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近年來(lái)，隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，車(chē)載功率半導(dǎo)體的需求量也迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，受益于新能源汽車(chē)、工業(yè)控制等領(lǐng)域需求的增加，2022年全球IGBT的市場(chǎng)規(guī)模約為68億美元，預(yù)計(jì)2026年全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模將增至84億美元。
中國(guó)作為全球最大的新能源汽車(chē)市場(chǎng)，亦成為全球最大的IGBT消費(fèi)市場(chǎng)，份額約占全球總消費(fèi)市場(chǎng)的40%。預(yù)測(cè)指出，到2025年，我國(guó)IGBT的市場(chǎng)規(guī)模有望超過(guò)500億元，其中新能源汽車(chē)IGBT已在2020年成為國(guó)內(nèi)IGBT第一大應(yīng)用領(lǐng)域，占比約三分之一。
短期供需錯(cuò)配仍難解決
IGBT是新能源汽車(chē)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(jī)控制系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)、OBC以及PTC等。
據(jù)了解，相較傳統(tǒng)燃油車(chē)，純電動(dòng)汽車(chē)所使用的IGBT數(shù)量高達(dá)上百顆，是傳統(tǒng)燃油車(chē)的7~10倍，其成本占整車(chē)成本的7%~10%。
除了使用量大幅增長(zhǎng)之外，新能源汽車(chē)的單車(chē)功率半導(dǎo)體價(jià)值量也在往上走。根據(jù)Gartner預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)，2024年單輛汽車(chē)中的半導(dǎo)體價(jià)值有望超過(guò)1000美元，汽車(chē)半導(dǎo)體包含功率、控制芯片、傳感器，其中功率半導(dǎo)體的在新能源汽車(chē)半導(dǎo)體價(jià)值量中的占比最高，達(dá)到55%。
不過(guò)，自2020年起，受產(chǎn)需錯(cuò)配、消費(fèi)電子需求擠占產(chǎn)能等不利因素，“芯片荒”籠罩著整個(gè)汽車(chē)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(wèn)題才有所改善。
到了2023年下半年，車(chē)規(guī)級(jí)芯片庫(kù)存開(kāi)始偏高，出現(xiàn)了客戶(hù)對(duì)芯片采購(gòu)訂單下單收緊的情形。在需求結(jié)構(gòu)上，汽車(chē)缺芯情況雖得到大幅緩解，但MCU、IGBT依然處于供不應(yīng)求狀態(tài)。彼時(shí)，當(dāng)整個(gè)行業(yè)都在忙于去庫(kù)存時(shí)，IGBT確是一芯難求，“不是價(jià)格多高的問(wèn)題，而是根本買(mǎi)不到”是當(dāng)時(shí)的真實(shí)寫(xiě)照。
IGBT 持續(xù)缺貨，供需錯(cuò)配仍是主因。據(jù)了解，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)每年以 8% - 10% 的增速擴(kuò)張，而光伏、儲(chǔ)能和新能源汽車(chē)的增速遠(yuǎn)超于此，導(dǎo)致下游需求增速遠(yuǎn)超上游供給增速，造成整個(gè)市場(chǎng) IGBT 供需緊張。此外，國(guó)際上游晶圓廠(chǎng)、封裝產(chǎn)能吃緊，大部分 6 英寸、8 英寸的晶圓廠(chǎng)由于成本效益問(wèn)題，很少擴(kuò)大 IGBT 的產(chǎn)能。
此前，有分析指出，IGBT供給自2022年以來(lái)持續(xù)緊張，至今并未出現(xiàn)任何減緩跡象。而且，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商雖急于擴(kuò)產(chǎn)，但產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)周期一般在2年以上，預(yù)計(jì)在2025年之前供需錯(cuò)配難以解決。
本土新玩家入場(chǎng)
其實(shí)，新能源汽車(chē)爆發(fā)式增長(zhǎng)后，功率半導(dǎo)體全球緊缺情況一直存在，這其中以IGBT產(chǎn)品最為嚴(yán)重。
于是，面對(duì)量?jī)r(jià)齊升的市場(chǎng)需求以及供應(yīng)短缺問(wèn)題，不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，不論是半導(dǎo)體廠(chǎng)商還是車(chē)企，皆加快了對(duì)車(chē)用功率半導(dǎo)體的布局。不過(guò)這其中又有區(qū)別，海外大廠(chǎng)對(duì)IGBT擴(kuò)產(chǎn)態(tài)度較為保守，不能及時(shí)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)企業(yè)動(dòng)作更為迅速。
今年8月，新能源汽車(chē)主驅(qū)功率模塊企業(yè)芯華睿半導(dǎo)體江蘇工廠(chǎng)正式投產(chǎn)，該工廠(chǎng)占地14,500㎡，總投資5億元，建成后產(chǎn)能將達(dá)到200萬(wàn)套功率模塊。按照規(guī)劃，工廠(chǎng)將分期建設(shè)，目前一期已正式投產(chǎn)，全部投產(chǎn)后可以滿(mǎn)足超過(guò)100萬(wàn)輛新能源的功率模塊應(yīng)用配套。這意味著車(chē)規(guī)功率模塊供應(yīng)領(lǐng)域又迎來(lái)了一個(gè)本土新玩家。
“汽車(chē)能源的變革，整車(chē)開(kāi)發(fā)周期的大幅縮短和產(chǎn)品的快速迭代，給了國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)企業(yè)進(jìn)入汽車(chē)供應(yīng)鏈的機(jī)會(huì)。”芯華睿創(chuàng)始人王學(xué)合博士在面對(duì)媒體采訪(fǎng)時(shí)如是說(shuō)。
據(jù)了解，芯華睿立于2021年，公司核心團(tuán)隊(duì)來(lái)自于英飛凌、安森美、聯(lián)合電子、博世等國(guó)內(nèi)外知名的半導(dǎo)體及汽車(chē)電子公司，擁有豐富的車(chē)規(guī)級(jí)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。得益于此，芯華睿從成立到具備車(chē)規(guī)功率產(chǎn)品量產(chǎn)能力，只用了短短三年時(shí)間。
實(shí)際上，由于功率半導(dǎo)體技術(shù)門(mén)檻較高，加之國(guó)外企業(yè)在核心技術(shù)上的領(lǐng)先地位，IGBT市場(chǎng)大部分份額由英飛凌、富士電機(jī)、三菱等外資主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)自給率較低。特別是在新能源汽車(chē)IGBT領(lǐng)域，國(guó)外廠(chǎng)商龍頭地位凸顯。
隨著供需緊缺，外加我國(guó)自主新能源汽車(chē)品牌的崛起，國(guó)內(nèi)IGBT行業(yè)也迎來(lái)了國(guó)產(chǎn)替代浪潮。在芯華睿之前，已有斯達(dá)半導(dǎo)、比亞迪半導(dǎo)體、中車(chē)時(shí)代電氣、士蘭微等布局IGBT，并在國(guó)內(nèi)形成了一定的市場(chǎng)份額。
有數(shù)據(jù)顯示，2022年中國(guó)IGBT市場(chǎng)總規(guī)模達(dá)321.9億元，預(yù)計(jì)2025年市場(chǎng)總規(guī)模有望達(dá)468.1億元，復(fù)合增長(zhǎng)率13.3%。隨著芯華睿的入局和放量，未來(lái)我國(guó)車(chē)規(guī)級(jí)IGBT市場(chǎng)規(guī)模及國(guó)產(chǎn)替代將進(jìn)一步深化。
不過(guò)，也需要注意的是，目前我國(guó)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(guó)際先進(jìn)水平相比，中國(guó)IGBT功率模塊行業(yè)在核心技術(shù)、生產(chǎn)工藝和市場(chǎng)占有率等方面仍存在一定的差距。因此，國(guó)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(kuò)大市場(chǎng)份額，推動(dòng)中國(guó)IGBT功率模塊行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
碳化硅是第二增長(zhǎng)曲線(xiàn)
從產(chǎn)品發(fā)展技術(shù)來(lái)看，IGBT自問(wèn)世以來(lái)，不斷進(jìn)行技術(shù)迭代，主要向著降低開(kāi)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(jí)改進(jìn)，共經(jīng)歷了七次大型技術(shù)演變，各項(xiàng)指標(biāo)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(xì)溝槽柵場(chǎng)截止型IGBT。
芯華睿通過(guò)對(duì)標(biāo)國(guó)際頭部功率半導(dǎo)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(gè)項(xiàng)目定點(diǎn)，其中不乏頭部整車(chē)企業(yè)以及電驅(qū)Tier1。
在智能電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展路徑中，為了解決純電動(dòng)車(chē)充電效率、續(xù)航等問(wèn)題，各大車(chē)企競(jìng)相角逐800V高壓驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，SiC功率器件開(kāi)始成為市場(chǎng)的焦點(diǎn)。因?yàn)?，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(zhǎng)曲線(xiàn)定位于碳化硅，并已開(kāi)發(fā)出基于第三代平面型柵極設(shè)計(jì)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(hù)合作。
不過(guò)，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(dāng)碳化硅器件的成本達(dá)到對(duì)應(yīng)IGBT器件成本的2.5倍以下時(shí)，才是碳化硅器件大批量進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用的時(shí)代，在這個(gè)過(guò)程中，襯底、外延、器件生產(chǎn)的良率不斷提升是需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈通力合作的一個(gè)重要降成本方向。”
對(duì)此，芯華睿的策略是，在深度國(guó)產(chǎn)化，提高產(chǎn)品性?xún)r(jià)比的同時(shí)，將帶動(dòng)國(guó)產(chǎn)襯底，外延，材料，設(shè)備整個(gè)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(hù)提供優(yōu)質(zhì)定制化產(chǎn)品和服務(wù)之后，又進(jìn)一步推動(dòng)了國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈的發(fā)展，這對(duì)國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)企業(yè)而言是一個(gè)巨大的機(jī)遇。”王學(xué)合說(shuō)道。
2023年，800V車(chē)型開(kāi)始下沉到20萬(wàn)元市場(chǎng)，帶動(dòng)車(chē)規(guī)SiC MOSFET的快速上量。2024年，碳化硅功率模塊的同比增長(zhǎng)高達(dá)83%，遠(yuǎn)超行業(yè)增速。目前，在新能源汽車(chē)用功率模塊中，IGBT功率半導(dǎo)體占據(jù)90%的市場(chǎng)，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(chǎng)份額有望迎來(lái)進(jìn)一步增長(zhǎng)。
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