遠超于此，導致下游需求增速遠超上游供給增速，造成整個市場 IGBT 供需緊張。此外，國際上游晶圓廠、封裝產(chǎn)能吃緊，大部分 6 英寸、8 英寸的晶圓廠由于成本效益問題，很少擴大 IGBT 的產(chǎn)能。
此前，有分析指出，IGBT供給自2022年以來持續(xù)緊張，至今并未出現(xiàn)任何減緩跡象。而且，國內(nèi)廠商雖急于擴產(chǎn)，但產(chǎn)線建設周期一般在2年以上，預計在2025年之前供需錯配難以解決。
本土新玩家入場
其實，新能源汽車爆發(fā)式增長后，功率半導體全球緊缺情況一直存在，這其中以IGBT產(chǎn)品最為嚴重。
于是，面對量價齊升的市場需求以及供應短缺問題，不管是國內(nèi)還是國外，不論是半導體廠商還是車企，皆加快了對車用功率半導體的布局。不過這其中又有區(qū)別，海外大廠對IGBT擴產(chǎn)態(tài)度較為保守，不能及時滿足市場需求，國內(nèi)企業(yè)動作更為迅速。
今年8月，新能源汽車主驅(qū)功率模塊企業(yè)芯華睿半導體江蘇工廠正式投產(chǎn)，該工廠占地14,500㎡，總投資5億元，建成后產(chǎn)能將達到200萬套功率模塊。按照規(guī)劃，工廠將分期建設，目前一期已正式投產(chǎn)，全部投產(chǎn)后可以滿足超過100萬輛新能源的功率模塊應用配套。這意味著車規(guī)功率模塊供應領(lǐng)域又迎來了一個本土新玩家。
“汽車能源的變革，整車開發(fā)周期的大幅縮短和產(chǎn)品的快速迭代，給了國內(nèi)創(chuàng)業(yè)企業(yè)進入汽車供應鏈的機會。”芯華睿創(chuàng)始人王學合博士在面對媒體采訪時如是說。
據(jù)了解，芯華睿立于2021年，公司核心團隊來自于英飛凌、安森美、聯(lián)合電子、博世等國內(nèi)外知名的半導體及汽車電子公司，擁有豐富的車規(guī)級開發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗。得益于此，芯華睿從成立到具備車規(guī)功率產(chǎn)品量產(chǎn)能力，只用了短短三年時間。
實際上，由于功率半導體技術(shù)門檻較高，加之國外企業(yè)在核心技術(shù)上的領(lǐng)先地位，IGBT市場大部分份額由英飛凌、富士電機、三菱等外資主導，國內(nèi)自給率較低。特別是在新能源汽車IGBT領(lǐng)域，國外廠商龍頭地位凸顯。
隨著供需緊缺，外加我國自主新能源汽車品牌的崛起，國內(nèi)IGBT行業(yè)也迎來了國產(chǎn)替代浪潮。在芯華睿之前，已有斯達半導、比亞迪半導體、中車時代電氣、士蘭微等布局IGBT，并在國內(nèi)形成了一定的市場份額。
有數(shù)據(jù)顯示，2022年中國IGBT市場總規(guī)模達321.9億元，預計2025年市場總規(guī)模有望達468.1億元，復合增長率13.3%。隨著芯華睿的入局和放量，未來我國車規(guī)級IGBT市場規(guī)模及國產(chǎn)替代將進一步深化。
不過，也需要注意的是，目前我國IGBT功率模塊行業(yè)雖已形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，但是與國際先進水平相比，中國IGBT功率模塊行業(yè)在核心技術(shù)、生產(chǎn)工藝和市場占有率等方面仍存在一定的差距。因此，國內(nèi)企業(yè)還需要繼續(xù)加大研發(fā)投入，提升產(chǎn)品質(zhì)量和性能，擴大市場份額，推動中國IGBT功率模塊行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
碳化硅是第二增長曲線
從產(chǎn)品發(fā)展技術(shù)來看，IGBT自問世以來，不斷進行技術(shù)迭代，主要向著降低開關(guān)損耗和創(chuàng)建更薄的結(jié)構(gòu)方向改善和發(fā)展。其在縱向結(jié)構(gòu)、柵極結(jié)構(gòu)以及硅片加工工藝方面不斷升級改進，共經(jīng)歷了七次大型技術(shù)演變，各項指標在演變中不斷優(yōu)化。目前，IGBT芯片已經(jīng)迭代至第七代精細溝槽柵場截止型IGBT。
芯華睿通過對標國際頭部功率半導體企業(yè)最新技術(shù)和工藝，目前已經(jīng)推出了基于第七代1.6um pitch的微溝槽工藝IGBT芯片；在模塊方面，則基于IGBT推出了框架灌膠模塊和S-PACK封裝模塊，與現(xiàn)有英飛凌HPD模塊接口完全兼容，可快速替換。據(jù)透露，目前芯華睿已經(jīng)獲得多個項目定點，其中不乏頭部整車企業(yè)以及電驅(qū)Tier1。
在智能電動汽車技術(shù)的發(fā)展路徑中，為了解決純電動車充電效率、續(xù)航等問題，各大車企競相角逐800V高壓驅(qū)動平臺，SiC功率器件開始成為市場的焦點。因為，與IGBT相比，SiC功率器件在耐高壓、大電流、耐高溫、高頻、高功率和低損耗等方面表現(xiàn)更為優(yōu)異。
基于此，芯華睿將產(chǎn)品的第二增長曲線定位于碳化硅，并已開發(fā)出基于第三代平面型柵極設計的1200V碳化硅芯片。在模塊方面，除框架灌膠模塊和S-PACK模塊以外，還包括H-Pack塑封碳化硅模塊產(chǎn)品。據(jù)悉，芯華睿碳化硅產(chǎn)品已有客戶合作。
不過，相較于IGBT，SIC器件的成本不便宜。芯聯(lián)集成趙奇曾表示：“只有當碳化硅器件的成本達到對應IGBT器件成本的2.5倍以下時，才是碳化硅器件大批量進入商業(yè)化應用的時代，在這個過程中，襯底、外延、器件生產(chǎn)的良率不斷提升是需要整個產(chǎn)業(yè)鏈通力合作的一個重要降成本方向。”
對此，芯華睿的策略是，在深度國產(chǎn)化，提高產(chǎn)品性價比的同時，將帶動國產(chǎn)襯底，外延，材料，設備整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，做到真正的成本可控。“產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)合共同為客戶提供優(yōu)質(zhì)定制化產(chǎn)品和服務之后，又進一步推動了國產(chǎn)供應鏈的發(fā)展，這對國內(nèi)創(chuàng)業(yè)企業(yè)而言是一個巨大的機遇。”王學合說道。
2023年，800V車型開始下沉到20萬元市場，帶動車規(guī)SiC MOSFET的快速上量。2024年，碳化硅功率模塊的同比增長高達83%，遠超行業(yè)增速。目前，在新能源汽車用功率模塊中，IGBT功率半導體占據(jù)90%的市場，剩余的10%已經(jīng)由碳化硅代替，后者隨著規(guī)模上量后，市場份額有望迎來進一步增長。
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