最新數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)2021年一季度共銷(xiāo)售新能源汽車(chē)431850臺(tái)，相較2019年增長(zhǎng)了一倍，純電動(dòng)車(chē)型是其中絕對(duì)主導(dǎo)，銷(xiāo)售359704臺(tái)，占總體新能源乘用車(chē)的84%。

汽車(chē)的電動(dòng)化已經(jīng)成為不可逆的趨勢(shì)，電驅(qū)系統(tǒng)將取代燃油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，作為核心部件的功率半導(dǎo)體也將迎來(lái)新的爆發(fā)期。

IGBT老當(dāng)益壯

被稱(chēng)為汽車(chē)電控系統(tǒng)CPU的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，即絕緣柵雙極型晶體管）是一種由雙極性晶體管（BJT）和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOS）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，其特點(diǎn)是兼具了BJT的導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小和MOS的開(kāi)關(guān)速度高、輸入阻抗高、控制功率小、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，

通常來(lái)講，IGBT在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用主要集中在三個(gè)部分：首先是電控系統(tǒng)中，IGBT模塊將直流變交流后驅(qū)動(dòng)汽車(chē)電機(jī)(電控模塊)；其次是車(chē)載空調(diào)控制系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)小功率直流/交流逆變，這個(gè)模塊工作電壓不高，單價(jià)相對(duì)也低一些；最后是充電樁中，IGBT模塊被用作開(kāi)關(guān)使用。

圖片來(lái)信達(dá)證券研發(fā)中心

電動(dòng)車(chē)成本結(jié)構(gòu)中最大者為電池，占比約40-50%，其次為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，約占全車(chē)成本15-20%。其中，IGBT占驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一半左右，即IGBT占電動(dòng)車(chē)約8-10%成本。若加上車(chē)載空調(diào)控制系統(tǒng)中IGBT，則成本占比更高。此外，高功率電動(dòng)汽車(chē)要求更高水準(zhǔn)的IGBT，這將間接提升整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)中IGBT的成本。

汽車(chē)充電樁是IGBT的另一大增量市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2025年全球市場(chǎng)規(guī)模或達(dá)40.49億美元，國(guó)內(nèi)18.22億美元。汽車(chē)充電樁分為直流IGBT充電樁和交流MOSFET充電樁，直流充電樁的優(yōu)點(diǎn)在于充電速度快，缺點(diǎn)是價(jià)格高昂，其成本約4500美元，其中IGBT等功率器件占總成本的20%左右。

全球電動(dòng)汽車(chē)IGBT市場(chǎng)規(guī)模預(yù)估在2025年將達(dá)到44億美元，年復(fù)合增速約48.8%，是電動(dòng)趨勢(shì)下汽車(chē)功率半導(dǎo)體最受益的品種。

我國(guó)的汽車(chē)IGBT市場(chǎng)也同樣發(fā)展迅速。2019年新能源汽車(chē)IGBT市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到155億元，隨著市場(chǎng)的逐步回調(diào)，2020年市場(chǎng)規(guī)模已接近200億元。

根據(jù)民生證券研究院統(tǒng)計(jì)，全球IGBT應(yīng)用端來(lái)看，頭部的公司主要有英飛凌（市占率32.7%）、三菱電機(jī)（市占率9.6%）、富士電機(jī)（市占率9.6%）、賽米控（市占率6%）、Vincotech（市占率4.4%）、日立（市占率2.7%）、斯達(dá)半導(dǎo)（市占率2.5%）。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)同樣被這些國(guó)際巨頭所壟斷，使得我國(guó)IGBT產(chǎn)品對(duì)外依賴(lài)度近95%。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)市占率靠前的有英飛凌（市占率58.2%）、比亞迪（市占率18.0%）、三菱電機(jī)（市占率5.2%）、斯達(dá)半導(dǎo)（市占率1.6%）。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，在A00級(jí)純電動(dòng)乘用車(chē)領(lǐng)域，90%的IGBT都來(lái)自斯達(dá)半導(dǎo)體；純電動(dòng)商用車(chē)領(lǐng)域，英飛凌、比亞迪、斯達(dá)和富士四分天下；在A級(jí)到C級(jí)新能源乘用車(chē)領(lǐng)域，除了比亞迪用自家的IGBT，其余新能源車(chē)企90%的IGBT產(chǎn)品都是英飛凌的天下。

同其他功率半導(dǎo)體一樣，IGBT生命周期較長(zhǎng)，產(chǎn)品迭代速率不追求摩爾定律，行業(yè)內(nèi)也沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，廠商各代產(chǎn)品之間并不完全對(duì)應(yīng)。以行業(yè)內(nèi)龍頭廠商英飛凌的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，目前已發(fā)展到第七代微溝槽+場(chǎng)截止型 IGBT。但是，除第一代平面柵+PT型IGBT已退出市場(chǎng)外，英飛凌其余各代產(chǎn)品仍有客戶(hù)使用。

從家電到工業(yè)，IGBT的應(yīng)用范圍很廣，但是以電動(dòng)汽車(chē)對(duì)IGBT的要求為最高。有業(yè)內(nèi)人士曾對(duì)IGBT在車(chē)內(nèi)的工作需求做出過(guò)細(xì)致的分析：

l 擁堵路況時(shí)的頻繁啟停，IGBT模塊工作電流會(huì)相應(yīng)的頻繁升降，從而導(dǎo)致IGBT結(jié)溫快速變化，考驗(yàn)IGBT模塊的壽命；

l 采用永磁同步電機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)啟動(dòng)、駐車(chē)時(shí)，電機(jī)工作在近似堵轉(zhuǎn)工況，IGBT模塊持續(xù)承受著大電流，從而會(huì)造成局部過(guò)熱，對(duì)散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)；

l IGBT模塊在車(chē)輛行駛中會(huì)受到較大的震動(dòng)和沖擊，這對(duì)于IGBT模塊的各引線端子的機(jī)械強(qiáng)度提出了較高的要求。

綜合諸多考量因素，IGBT模塊供應(yīng)商為進(jìn)入市場(chǎng)，需首先通過(guò)下游電控廠及整車(chē)廠長(zhǎng)達(dá)1-2年左右的驗(yàn)證周期，確保安全性、可靠性等必備要素基礎(chǔ)上方有望大批量放量。

SiC的崛起

隨著電池容量開(kāi)始成為電動(dòng)車(chē)的發(fā)展瓶頸，提高充電功率和效率，就成為提升電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航能力的有效途徑。更具潛力的第三代半導(dǎo)體全面替代常見(jiàn)車(chē)用硅基功率器件的呼聲大增。

SiC是最被看好能取代硅基器件（主要是IGBT）的材料。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家列舉了SiC能取代IGBT的三個(gè)原因：一是SiC器件的工作結(jié)溫在200℃以上，工作頻率在100kHz以上，耐壓可達(dá)20kV，這些性能都優(yōu)于傳統(tǒng)硅器件；二是SiC器件體積可減小到IGBT整機(jī)的1/3-1/5，重量可減小到40-60%；三是SiC器件還可以提升系統(tǒng)的效率，進(jìn)一步提高性?xún)r(jià)比和可靠性。

將動(dòng)力總成的部件保持在一個(gè)安全的工作溫度范圍內(nèi)需要借助冷卻系統(tǒng)，而這會(huì)大大增加純電動(dòng)汽車(chē)的行車(chē)自重。SiC的高熱導(dǎo)性有助于更快帶走熱量，而且SiC器件能夠在更高溫度下工作，從而減輕與散熱解決方案有關(guān)的壓力。

在特斯拉為Model 3、Model S和Model X相繼采用SiC后，SiC在牽引逆變器中的全部性能優(yōu)勢(shì)展露無(wú)疑。自那時(shí)起，車(chē)用SiC器件的發(fā)展速度不斷加快，搭載SiC的新車(chē)型也開(kāi)始增多。

2020年，比亞迪推出了加載SiC的純電動(dòng)車(chē)車(chē)型“漢”，次年推出的新款唐EV也加入了SiC電控系統(tǒng)。

2021年4月1日，蔚來(lái)旗艦轎車(chē)ET7首臺(tái)生產(chǎn)線車(chē)身正式下線，采用了具備SiC功率模塊的第二代高效電驅(qū)平臺(tái)。而小鵬與理想也通過(guò)外部合作的方式，進(jìn)行了SiC技術(shù)的相關(guān)布局。

不過(guò)，對(duì)于SiC能否全面取代IGBT，業(yè)內(nèi)還有不同的聲音。

制造SiC芯片面臨的最大挑戰(zhàn)來(lái)自于成本。由于SiC在磊晶制作上有材料應(yīng)力上的不一致性，造成晶圓尺寸放大時(shí)，會(huì)有磊晶層接合面應(yīng)力拉伸極限的問(wèn)題，導(dǎo)致晶格損壞影響良率，故晶圓尺寸主流仍維持4寸或6寸，無(wú)法取得大尺寸晶圓成本優(yōu)勢(shì)。據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，同等級(jí)別的SiC MOSFET芯片，其成本是硅基IGBT的8-12倍。

其次，SiC MOSFET缺少長(zhǎng)期可靠性數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)還需要不斷實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)。

而且，SiC功率模塊面臨的問(wèn)題和IGBT一樣，模塊中不匹配的CTE(熱膨脹系數(shù))容易使各層相互分離,引發(fā)器件失效。SiC的問(wèn)題更為嚴(yán)重，主要是材料密度引起的熱耗散，因此需要有合適的封裝和系統(tǒng)集成創(chuàng)新方案。

SiC MOSFET在更高頻率和溫度下運(yùn)行的特性更勝一籌，是進(jìn)入1200V級(jí)別功率器件的理想選擇，但其高于硅的制造成本，加上IGBT技術(shù)已很成熟，讓最新型的IGBT在市場(chǎng)上仍能立于不敗之地，可以在標(biāo)準(zhǔn)化和廣泛采用方面更進(jìn)一步。

總體來(lái)看，硅基IGBT的電氣特性接近SiC MOSFET芯片的90%，而成本則是SiC MOSFET的25%，因此，SiC和Si混合開(kāi)關(guān)模塊會(huì)有很大的市場(chǎng)應(yīng)用前景，而純SiC芯片及器件要想在汽車(chē)功率系統(tǒng)當(dāng)中普及，還需要時(shí)間。

國(guó)內(nèi)某知名分析機(jī)構(gòu)就指出，目前SiC行業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)在于行業(yè)發(fā)展仍屬初期，襯底材料高昂的制備成本和較低的良率帶來(lái)的高售價(jià)，隨著技術(shù)成熟及供應(yīng)商產(chǎn)能擴(kuò)張，SiC成本有望實(shí)現(xiàn)快速下降，將在未來(lái)五年時(shí)間內(nèi)從電控、車(chē)載充電機(jī)、DC/DC、快充樁等多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)Si-MOSFET/Si-IGBT形成規(guī)模替代。

產(chǎn)能緊缺 國(guó)產(chǎn)機(jī)遇

始于2020年的半導(dǎo)體產(chǎn)能緊缺一直延續(xù)至2021年，多采用8寸晶圓制造的IGBT成為了重災(zāi)區(qū)。

據(jù)富昌電子2021年Q2市場(chǎng)行情報(bào)告顯示，英飛凌的通用晶體管、低壓MOSFET和IGBT產(chǎn)品貨期最長(zhǎng)達(dá)52周，安森美、Microsemi、羅姆、安世在內(nèi)的功率半導(dǎo)體廠商，旗下IGBT、二極管等眾多產(chǎn)品的供貨周期都達(dá)到了16至52周，而前述功率半導(dǎo)體正常的供貨周期基本在8周左右。

隨著芯片的交付期一再拉長(zhǎng)，部分車(chē)企在繼續(xù)等待原供應(yīng)商出貨的同時(shí)，也開(kāi)始嘗試國(guó)產(chǎn)IGBT，并逐步與比亞迪半導(dǎo)體、斯達(dá)半導(dǎo)體等國(guó)產(chǎn)芯片供應(yīng)商建立聯(lián)系。

比亞迪在IGBT上投入最早，不但實(shí)現(xiàn)了自給自足，還可為國(guó)內(nèi)其他車(chē)廠供貨。專(zhuān)攻功率半導(dǎo)體的斯達(dá)半導(dǎo)體，IGBT技術(shù)也發(fā)展到了第六代，與國(guó)際領(lǐng)先水平非常接近。還有和比亞迪半導(dǎo)體同樣采用IDM模式的中車(chē)，近年來(lái)也從高鐵、電網(wǎng)、風(fēng)電等領(lǐng)域加快向汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)滲透。

國(guó)內(nèi)公司與國(guó)際龍頭的差距主要在工藝方面。目前，IGBT最具競(jìng)爭(zhēng)力的生產(chǎn)線是8英寸和12英寸，國(guó)內(nèi)晶圓生產(chǎn)企業(yè)此前大部分還停留在6英寸產(chǎn)品的階段。僅有華虹成為除英飛凌之外唯一一家具備12寸IGBT量產(chǎn)能力的公司。比亞迪、中車(chē)、士蘭微等幾家國(guó)內(nèi)企業(yè)則還只具備8英寸產(chǎn)品量產(chǎn)。

不過(guò)，看到缺芯帶來(lái)機(jī)會(huì)的國(guó)產(chǎn)廠商已經(jīng)紛紛開(kāi)啟擴(kuò)產(chǎn)之路。比如，斯達(dá)半導(dǎo)體在2021年3月2號(hào)發(fā)布公告，擬定增募集35億元資金，其中20億元將用于高壓特色工藝功率芯片和SiC研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，預(yù)計(jì)將形成年產(chǎn)36萬(wàn)片功率半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)能力。其他如比亞迪、士蘭微等公司也紛紛宣布了自己的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。

在SiC方面，處于產(chǎn)業(yè)鏈最上游的SiC 襯底也是目前產(chǎn)能最緊缺的地方。市占率排名頭三名的Cree、羅姆和II-VI已經(jīng)開(kāi)足馬力來(lái)應(yīng)對(duì)未來(lái)的市場(chǎng)爆發(fā)。國(guó)內(nèi)在SiC方面的起步并不晚，并且將其視為最好的超越機(jī)會(huì)，因此投資熱情空前高漲。根據(jù)集微咨詢(xún)整理統(tǒng)計(jì)，2019-2020年，國(guó)內(nèi)碳化硅產(chǎn)線已披露的投資擴(kuò)產(chǎn)金額達(dá)到500億元。

業(yè)內(nèi)人士指出，由于國(guó)內(nèi)存在著企業(yè)聯(lián)合政府的帶來(lái)資本性支出的顯著放大效應(yīng)，將很有希望在短期內(nèi)就形成產(chǎn)能高峰。

其實(shí)，無(wú)論是IGBT還是SiC，當(dāng)前的產(chǎn)能緊缺都帶來(lái)了最好的國(guó)產(chǎn)替代窗口。抓住歷史機(jī)遇，國(guó)產(chǎn)功率半導(dǎo)體將會(huì)迎來(lái)巨大的飛躍。（Andrew）

,歐冠歷史射手榜,免費(fèi)色片播放器,奇犽穿越網(wǎng)王np記 http://www.cityruyi.com/lm-2/lm-3/1950.html