車規(guī)級IGBT模塊，持續(xù)放量

作者：米樂

3月28日的發(fā)布會上，小米雷軍對外正式公布了小米SU7各版本的售價。同時，雷軍宣布特別推出5000臺小米SU7創(chuàng)始版。創(chuàng)始版除可選標(biāo)準(zhǔn)版及Max版基本配置外，還有專屬車標(biāo)、配件等權(quán)益。由于提前生產(chǎn)，不可選配，故相關(guān)車型可最先交付，而非創(chuàng)始版的小米SU7標(biāo)準(zhǔn)版與Max版于4月底啟動交付，Pro版在5月底啟動交付。

幾天后的4月3日，小米汽車創(chuàng)始版迎來首批交付。在北京亦莊小米汽車工廠總裝車間的交付現(xiàn)場，雷軍親手將車交給車主并和車主合影留念，再揮手目送每位車主離開。“幸福到眩暈”“千億老板給我開車門” 的話題熱度也是居高不下。

IGBT的用量隨之激增，但上游產(chǎn)業(yè)鏈擴(kuò)產(chǎn)速度明顯跟不上市場需求，在今年2月，行業(yè)即發(fā)出預(yù)警，認(rèn)為IGBT或?qū)⒊蔀榻衲晗掳肽昶嚿a(chǎn)的瓶頸。

?01、IGBT是新能源車的IGBT

IGBT占新能源汽車整機(jī)總成本的5%以上，僅次于電池。電機(jī)和電機(jī)控制器是新能源汽車的核心部件，直接決定了車輛的行駛性能。在電機(jī)驅(qū)動中，IGBT主要存在于逆變器模塊中。逆變器的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以提供驅(qū)動電機(jī)。

來自北斗航天汽車的數(shù)據(jù)顯示，電機(jī)和電機(jī)控制器分別約占車輛成本的4%和9%。在電機(jī)控制器內(nèi)部，IGBT模塊約占其成本的37%。因此，IGBT模塊約占整車成本的5%。如果在車載空調(diào)控制系統(tǒng)中加入IGBT，成本比重更高。

此外，大功率電動汽車也將對IGBT有越來越高的要求，這將間接增加IGBT在整個新能源汽車中的成本。IGBT是由雙極結(jié)型晶體管（BJT）和MOSFET組成的復(fù)合功率半導(dǎo)體器件。它結(jié)合了BJT的高耐壓性和MOSFET的高輸入阻抗，使其成為新能源汽車的“CPU”和核心部件。

IGBT直接控制驅(qū)動系統(tǒng)中直流電和交流電的轉(zhuǎn)換，決定新能源汽車的最大輸出功率、扭矩等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。電動汽車的核心在于高壓（200-450V DC）電池及其相關(guān)的充電系統(tǒng)。

電動汽車的主電機(jī)驅(qū)動通常需要功率器件驅(qū)動功率為20-150kW，平均功率在70kW左右。由于驅(qū)動功率、電壓較高，能耗敏感性較高，電動汽車制造商常采用導(dǎo)通壓降較低、工作電壓較高的IGBT模塊?？梢姡啾裙杌鵐OSFET，IGBT更適合高壓工作，兩者相輔相成。

在電力驅(qū)動系統(tǒng)中，逆變器模塊中使用IGBT，將電池的直流電轉(zhuǎn)換為交流電來驅(qū)動電機(jī)。在電源系統(tǒng)中，IGBT用于各種AC-DC和DC-DC轉(zhuǎn)換器中，為電池充電并執(zhí)行功率電平轉(zhuǎn)換功能。

另外，電動汽車充電站采用IGBT逆變電源模塊，將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，再通過變壓器耦合和整流單元變換成不同的電流和電壓規(guī)格，方便電動汽車充電。從市場競爭來看，IGBT目前由歐洲和日本主要廠商占據(jù)主導(dǎo)地位，前五名企業(yè)占據(jù)了60%以上的市場份額。

據(jù)民生證券統(tǒng)計，英飛凌科技目前市場份額為32.7%，是IGBT領(lǐng)域的絕對巨頭。在應(yīng)用解決方案方面，英飛凌推出了汽車IGBT模塊FS820R08A6P2B，該模塊具有匹配的發(fā)射極控制二極管，滿足汽車應(yīng)用要求。

據(jù)介紹，英飛凌750V HybridPACK驅(qū)動模塊是一款針對混合動力和電動汽車主逆變器（xEV）進(jìn)行優(yōu)化的超緊湊型功率模塊。該產(chǎn)品系列提供最大的電壓和功率可擴(kuò)展性，有六種不同的封裝版本，涵蓋200A-900A的功率范圍和400V-1200V的電壓范圍（芯片額定值）。直接焊料冷卻 (DSC) 技術(shù)的使用不僅提供了充足的擴(kuò)展可能性，而且效率提高了 25%。

英飛凌提供不同電壓和電流水平的多種產(chǎn)品組合，包括裸芯片、分立器件、功率模塊和組件，提供多樣化的 IGBT 產(chǎn)品系列。引線鍵合 FS820R08A6P2B (820A/750V) 是一款針對 150kW 逆變器進(jìn)行優(yōu)化的六裝模塊。該電源模塊采用 EDT2 IGBT 芯片，采用汽車微圖案溝槽場截止單元設(shè)計。

該芯片提供基準(zhǔn)電流密度、出色的短路耐受性、增強(qiáng)的電壓阻斷能力，確保即使在惡劣的環(huán)境條件下也能可靠運(yùn)行。EDT2 IGBT 還表現(xiàn)出出色的輕載功率損耗，有助于顯著提高實(shí)際周期中的系統(tǒng)效率。該芯片針對 10kHz 范圍內(nèi)的開關(guān)頻率進(jìn)行了優(yōu)化。

從價值來看，IGBT約占新能源汽車電控系統(tǒng)總成本的37%。它們是控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的電子元件之一，電氣化程度越高，車輛中IGBT的比例就越高。預(yù)計到2025年全球新能源汽車IGBT市場規(guī)模將達(dá)到近40億美元，5年復(fù)合增長率（CAGR）達(dá)39.4%，市場潛力巨大。

目前，由于新能源汽車爆發(fā)性需求與供應(yīng)擴(kuò)張周期不匹配，整個汽車IGBT市場面臨著嚴(yán)重的供應(yīng)短缺。早在2022年，業(yè)內(nèi)就有消息稱，安森美半導(dǎo)體深圳工廠2023年的IGBT產(chǎn)能已全部售空，該公司已停止接受新的IGBT訂單，以降低無法交付的風(fēng)險。此舉表明當(dāng)前市場對汽車級IGBT的高需求。一些供應(yīng)鏈廠商表示，2023年汽車級IGBT的供需缺口沒有緩解的跡象。

?02、大廠搶產(chǎn)能

車規(guī)級IGBT產(chǎn)能緊張引發(fā)的供需失衡已存在較長時間，汽車產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌鲈谌ツ昃烷_始搶產(chǎn)能。具體來說，以下是一些知名廠商及其在爭奪車規(guī)級IGBT產(chǎn)能方面所采取的策略：

士蘭微作為國內(nèi)的一家重要企業(yè)，在新能源汽車市場進(jìn)行了積極布局。在分立器件領(lǐng)域，士蘭微2023年收入達(dá)到48.32億元，同比增長8.18%。IGBT產(chǎn)品營收達(dá)到14億元，同比大幅增長140%。公司自主研發(fā)的電車主電機(jī)驅(qū)動模塊已在多家客戶實(shí)現(xiàn)批量供貨，預(yù)計未來將持續(xù)增長。公司預(yù)計IGBT將在2024年實(shí)現(xiàn)滿產(chǎn)，并計劃在未來進(jìn)一步拓展光伏市場的份額。

此外，士蘭微的車用PIM模塊、LVMOS單管、IGBT單管等產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量供應(yīng)，SiC產(chǎn)品也成功上車，并與吉利、領(lǐng)跑、威邁斯等客戶建立了合作關(guān)系。士蘭微正加速推進(jìn)新能源領(lǐng)域布局，SiC產(chǎn)線建設(shè)進(jìn)展順利，預(yù)計2024年底產(chǎn)能將大幅提升。公司自主研發(fā)的SiC-MOSFET產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，全年營收有望達(dá)到10億元。

公司目前已批量進(jìn)入新能源車市場的產(chǎn)品主要有PIM模塊、LVMOS單管、IGBT單管等，目前當(dāng)月銷售額已接近1億元左右，預(yù)計2024年新能源車市場的銷售額會排在公司各細(xì)分市場銷售額的第一位。

在IGBT方面，2023年第三季度12寸線正在加快調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減少了低附加值產(chǎn)品的產(chǎn)出，而IGBT產(chǎn)品還在上量過程中，因此產(chǎn)能利率目前沒有打滿；目前12寸線IGBT產(chǎn)能已有2.5萬片/月，實(shí)際產(chǎn)出1.5萬多片/月，隨著后續(xù)IGBT進(jìn)一步上量，產(chǎn)能利用率會顯著回升，預(yù)計到90%以上。

英飛凌作為德國的一家知名企業(yè)，在IGBT領(lǐng)域具有深厚的技術(shù)積累。公司不斷推出創(chuàng)新的IGBT產(chǎn)品，以滿足市場對高性能、高效率的需求。三菱電機(jī)株式會社作為日本的一家老牌企業(yè)，在IGBT領(lǐng)域也有著不俗的表現(xiàn)。公司注重技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新，通過推出新型IGBT模塊和IPM模塊，不斷提升產(chǎn)品的性能和可靠性。三菱電機(jī)的IGBT產(chǎn)品在工業(yè)控制和變頻家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

?03、卷起來的技術(shù)

此外，富士電機(jī)株式會社、斯達(dá)半導(dǎo)、華潤微、時代電氣等國內(nèi)外廠商也在IGBT產(chǎn)能的爭奪中表現(xiàn)出色。他們通過加大研發(fā)投入、優(yōu)化生產(chǎn)流程、拓展銷售渠道等方式，不斷提升自身的競爭力和市場份額。例如在本土IGBT廠商中，目前已有多家實(shí)現(xiàn)第七代IGBT技術(shù)。IGBT7作為最新一代技術(shù)，其溝道密度更高，元胞間距也經(jīng)過精心設(shè)計并且優(yōu)化了寄生電容參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)5KV/us下的最佳開關(guān)性能。隨著光伏產(chǎn)業(yè)，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，IGBT7有望進(jìn)一步推廣。

4月3日，有投資者提問振華科技：IGBT領(lǐng)域長期被國外廠商占據(jù)大部分市場，請問貴公司是否開發(fā)了多種規(guī)格型號，以滿足不同領(lǐng)域比如新能源電動車，光伏逆變器，風(fēng)力發(fā)電，電網(wǎng)，軌道交通等不同領(lǐng)域的不同需求？就此，振華科技董秘表示，公司已成功研制出10余種采用第7代IGBT芯片技術(shù)的功率模塊（單管），主要應(yīng)用于特種領(lǐng)域。據(jù)悉是1200V/900A功率模塊。

除此之外，斯達(dá)半導(dǎo)體已經(jīng)基于第七代微溝槽Trench Field Stop技術(shù)的750V車規(guī)級IGBT模塊實(shí)現(xiàn)大批量裝車；新潔能基于650V和1200V產(chǎn)品平臺，使用第七代微溝槽場截止技術(shù)的IGBT芯片，多款模塊產(chǎn)品完成開發(fā)，逐步量產(chǎn)；時代電氣研發(fā)突破第七代超精細(xì)溝槽STMOS技術(shù)；士蘭微電子已經(jīng)也推出了第七代產(chǎn)品，內(nèi)部對應(yīng)的是5+，性能測試下來完全符合，目前已在客戶驗證導(dǎo)入和小批量階段；宏微科技的IGBT技術(shù)已更新到第七代，已實(shí)現(xiàn)了25A小批量交付、完成了150A、200A的拓展;北京貝茵凱微電子有限公司已成功研發(fā)全自主的“第七代大功率IGBT”，并已于12英寸晶圓上面世。

雖然這些廠商在爭奪IGBT產(chǎn)能方面取得了顯著成果，但市場競爭依然激烈。隨著可再生能源和新能源汽車等領(lǐng)域的快速發(fā)展，IGBT市場的需求還將繼續(xù)增長。因此，廠商們需要不斷創(chuàng)新和提升技術(shù)水平，以應(yīng)對市場變化和客戶需求的變化。