國產IGBT走上快車道

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2022-03-17 08:43:50 7

本周，一則中國本土IGBT新銳量產的消息吸引了不少眼球，7月7日，智新半導體車規級IGBT模塊實現量產，這是東風公司和中國中車戰略合作成立智新半導體公司后結出的*個碩果。

據報道，此次投產的IGBT模塊，具有*的散熱性和抗電磁干擾性，能夠滿足車規級產品的高可靠性要求。這樣一來，中國新能源汽車企業又多了一個選擇，為本土汽車功率半導體供應鏈增添了砝碼。

近期，不僅智新半導體，在剛剛過去的6月份，以及7月上旬，短短一個多月時間內，中國本土的IGBT芯片和模塊，特別是車用產品，不約而同地冒了出來，呈現出集體爆發的態勢。

6月，華虹與斯達半導簽訂戰略合作協議，雙方共同宣布，攜手打造的高功率車規級12英寸IGBT芯片實現量產，已通過終端車企產品驗證，廣泛進入了以汽車應用為代表的動力單元市場。

6月21日，士蘭微公告稱，公司擬通過控股子公司成都集佳科技有限公司投資建設“汽車級和工業級功率模塊和功率集成器件封裝生產線建設項目一期”。該項目總投資為7.58億元。該項目建設期2年，達產期2年。投產后，IGBT模塊將是主力產品。

6月23日，賽晶科技首條IGBT生產線正式竣工投產，IGBT生產線進入試生產階段。據悉，該公司IGBT項目規劃建設2條IGBT芯片背面工藝生產線、5條IGBT模塊封裝測試生產線，建成后年產能達200萬件IGBT模塊產品。其IGBT產品應用將涵蓋600V至1700V的中低壓領域，面向電動汽車、光伏風電、工業變頻等市場。

7月5日，聞泰科技宣布通過荷蘭子公司安世半導體收購英國半導體廠商Newport Wafer Fab的全部股票。Newport Wafer Fab成立于1982年，主要生產車用高能效功率半導體，而安世半導體是車用芯片和元器件的重要廠商，對于該收購案，聞泰科技董事長張學政表示，Newport的加入，將會有效提升安世半導體在車規級IGBT、MOSFET、Analog和化合物半導體等產品領域的能力。

無論是工廠開工，還是開始量產，或是并購，以上這些廠商都是聚焦在以車用為主的IGBT產品市場，體現出了該市場的火爆程度。

IGBT需求*盛

未來幾年，電動汽車的銷量增速有望超過50%。受益于政策支持及銷售補助，預計全球及中國新能源電動車銷量的復合年增長率將達到32%，這將帶動相關半導體，電子產業鏈的快速發展，汽車作為拉動半導體產業發展的三駕馬車之一絕非虛言（5G、物聯網和汽車電子被認為是下*帶動半導體產業發展的三大引擎）。

在汽車應用中，功率半導體用量僅次于MCU，其市場份額巨大。

新能源汽車新增半導體用量中大部分是功率半導體。在傳統汽車中，功率半導體主要應用在啟動與發電、安全等領域，占傳統汽車半導體總量的20%，單車價值約為60美元。

由于新能源汽車普遍采用高壓電路，當電池輸出高電壓時，需要頻繁進行電壓變換，這時電壓轉換電路（DC-DC）用量大幅提升，此外，還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等，這些對IGBT、MOSFET、二極管等半導體器件的需求量也有大幅增加。以上這些極大帶動了汽車電子系統對功率器件需求的增加。

根據麥肯錫的統計，純電動汽車的半導體成本為704美元，比傳統汽車的350美元增加了1倍，其中功率器件成本高達387美元，占55%。純電動汽車相比傳統汽車新增的半導體成本中，功率器件成本約為269 美元，占新增成本的76%。

新能源電動車動力產生和傳輸過程與汽油發動機有較大差異，需要頻繁進行電壓變換和直流-交流轉換。加之純電動車對續航里程的高需求，使得電能管理需求更精細化，這些對IGBT、MOSFET、二極管等功率分立器件的需求遠高于傳統汽車。而IGBT在汽車需求的帶動下，將出現爆發式增長。

車用功率模塊（當前的主流是IGBT）決定了車用電驅動系統的關鍵性能，同時占電機逆變器成本的40%以上，是核心部件。

IGBT約占電機驅動器成本的三分之一，而電機驅動器約占整車成本的15~20%，也就是說，IGBT占整車成本的5~7%。

在技術層面，IGBT芯片經歷了一系列的迭代過程，包括從PT向NPT，再到FS的升級，這些使芯片變薄，降低了熱阻，并提升了Tj；IEGT、CSTBT和MPT的引入，持續降低了Vce，并提高了功率密度；通過表面金屬及鈍化層優化，可滿足車用的高可靠性要求。

近些年，IGBT在結構上也一直在創新，如出現了RC-IGBT，以及將FWD與IGBT集成到一起的設計；此外，在功能上也有集成，如集成電流、溫度傳感器等。

IGBT 廣泛運用于汽車電機控制系統，目前，汽車電機控制系統需要用到數十個IGBT。以特斯拉為例，特斯拉后三相交流異步電機每相要用到28個IGBT，總計要用84個IGBT，加上電機其他部位的IGBT，特斯拉共計使用了96個IGBT（雙電機還要加前電機的36個）。按照 4~5美元/個的價格計算，雙電機IGBT價值大概在650美元左右。

雖然SiC MOSFET比IGBT更先進，且市場發展潛力很好（特斯拉已經采用SiC MOSFET，蔚來汽車也將陸續采用）。但就目前來看，SiC功率器件還存在著一些問題，具體表現在：成品率低，成本高；SiC和SiO2界面缺陷多，柵氧長期可靠性是個問題；SiC MOSFET缺少長期可靠性數據。

另外，SiC器件載流能力低，而成本過高，同等級別的SiC MOSFET芯片，其成本是硅基IGBT的8~12倍。功耗方面，SiC MOSFET先于硅基IGBT開通，后于IGBT關斷，而IGBT可以實現ZVS（零電壓開關），可大幅降低損耗。

總體來看，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和硅混合開關模塊會有很大的市場應用前景，而純SiC器件要想在汽車功率系統當中普及，還需要時間。IGBT依然是市場主力。

中國市場在成長

中國是新能源汽車最重要的市場之一，中國新能源車銷售量占全球銷量一半以上。

在這樣的市場背景下，國際半導體大廠紛紛與國內汽車主機廠建立戰略合作關系，例如，在2018年3月，上汽集團與英飛凌成立合資企業——上汽英飛凌半導體公司。據悉，上汽英飛凌半導體聚焦IGBT模塊封裝業務，旨在服務上汽集團及其他國內新能源汽車廠商，計劃實現100萬套的年產能。

另外，聞泰科技取得安世半導體控股權，后者在汽車功率半導體器件領域有著深厚的積累，其超過50%的產品應用在汽車領域，按照規劃，安世半導體將在中國大陸逐步擴產。

對比汽車半導體的競爭格局和國外廠商的發展史，中國國內廠商主要有兩種發展路徑：一是在傳統芯片領域通過收購獲得技術和客戶資源；二是在新能源汽車功率半導體和智能汽車芯片上發力。

電動化為汽車半導體市場帶來新增需求的同時，也為國內汽車半導體廠商提供了不少機遇。目前，越來越多的國內廠商開始在新能源汽車功率半導體上布局，代表廠商包括比亞迪、中國中車、士蘭微電子，以及前文提到的那幾家廠商等。

不過，中國本土的汽車功率半導體廠商還比較弱，市占率比較低，短時間內難以與國際大廠形成真正的競爭關系，還需要不斷成長。

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