車規(guī)級(jí)半導(dǎo)體之爭(zhēng)中，國(guó)產(chǎn)IGBT大廠搶占未來三年

當(dāng)消費(fèi)電子市場(chǎng)萎靡不振時(shí)，新能源成為最大的亮點(diǎn)。這在半導(dǎo)體對(duì)比尤為明顯。

同為明星企業(yè)，近期斯達(dá)半導(dǎo)和韋爾股份先后公布2022年年報(bào)，迎來上市以來最好與最差的財(cái)報(bào)：

根據(jù)年報(bào)，斯達(dá)半導(dǎo)實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)利潤(rùn)27.05億元，同比增長(zhǎng)58.53%，歸母凈利潤(rùn)8.18億元，同比增長(zhǎng)105.24%，經(jīng)營(yíng)活動(dòng)產(chǎn)生的現(xiàn)金流量?jī)纛~凈流入6.68億元，同比增長(zhǎng)87.37%，三項(xiàng)數(shù)據(jù)均為上市以來最高。

報(bào)告期內(nèi)，韋爾股份扣非后歸母凈利潤(rùn)僅9579.31萬元，同比暴跌97.61%，上一次公司該項(xiàng)數(shù)據(jù)不足1億元要追溯到2014年，那年?duì)I收規(guī)模14.07億元，還不到2022年?duì)I收規(guī)模的十分之一。交出了上市6年以來最差財(cái)報(bào)。

韋爾股份雖是中國(guó)前三的CIS芯片廠商，但不免受消費(fèi)電子需求下降、出貨減少造成利潤(rùn)重創(chuàng)。而斯達(dá)半導(dǎo)是中國(guó)車規(guī)級(jí)模塊的新銳，受益于中國(guó)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的新能源汽車銷量，2022年該公司車規(guī)級(jí)IGBT模塊持續(xù)放量。

當(dāng)芯片去庫(kù)存時(shí)，IGBT作為唯一的例外。

新能源車的最強(qiáng)大腦

IGBT模塊，（Insulated Gate Bipolar Transistor）絕緣柵雙極型晶體管，又稱車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體模塊，由雙極型三極管（BJT）和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（MOS）組成，特點(diǎn)是高輸入阻抗和低導(dǎo)通壓降，非常適用于直流電流600V及以上的變流系統(tǒng)，應(yīng)用場(chǎng)景以及變頻器、逆變焊機(jī)、電磁感應(yīng)加熱、工業(yè)電源等。IGBT是工控及自動(dòng)化領(lǐng)域的核心元器件，也是國(guó)際上堪稱的電子革命中最具代表性的產(chǎn)品。

△?中壓IGBT一般電壓在1200-2500V，適用于新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域，由于碳中和計(jì)劃的持續(xù)推行以及新能源領(lǐng)域的高速發(fā)展，該領(lǐng)域是中國(guó)IGBT本土廠商未來主要發(fā)力的領(lǐng)域

△?1700V IGBT模塊圖源：斯達(dá)半導(dǎo)

新能源汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)控制器最廣泛的解決方案是采用IGBT。多個(gè)IGBT芯片集成封裝在一起，形成一個(gè)IGBT模塊，具有更高的功率和更強(qiáng)的散熱能力。IGBT主要應(yīng)用于新車的電池管理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等。可直接掌控整車核心指標(biāo)，被譽(yù)為新能源汽車“最強(qiáng)大腦”：

電控系統(tǒng)，作用于大功率直流/交流（DC/AC）逆變器后驅(qū)動(dòng)汽車電機(jī)；

車載空調(diào)控制系統(tǒng)，作用于小功率直流/交流（DC/AC）逆變器；

充電樁作為智能充電樁中的開充電樁，智能充電樁中被作為開關(guān)元件使用；

△?圖源：芯能半導(dǎo)體

根據(jù)英飛凌年報(bào)，新能源汽車中功率半導(dǎo)體器件的價(jià)值約為傳統(tǒng)燃油汽車的五倍。其中，IGBT約占新能源汽車電控系統(tǒng)成本的37%，也就是說IGBT占整車成本的7-10%，僅次于動(dòng)力電池。

車規(guī)級(jí) IGBT 對(duì)產(chǎn)品性能的要求高于工業(yè)控制和消費(fèi)類 IGBT。汽車運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，車規(guī)級(jí)IGBT對(duì)溫度覆蓋范圍、誤碼率容忍度更低、使用壽命更長(zhǎng)等要求更高。

IGBT制造商進(jìn)入汽車市場(chǎng)進(jìn)行認(rèn)證需要很長(zhǎng)時(shí)間。華虹半導(dǎo)體工程師介紹，國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)進(jìn)入汽車市場(chǎng)需要獲得AEC-Q100等車規(guī)級(jí)認(rèn)證。該認(rèn)證由歐美相關(guān)機(jī)構(gòu)監(jiān)管，認(rèn)證周期約為12至18個(gè)月。

IGBT制造商還需要與整車廠或Tier 1供應(yīng)商進(jìn)行型號(hào)導(dǎo)入測(cè)試驗(yàn)證，時(shí)間約為2至3年。測(cè)試驗(yàn)證完成后，汽車制造商往往不會(huì)立即轉(zhuǎn)產(chǎn)，而是要求供應(yīng)商作為第二或第三供應(yīng)商供貨，然后逐步增加裝機(jī)量。

IGBT訂單排至2026年

據(jù)先進(jìn)半導(dǎo)體研究預(yù)測(cè)，2022年全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到60億美元。根據(jù)DIGITIMES Research統(tǒng)計(jì)分析，2022年，由于電動(dòng)汽車和光伏發(fā)電市場(chǎng)需求旺盛，整體供給-在供給側(cè)產(chǎn)能有限的情況下，需求缺口將達(dá)到13.6%。

展望2023年，全球IGBT產(chǎn)能將繼續(xù)擴(kuò)大。多家IGBT企業(yè)表示，現(xiàn)有新建產(chǎn)線大多處于產(chǎn)能爬坡期。目前手頭訂單充足，訂單積壓普遍存在。時(shí)代電氣的IGBT訂單需求相當(dāng)旺盛，不少重要客戶都選擇簽訂三年長(zhǎng)約（2024-2026）。受此影響，部分廠商的IGBT產(chǎn)線代工價(jià)格上漲了10%。

國(guó)際廠商紛紛加入IGBT擴(kuò)產(chǎn)行列，預(yù)計(jì)主要投產(chǎn)時(shí)間落在2023-2025年之間。據(jù)知名經(jīng)銷商富昌電子近日發(fā)布的《2023Q1芯片市場(chǎng)報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，意法半導(dǎo)體、美高森美、英飛凌、艾賽克斯、飛兆半導(dǎo)體的IGBT Q1與2022年IGBT Q1相同。Q4交期基本一致，交期依然緊張，最短39周，最長(zhǎng)54周。

半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入調(diào)整期，在巨大的終端市場(chǎng)需求帶動(dòng)下，IGBT需求大幅增加，主要為新能源汽車、發(fā)電及儲(chǔ)能器件，而相關(guān)廠商產(chǎn)能擴(kuò)張緩慢，認(rèn)證受阻尚需時(shí)日考慮到與新能源汽車廠商的長(zhǎng)期合作關(guān)系，IGBT提前兩三年就被預(yù)訂了。

在 3 月的投資者日，特斯拉將其電動(dòng)汽車中的碳化硅用量削減 75%。業(yè)界普遍預(yù)計(jì)，硅基IGBT將成為高成本碳化硅的替代品。許多汽車制造商也在與特斯拉合作開發(fā)新的解決方案，這可能會(huì)增加硅基IGBT的應(yīng)用。

雖然碳化硅技術(shù)前景廣闊，但一些大廠在產(chǎn)能方面優(yōu)先考慮IGBT的規(guī)模化生產(chǎn)，這也是一種彈性的調(diào)整。

中國(guó)占全球43%IGBT需求

長(zhǎng)期訂單有增產(chǎn)動(dòng)力。因此，全球汽車芯片龍頭紛紛宣布將在2023年增加資本支出。

英飛凌宣布將投資50億歐元擴(kuò)大12英寸產(chǎn)能，斥資超過20億歐元在馬來西亞建設(shè)功率半導(dǎo)體廠；安森美半導(dǎo)體正式收購(gòu)格芯12英寸晶圓廠；意法半導(dǎo)體用40億美元增加12英寸1英寸晶圓產(chǎn)能；瑞薩電子計(jì)劃擴(kuò)大日本以外的芯片產(chǎn)能；德州儀器計(jì)劃在美國(guó)建設(shè)第二座12英寸晶圓廠……種種燒錢動(dòng)作，顯示出未來三年車規(guī)級(jí)芯片的強(qiáng)勁上升勢(shì)頭。

在IGBT行業(yè)，西方企業(yè)進(jìn)入行業(yè)早，門檻高，已形成巨頭壟斷局面。目前，全球排名前五的IGBT廠商分別是英飛凌、三菱、富士電機(jī)、安森美半導(dǎo)體和賽米控。其中，英飛凌在各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)都具有較大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了近50%的市場(chǎng)份額。

2022年全球新能源汽車銷量將達(dá)到1082.4萬輛，同比增長(zhǎng)61.6%，中國(guó)新能源汽車銷量將達(dá)到688.4萬輛。EVTank預(yù)測(cè)，2025年和2030年全球新能源汽車銷量有望分別達(dá)到2542.2萬輛和5212.0萬輛。

IGBT近年來成為半導(dǎo)體和電動(dòng)汽車布局的熱點(diǎn)。中國(guó)已成為全球最大的IGBT市場(chǎng)，占全球需求的43%。但車規(guī)級(jí)IGBT產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化率仍然較低。

士蘭微在融資報(bào)告中指出：中國(guó)作為全球最大的新能源汽車市場(chǎng)，在車規(guī)級(jí)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)已被國(guó)際巨頭占據(jù)。國(guó)內(nèi)自給率不足10%，供需缺口巨大。

國(guó)內(nèi)IGBT團(tuán)隊(duì)深知這場(chǎng)危機(jī)，以及背后的藍(lán)海市場(chǎng)。

國(guó)產(chǎn)IGBT大廠搶占未來三年

IGBT芯片自1980年代發(fā)展至今，經(jīng)歷了7代技術(shù)和工藝升級(jí)，從平面穿通（PT）到微槽場(chǎng)截止型，IGBT從芯片面積、工藝線寬、通態(tài)飽和壓降，關(guān)斷時(shí)間、功率損耗等各項(xiàng)指標(biāo)不斷優(yōu)化。

IGBT4是目前應(yīng)用最廣泛的IGBT芯片技術(shù)，電壓包括600V、1200V、1700V，電流從10A到3600A。其產(chǎn)品正朝著小型化、大功率、高可靠性方向發(fā)展。目前英飛凌IGBT技術(shù)已經(jīng)迭代到第七代。

業(yè)內(nèi)人士表示，IGBT制造非常依賴技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的積累和行業(yè)人才的培養(yǎng)，國(guó)產(chǎn)替代的突破并不容易。但是，不要小看國(guó)內(nèi)力量的爆發(fā)力。與英飛凌相比，在技術(shù)上，已有多家企業(yè)在IGBT關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)替代，產(chǎn)品快速?gòu)闹卸宿D(zhuǎn)向高端。從產(chǎn)銷量來看，各大車企紛紛聯(lián)合投資或擴(kuò)大產(chǎn)能，為未來3年擴(kuò)大市場(chǎng)儲(chǔ)備彈藥。本土IGBT企業(yè)有足夠的時(shí)間迎頭趕上。

△?賽晶科技2023年1月推出最新研發(fā)成果：i20系列1700V IGBT芯片組、ST封裝IGBT模塊。綜合性能直逼采用第7代IGBT技術(shù)的英飛凌。

在IGBT芯片方面，比亞迪目前在全球IGBT模塊廠商中排名第二，市場(chǎng)份額為20%，居國(guó)內(nèi)第一。歷時(shí)19年，比亞迪半導(dǎo)體依靠自主研發(fā)，在車規(guī)級(jí)產(chǎn)品領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，成為國(guó)內(nèi)唯一擁有完整IGBT產(chǎn)業(yè)鏈的車企。其2021年量產(chǎn)裝載的超級(jí)混合動(dòng)力DM4.0 IGBT模塊集驅(qū)動(dòng)、發(fā)電、升降壓?jiǎn)卧谝惑w，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，助力新能源汽車實(shí)現(xiàn)高效率、高集成度系統(tǒng)組件。同等工況下，綜合損耗較市場(chǎng)主流產(chǎn)品降低約20%，整車電耗顯著降低。

△?比亞迪半導(dǎo)體超級(jí)混動(dòng)DM4.0 IGBT集成模塊

2021年，比亞迪半導(dǎo)體基于高密度Trench FS的IGBT 5.0技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。IGBT5.0（Trecnch FS IGBT）采用微溝槽結(jié)構(gòu)和復(fù)合場(chǎng)截止技術(shù)實(shí)現(xiàn)超低導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，并通過極度調(diào)諧的復(fù)合場(chǎng)截止技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，比亞迪2022年前三季度的功率模塊份額已經(jīng)達(dá)到21.1%，直逼第一的英飛凌25.7%。

思達(dá)半導(dǎo)體是國(guó)內(nèi)IGBT模塊的龍頭企業(yè)，其自主研發(fā)設(shè)計(jì)的IGBT芯片和快恢復(fù)二極管芯片是公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力。2018年公司成功量產(chǎn)各型號(hào)IGBT芯片和快恢復(fù)二極管芯片。經(jīng)過升級(jí)迭代，公司第七代FS-Trench型IGBT芯片現(xiàn)已通過驗(yàn)證。到2022年，將有超過120萬輛新能源汽車搭載用于主電機(jī)控制器的車規(guī)級(jí)IGBT模塊。2023年，車規(guī)級(jí)SiCMosfet模塊將開始批量供應(yīng)電機(jī)控制器主要客戶。2024-2030年，思達(dá)半導(dǎo)體將為新能源汽車用IGBT模塊的銷量增長(zhǎng)提供持續(xù)動(dòng)力。“公司急需IGBT三期新增產(chǎn)能，以緩解過度旺盛的市場(chǎng)需求。”

思達(dá)半導(dǎo)體新定增項(xiàng)目融資35億元，用于IGBT芯片和SiC芯片的研發(fā)和生產(chǎn)。預(yù)計(jì)6英寸IGBT產(chǎn)能將達(dá)到30萬片/年，6英寸SiC芯片產(chǎn)能將達(dá)到6萬片/年。

△?控制器部分結(jié)構(gòu)圖圖源：斯達(dá)半導(dǎo)

株洲中車時(shí)代電氣是國(guó)內(nèi)軌道交通裝備領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，是中國(guó)中車旗下的股份制企業(yè)。2008年，公司通過收購(gòu)英國(guó)Dynex獲得大功率IGBT技術(shù)及其4英寸生產(chǎn)線，成為國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的IDM廠商之一。該模型的IGBT企業(yè)在軌道交通和電網(wǎng)領(lǐng)域具有較高的市場(chǎng)占有率。公司現(xiàn)有IGBT生產(chǎn)線主要面向軌道交通、新能源、新能源汽車等領(lǐng)域。2022年上半年，中車時(shí)代電氣將完成全球首個(gè)大功率IGBT制氫電源的研制和示范試驗(yàn)。據(jù)悉，目前時(shí)代電氣二期產(chǎn)能接近24萬片。公司擬投資58.26億元建設(shè)宜興項(xiàng)目。達(dá)產(chǎn)后可新增年產(chǎn)36萬片8英寸中低壓元件基板的生產(chǎn)能力。

華潤(rùn)微電子是一家具備全產(chǎn)業(yè)鏈整合運(yùn)營(yíng)能力的半導(dǎo)體公司。2022年，華潤(rùn)微電子功率器件事業(yè)群推出650V第五代（Trench FS V）高性能IGBT系列產(chǎn)品，適用于充電樁、不間斷電源系統(tǒng)（UPS）、車載充電器（OBC） ) 等領(lǐng)域。

△ CRMICRO第五代高性能IGBT系列產(chǎn)品

智芯半導(dǎo)體是東風(fēng)汽車與中國(guó)中車于2019年合資成立的新公司，2021年7月，智芯半導(dǎo)體自主研發(fā)的IGBT模塊正式下線，首批IGBT模塊下線計(jì)劃搭載東風(fēng)風(fēng)神、瀾途等自主品牌車型。根據(jù)東風(fēng)汽車規(guī)劃，智芯半導(dǎo)體項(xiàng)目總規(guī)劃產(chǎn)能為120萬顆，旨在滿足2025年100萬輛新能源汽車“東方風(fēng)起”計(jì)劃的IGBT需求，其中一期將實(shí)現(xiàn)30萬個(gè)整車級(jí)模塊年封裝能力。

吉利科技旗下浙江京能微電子成功流片浙江京能微電子自主設(shè)計(jì)研發(fā)的首款車規(guī)級(jí)IGBT產(chǎn)品。這款I(lǐng)GBT芯片采用第七代微槽柵極和場(chǎng)截止技術(shù)，綜合性能指標(biāo)達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。萊迪思微電子與晶圓代工緊密結(jié)合，采用工藝共創(chuàng)的方式不斷提升芯片性能。

△?圖源：吉利科技集團(tuán)

廣州清瀾半導(dǎo)體是廣汽集團(tuán)下屬子公司與株洲中車時(shí)代于2022年合資成立的新公司，主要圍繞新能源汽車自主IGBT開展技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。總投資約4.63億元，分兩期建設(shè)。一期規(guī)劃產(chǎn)能為年產(chǎn)30萬片車用IGBT模塊，計(jì)劃2023年投產(chǎn)；投入生產(chǎn)。項(xiàng)目全部建成后，總產(chǎn)能為60萬只IGBT/年。

上汽英飛凌汽車功率半導(dǎo)體是上汽與英飛凌的合資企業(yè)。擁有量產(chǎn)車規(guī)級(jí)IGBT，廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)眾多品牌新能源汽車。上汽還聯(lián)合入股吉塔半導(dǎo)體，加大車規(guī)級(jí)電源管理芯片、IGBT、碳化硅功率器件的研發(fā)力度。

但隨著國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈的崛起，已經(jīng)能夠在一定程度上滿足國(guó)內(nèi)需求，并且有產(chǎn)品可以大批量滿足下游客戶的需求。國(guó)信證券表示，在汽車缺芯的催化下，我國(guó)車用IGBT生態(tài)鏈日趨成熟。預(yù)計(jì)2025年全球新能源汽車IGBT市場(chǎng)空間將增至318.8億元以上。

IGBT需求將帶動(dòng)基板產(chǎn)品的用量

車規(guī)級(jí)IBGT的散熱效率遠(yuǎn)高于工業(yè)級(jí)。因此，導(dǎo)熱絕緣基板材料、灌封、塑封等封裝保護(hù)材料、界面導(dǎo)熱材料對(duì)IGBT的絕緣封裝和高效工作起著至關(guān)重要的作用。 . IGBT的主要材料是外封裝的陶瓷；內(nèi)部零件為銀線、鍍金和硅膠。陶瓷基板是重要的封裝材料。 IGBT的整體需求增加，因此將顯著帶動(dòng)陶瓷基板的需求。

氧化鋁陶瓷基板是傳統(tǒng)IGBT模塊中最常用的陶瓷基板，但其熱性能已不適合高壓大功率汽車功率器件的發(fā)展。氮化鋁和氮化硅陶瓷基板具有導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)與硅匹配、電絕緣性高等優(yōu)點(diǎn)，提高了高壓IGBT模塊的可靠性。它們非常適用于封裝IGBT和功率模塊，逐漸取代氧化鋁陶瓷基板。IGBT功率模塊需求快速增長(zhǎng)，對(duì)DBC和AMB陶瓷基板的需求也越來越大。資料顯示，意法半導(dǎo)體、比亞迪半導(dǎo)體、時(shí)代電氣均確定了AMB氮化硅襯底的技術(shù)路線。