7月4日，據(jù)媒體報道，國內(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，這將為今年以來在全球汽車行業(yè)蔓延的“缺芯潮”帶來希望的曙光。
6月15日，中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布5月產(chǎn)銷數(shù)據(jù)，2021年5月，中國汽車產(chǎn)銷量雙雙出現(xiàn)下降，分別達(dá)到204萬輛和212.8萬輛，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題是芯片短缺問題。
6月14日，韓國現(xiàn)代對外宣布，由于半導(dǎo)體短缺和例行維護(hù)，其美國工廠將暫時停工三周。據(jù)不完全統(tǒng)計，已有大眾、豐田、通用、福特、寶馬、捷豹路虎、斯巴魯、特斯拉、蔚來等多家車企相繼宣布暫停部分工廠。其中，蔚來停產(chǎn)主要是因為核心部件絕緣柵雙極型晶體管（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)塾嬐．a(chǎn)數(shù)量已達(dá)299萬輛,預(yù)計最終可能會造成全球汽車停產(chǎn)達(dá)409萬輛。
在全球汽車行業(yè)發(fā)生“缺芯”潮的同時，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，國內(nèi)汽車的IGBT芯片90%以上都靠進(jìn)口，國產(chǎn)供給率極低。在國際貿(mào)易變幻多端和芯片供需格局大變革的背景下，中國的新能源汽車產(chǎn)業(yè)如果想繼續(xù)保持先發(fā)優(yōu)勢，領(lǐng)跑全球，必須從戰(zhàn)略上充分重視提高IGBT芯片的國產(chǎn)化率。
缺芯潮起 新能源尤為需要
相較燃油汽車而言，芯片對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3萬多個降到1萬個以下，同時電子零部件的價值也在快速增加。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，也體現(xiàn)在汽車芯片的需求呈幾何級別增加。
來自第三方機(jī)構(gòu)Trendforce、國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)體價值含量為450美元，一臺純電動汽車的半導(dǎo)體價值含量為750美元，后者比前者增長了66.67%。
芯片是承擔(dān)汽車電子功能實現(xiàn)的核心器件。從功能來看，汽車芯片可分為微控制單元、功率半導(dǎo)體、存儲、傳感器以及互聯(lián)芯片等幾類，覆蓋車身、儀表/信息娛樂系統(tǒng)、底盤/安全、動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IGBT、MOSFET（金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）等功率器件產(chǎn)生了大量需求，推動了功率半導(dǎo)體器件在新能源汽車的價值占比大幅提升至 55%， MCU 和傳感器價值占比分別下降至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娦詫崿F(xiàn)電源開關(guān)和電力轉(zhuǎn)換。汽車功率半導(dǎo)體主要運用在動力控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、燃油噴射、底盤安全系統(tǒng)等領(lǐng)域。
電動汽車普遍采用高壓電路 ，當(dāng)電池輸出高壓時，需要頻繁進(jìn)行電壓變化，對電壓轉(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，這些對二極管、MOSFET、IGBT等功率半導(dǎo)體的需求量很大。
（來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察）
在功率半導(dǎo)體中，技術(shù)門檻最高的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，導(dǎo)通原理與MOSFET 類似，都是通過電壓驅(qū)動進(jìn)行導(dǎo)通。其作用類似于人類的心臟，能夠根據(jù)工業(yè)裝置中的信號指令來調(diào)節(jié)電路中的電壓、電流、頻率、相位等，以實現(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，是未來功率半導(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%。不過隨著我國新能源領(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：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， 由此帶來對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%。
市場廣闊 國產(chǎn)化率超低
IGBT將是汽車電動化趨勢下最為受益的功率半導(dǎo)體器件。
公開資料顯示，特斯拉公司的電動汽車Model S使用的三相交流異步電機(jī)需要84個IGBT，加上其他部位的IGBT，共使用96個IGBT。按照每個IGBT的價格為5 美元計算，Model S使用的IGBT 價格約為480美元。
根據(jù)國海證券的研究 ， 由于Model S 定位相對高端，且考慮到部分插電式混合動力車型的電機(jī)對IGBT需求較低，假定新能源汽車使用的IGBT平均數(shù)量為48個，單價以 5 美元計，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 萬輛，新能源汽車銷售占比提升至18%，那么到2025年汽車IGBT市場增量將達(dá)到 41億美元。
中金公司的研究顯示，至2025年，我國新能源汽車應(yīng)用IGBT的市場規(guī)模有望達(dá)到153億元，年均增長率高達(dá)40%。
從需求來看，中國內(nèi)地是全球功率半導(dǎo)體最大的買家，占世界市場需求的50%以上，但中高端IGBT及MOSFET器件市場，基本被英飛凌、三菱、仙童、東芝等國外企業(yè)壟斷。
在全球IGBT市場，英飛凌的市場份額最高。根據(jù)IHS Markit最新數(shù)據(jù)，英飛凌在全球IGBT市場的占有率達(dá)34.5%。在中國市場，英飛凌更是占到接近一半的市場份額。
從其技術(shù)迭代來看，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)斷時間、功率損耗等各項指標(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，國內(nèi)企業(yè)與英飛凌等國外企業(yè)在設(shè)計能力和工藝制程上的差距很明顯。 國內(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、中車時代、士蘭微、華潤微、華微電子等，它們從芯片設(shè)計到晶圓制造，再到器件和模組都會做。另一類是Fabless（無晶圓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，晶圓制造在華虹宏力、上海先進(jìn)半導(dǎo)體、中芯國際等芯片制造廠代工生產(chǎn)。
其中，車規(guī)級IGBT芯片的國內(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，后來在2008年用2億元收購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)到國際領(lǐng)先水平。雖然其與國際大廠技術(shù)差距明顯，但已屬不易，成功打破了國外企業(yè)的技術(shù)壟斷，也成為中國唯一擁有晶圓設(shè)計、蝕刻、封裝測試能力的IGBT全產(chǎn)業(yè)鏈公司。
據(jù)報道，比亞迪半導(dǎo)體打磨出了一款更高性能的IGBT6.0芯片，計劃于西安研發(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)出漲價通知函，決定從2021年7月1日起對IGBT單管產(chǎn)品等進(jìn)行價格調(diào)整，提漲幅度不低于5%，即日起在途和未交訂單按照新價格執(zhí)行。除了比亞迪，國內(nèi)其他IGBT廠家?guī)缀醵紵o法提供IGBT車規(guī)級芯片。因此，可以預(yù)計的是隨著新能源汽車滲透率的提高，IGBT芯片供需缺口會越來越大。
我國《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(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，產(chǎn)業(yè)各方合力提高IGBT國產(chǎn)化率已刻不容緩。
