7月4日，據(jù)媒體報(bào)道，國(guó)內(nèi)兩家半導(dǎo)體企業(yè)——斯達(dá)半導(dǎo)體與華虹半導(dǎo)體日前聯(lián)手宣布12英寸車規(guī)級(jí)IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）規(guī)模量產(chǎn)，產(chǎn)出已超10000片晶圓。

 

此舉不僅標(biāo)志著國(guó)內(nèi)首家（全球第四家）12英寸IGBT生產(chǎn)線的誕生，而且也將為其帶來(lái)制造成本的顯著下降、生產(chǎn)模式的較大變化。

 

更為重要的是，這將為今年以來(lái)在全球汽車行業(yè)蔓延的“缺芯潮”帶來(lái)希望的曙光。

 

6月15日，中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布5月產(chǎn)銷數(shù)據(jù)，2021年5月，中國(guó)汽車產(chǎn)銷量雙雙出現(xiàn)下降，分別達(dá)到204萬(wàn)輛和212.8萬(wàn)輛，環(huán)比分別下降8.7%和5.5%，同比分別下降6.8%和3.1%。本次銷量下降最大的問(wèn)題是芯片短缺問(wèn)題。

 

6月14日，韓國(guó)現(xiàn)代對(duì)外宣布，由于半導(dǎo)體短缺和例行維護(hù)，其美國(guó)工廠將暫時(shí)停工三周。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已有大眾、豐田、通用、福特、寶馬、捷豹路虎、斯巴魯、特斯拉、蔚來(lái)等多家車企相繼宣布暫停部分工廠。其中，蔚來(lái)停產(chǎn)主要是因?yàn)楹诵牟考^緣柵雙極型晶體管（IGBT）和微控制單元(MCU)缺貨。

 

根據(jù)第三方咨詢機(jī)構(gòu)Auto Forecast Solutions最新數(shù)據(jù)，受芯片短缺影響,全球汽車?yán)塾?jì)停產(chǎn)數(shù)量已達(dá)299萬(wàn)輛,預(yù)計(jì)最終可能會(huì)造成全球汽車停產(chǎn)達(dá)409萬(wàn)輛。

 

在全球汽車行業(yè)發(fā)生“缺芯”潮的同時(shí)，汽車行業(yè)正在經(jīng)歷在從燃油汽車到新能源汽車的歷史轉(zhuǎn)型，芯片在汽車供應(yīng)鏈中的比重大大提高，其重要性前所未有地凸顯。

 

在新能源汽車所需要的諸多類型芯片中，作為電機(jī)控制的核心部件， IGBT尤為值得關(guān)注。它是技術(shù)門(mén)檻最高的功率半導(dǎo)體，也是占新能源汽車第二大零部件電控總成本最高比例的芯片，占電控系統(tǒng)成本的40%～50%、新能源汽車總成本的8%～10%。

 

目前，國(guó)內(nèi)汽車的IGBT芯片90%以上都靠進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)供給率極低。在國(guó)際貿(mào)易變幻多端和芯片供需格局大變革的背景下，中國(guó)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)如果想繼續(xù)保持先發(fā)優(yōu)勢(shì)，領(lǐng)跑全球，必須從戰(zhàn)略上充分重視提高IGBT芯片的國(guó)產(chǎn)化率。

 

 

相較燃油汽車而言，芯片對(duì)于新能源汽車更為重要。

 

從燃油汽車到新能源汽車，汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化，零部件數(shù)量由3萬(wàn)多個(gè)降到1萬(wàn)個(gè)以下，同時(shí)電子零部件的價(jià)值也在快速增加。這不僅僅體現(xiàn)在電池、電機(jī)、電控“三電”系統(tǒng)的大幅增長(zhǎng)，也體現(xiàn)在汽車芯片的需求呈幾何級(jí)別增加。

 

來(lái)自第三方機(jī)構(gòu)Trendforce、國(guó)際巨頭英飛凌的研究數(shù)據(jù)顯示，平均一輛燃油汽車的半導(dǎo)體價(jià)值含量為450美元，一臺(tái)純電動(dòng)汽車的半導(dǎo)體價(jià)值含量為750美元，后者比前者增長(zhǎng)了66.67%。

 

芯片是承擔(dān)汽車電子功能實(shí)現(xiàn)的核心器件。從功能來(lái)看，汽車芯片可分為微控制單元、功率半導(dǎo)體、存儲(chǔ)、傳感器以及互聯(lián)芯片等幾類，覆蓋車身、儀表/信息娛樂(lè)系統(tǒng)、底盤(pán)/安全、動(dòng)力總成和駕駛輔助系統(tǒng)五大板塊。

 

根據(jù)第三方咨詢機(jī)構(gòu)Strategic Analytics的數(shù)據(jù)，在燃油汽車的價(jià)值占比中，最高的為 MCU，達(dá) 23%；功率半導(dǎo)體和傳感器的占比分別為21%、 13%。而在新能源汽車中，這種價(jià)值占比結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大的變化。

 

由于傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)力系統(tǒng)被“三電”系統(tǒng)取代，其中的電控系統(tǒng)需要大量的逆變器，對(duì)IGBT、MOSFET（金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）等功率器件產(chǎn)生了大量需求，推動(dòng)了功率半導(dǎo)體器件在新能源汽車的價(jià)值占比大幅提升至 55%， MCU 和傳感器價(jià)值占比分別下降至11%和7%。

 

所謂功率半導(dǎo)體是電子裝置電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，利用半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦詫?shí)現(xiàn)電源開(kāi)關(guān)和電力轉(zhuǎn)換。汽車功率半導(dǎo)體主要運(yùn)用在動(dòng)力控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、燃油噴射、底盤(pán)安全系統(tǒng)等領(lǐng)域。

 

電動(dòng)汽車普遍采用高壓電路 ，當(dāng)電池輸出高壓時(shí)，需要頻繁進(jìn)行電壓變化，對(duì)電壓轉(zhuǎn)換電路需求提升，還需要大量的直流-交流逆變器、變壓器、換流器等，這些對(duì)二極管、MOSFET、IGBT等功率半導(dǎo)體的需求量很大。

（來(lái)源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察）

在功率半導(dǎo)體中，技術(shù)門(mén)檻最高的IGBT被稱為電力電子技術(shù)第三次革命最具代表性的產(chǎn)品，其是由 BJT(雙極型三極管）和 MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合式半導(dǎo)體，兼具M(jìn)OS和BJT的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)通原理與MOSFET 類似，都是通過(guò)電壓驅(qū)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)通。其作用類似于人類的心臟，能夠根據(jù)工業(yè)裝置中的信號(hào)指令來(lái)調(diào)節(jié)電路中的電壓、電流、頻率、相位等，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控的目的。IGBT在高壓、高速、大電流等方面相比其他功率半導(dǎo)體器件具備明顯優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)功率半導(dǎo)體應(yīng)用的主要發(fā)展方向。

 

從IGBT下游應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，工業(yè)控制占比29%，軌道交通占比28%，新能源汽車占比12%，新能源發(fā)電占比8%。不過(guò)隨著我國(guó)新能源領(lǐng)域的快速發(fā)展，新能源汽車和新能源發(fā)電（光伏、風(fēng)電）這兩部分的需求占比未來(lái)將持續(xù)上升。

 

目前，新能源汽車使用到 IGBT器件的裝置主要有五項(xiàng)：逆變器、 換流器、車載充電器、電力監(jiān)控系統(tǒng)以及其他附屬系統(tǒng)，在高電壓高功率的工作條件下，車用功率器件需替換成IGBT 器件或 IGBT 模塊， 由此帶來(lái)對(duì)IGBT器件的大量需求。

 

在新能源汽車的電控系統(tǒng)中 ，IGBT器件主要用于逆變器，成本占比為 40%～50%。更為值得關(guān)注的是，IGBT器件占新能源汽車總成本的8%～10%。

 

 

IGBT將是汽車電動(dòng)化趨勢(shì)下最為受益的功率半導(dǎo)體器件。

 

公開(kāi)資料顯示，特斯拉公司的電動(dòng)汽車Model S使用的三相交流異步電機(jī)需要84個(gè)IGBT，加上其他部位的IGBT，共使用96個(gè)IGBT。按照每個(gè)IGBT的價(jià)格為5 美元計(jì)算，Model S使用的IGBT 價(jià)格約為480美元。

 

根據(jù)國(guó)海證券的研究 ， 由于Model S 定位相對(duì)高端，且考慮到部分插電式混合動(dòng)力車型的電機(jī)對(duì)IGBT需求較低，假定新能源汽車使用的IGBT平均數(shù)量為48個(gè)，單價(jià)以 5 美元計(jì)，平均每輛車的 IGBT 增量空間為240 美元，如果2021～2025 年全球乘用車銷量穩(wěn)步復(fù)蘇至 9600 萬(wàn)輛，新能源汽車銷售占比提升至18%，那么到2025年汽車IGBT市場(chǎng)增量將達(dá)到 41億美元。

 

中金公司的研究顯示，至2025年，我國(guó)新能源汽車應(yīng)用IGBT的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到153億元，年均增長(zhǎng)率高達(dá)40%。

 

從需求來(lái)看，中國(guó)內(nèi)地是全球功率半導(dǎo)體最大的買(mǎi)家，占世界市場(chǎng)需求的50%以上，但中高端IGBT及MOSFET器件市場(chǎng)，基本被英飛凌、三菱、仙童、東芝等國(guó)外企業(yè)壟斷。

 

在全球IGBT市場(chǎng)，英飛凌的市場(chǎng)份額最高。根據(jù)IHS Markit最新數(shù)據(jù)，英飛凌在全球IGBT市場(chǎng)的占有率達(dá)34.5%。在中國(guó)市場(chǎng)，英飛凌更是占到接近一半的市場(chǎng)份額。

 

從其技術(shù)迭代來(lái)看，IGBT產(chǎn)品從早期PT穿通型、NPT非穿通型，發(fā)展到最新的增強(qiáng)溝槽柵FS型，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)都經(jīng)歷了持續(xù)優(yōu)化，從而使得產(chǎn)品制造成本、壽命、可靠性及性能均得到大幅改善，斷態(tài)電壓也從600伏提高到6500伏以上。

 

相比之下，國(guó)內(nèi)企業(yè)與英飛凌等國(guó)外企業(yè)在設(shè)計(jì)能力和工藝制程上的差距很明顯。 國(guó)內(nèi)的IGBT芯片企業(yè)主要分為兩類：一類是IDM（垂直整合制造）公司，如比亞迪半導(dǎo)體、中車時(shí)代、士蘭微、華潤(rùn)微、華微電子等，它們從芯片設(shè)計(jì)到晶圓制造，再到器件和模組都會(huì)做。另一類是Fabless（無(wú)晶圓IC）公司，如斯達(dá)半導(dǎo)體、上海陸芯、中科君芯、森未科技、深圳芯能等公司，它們只做芯片計(jì)，晶圓制造在華虹宏力、上海先進(jìn)半導(dǎo)體、中芯國(guó)際等芯片制造廠代工生產(chǎn)。

 

其中，車規(guī)級(jí)IGBT芯片的國(guó)內(nèi)供應(yīng)商主要是比亞迪半導(dǎo)體。比亞迪先是在2005組建了IGBT研發(fā)團(tuán)隊(duì)，后來(lái)在2008年用2億元收購(gòu)了陷入困境的中緯積體電路（寧波）有限公司。

 

2009年比亞迪推出了第一款自主研發(fā)的IGBT芯片，2018年推出IGBT 4.0，已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。雖然其與國(guó)際大廠技術(shù)差距明顯，但已屬不易，成功打破了國(guó)外企業(yè)的技術(shù)壟斷，也成為中國(guó)唯一擁有晶圓設(shè)計(jì)、蝕刻、封裝測(cè)試能力的IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈公司。

 

據(jù)報(bào)道，比亞迪半導(dǎo)體打磨出了一款更高性能的IGBT6.0芯片，計(jì)劃于西安研發(fā)中心全新發(fā)布。6月15日，比亞迪半導(dǎo)體股份有限公司向客戶發(fā)出漲價(jià)通知函，決定從2021年7月1日起對(duì)IGBT單管產(chǎn)品等進(jìn)行價(jià)格調(diào)整，提漲幅度不低于5%，即日起在途和未交訂單按照新價(jià)格執(zhí)行。除了比亞迪，國(guó)內(nèi)其他IGBT廠家?guī)缀醵紵o(wú)法提供IGBT車規(guī)級(jí)芯片。因此，可以預(yù)計(jì)的是隨著新能源汽車滲透率的提高，IGBT芯片供需缺口會(huì)越來(lái)越大。

 

我國(guó)《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確提出“加強(qiáng)原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)”，并將IGBT列入科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)目錄。由此看來(lái)，產(chǎn)業(yè)各方合力提高IGBT國(guó)產(chǎn)化率已刻不容緩。