2024-09-15 22:04 近年来，随着新能源汽车市场的蓬勃发展，车载功率半导体的需求量也迎来爆发式增长。根据Yole的数据，受益于新能源汽车、工业控制等领域需求的增加，2022年全球IGBT的市场规模约为68亿美元，预计2026年全球IGBT市场规模将增至84亿美元。
中国作为全球最大的新能源汽车市场，亦成为全球最大的IGBT消费市场，份额约占全球总消费市场的40%。预测指出，到2025年，我国IGBT的市场规模有望超过500亿元，其中新能源汽车IGBT已在2020年成为国内IGBT第一大应用领域，占比约三分之一。
短期供需错配仍难解决
IGBT是新能源汽车电控系统中最核心的电子器件之一，主要用于电池管理系统、电机控制系统、空调压缩机系统、OBC以及PTC等。
据了解，相较传统燃油车，纯电动汽车所使用的IGBT数量高达上百颗，是传统燃油车的7~10倍，其成本占整车成本的7%~10%。
除了使用量大幅增长之外，新能源汽车的单车功率半导体价值量也在往上走。根据Gartner预测的数据，2024年单辆汽车中的半导体价值有望超过1000美元，汽车半导体包含功率、控制芯片、传感器，其中功率半导体的在新能源汽车半导体价值量中的占比最高，达到55%。
不过，自2020年起，受产需错配、消费电子需求挤占产能等不利因素，“芯片荒”笼罩着整个汽车产业。直到2023年随着新建产能持续投入，平均周期得到了缓解，产能紧张的问题才有所改善。
到了2023年下半年，车规级芯片库存开始偏高，出现了客户对芯片采购订单下单收紧的情形。在需求结构上，汽车缺芯情况虽得到大幅缓解，但MCU、IGBT依然处于供不应求状态。彼时，当整个行业都在忙于去库存时，IGBT确是一芯难求，“不是价格多高的问题，而是根本买不到”是当时的真实写照。
IGBT 持续缺货，供需错配仍是主因。据了解，半导体产业每年以 8% - 10% 的增速扩张，而光伏、储能和新能源汽车的增速远超于此，导致下游需求增速远超上游供给增速，造成整个市场 IGBT 供需紧张。此外，国际上游晶圆厂、封装产能吃紧，大部分 6 英寸、8 英寸的晶圆厂由于成本效益问题，很少扩大 IGBT 的产能。
此前，有分析指出，IGBT供给自2022年以来持续紧张，至今并未出现任何减缓迹象。而且，国内厂商虽急于扩产，但产线建设周期一般在2年以上，预计在2025年之前供需错配难以解决。
本土新玩家入场
其实，新能源汽车爆发式增长后，功率半导体全球紧缺情况一直存在，这其中以IGBT产品最为严重。
于是，面对量价齐升的市场需求以及供应短缺问题，不管是国内还是国外，不论是半导体厂商还是车企，皆加快了对车用功率半导体的布局。不过这其中又有区别，海外大厂对IGBT扩产态度较为保守，不能及时满足市场需求，国内企业动作更为迅速。
今年8月，新能源汽车主驱功率模块企业芯华睿半导体江苏工厂正式投产，该工厂占地14,500㎡，总投资5亿元，建成后产能将达到200万套功率模块。按照规划，工厂将分期建设，目前一期已正式投产，全部投产后可以满足超过100万辆新能源的功率模块应用配套。这意味着车规功率模块供应领域又迎来了一个本土新玩家。
“汽车能源的变革，整车开发周期的大幅缩短和产品的快速迭代，给了国内创业企业进入汽车供应链的机会。”芯华睿创始人王学合博士在面对媒体采访时如是说。
据了解，芯华睿立于2021年，公司核心团队来自于英飞凌、安森美、联合电子、博世等国内外知名的半导体及汽车电子公司，拥有丰富的车规级开发和生产经验。得益于此，芯华睿从成立到具备车规功率产品量产能力，只用了短短三年时间。
实际上，由于功率半导体技术门槛较高，加之国外企业在核心技术上的领先地位，IGBT市场大部分份额由英飞凌、富士电机、三菱等外资主导，国内自给率较低。特别是在新能源汽车IGBT领域，国外厂商龙头地位凸显。
随着供需紧缺，外加我国自主新能源汽车品牌的崛起，国内IGBT行业也迎来了国产替代浪潮。在芯华睿之前，已有斯达半导、比亚迪半导体、中车时代电气、士兰微等布局IGBT，并在国内形成了一定的市场份额。
有数据显示，2022年中国IGBT市场总规模达321.9亿元，预计2025年市场总规模有望达468.1亿元，复合增长率13.3%。随着芯华睿的入局和放量，未来我国车规级IGBT市场规模及国产替代将进一步深化。
不过，也需要注意的是，目前我国IGBT功率模块行业虽已形成了较为完整的产业链，但是与国际先进水平相比，中国IGBT功率模块行业在核心技术、生产工艺和市场占有率等方面仍存在一定的差距。因此，国内企业还需要继续加大研发投入，提升产品质量和性能，扩大市场份额，推动中国IGBT功率模块行业的持续发展。
碳化硅是第二增长曲线
从产品发展技术来看，IGBT自问世以来，不断进行技术迭代，主要向着降低开关损耗和创建更薄的结构方向改善和发展。其在纵向结构、栅极结构以及硅片加工工艺方面不断升级改进，共经历了七次大型技术演变，各项指标在演变中不断优化。目前，IGBT芯片已经迭代至第七代精细沟槽栅场截止型IGBT。
芯华睿通过对标国际头部功率半导体企业最新技术和工艺，目前已经推出了基于第七代1.6um pitch的微沟槽工艺IGBT芯片；在模块方面，则基于IGBT推出了框架灌胶模块和S-PACK封装模块，与现有英飞凌HPD模块接口完全兼容，可快速替换。据透露，目前芯华睿已经获得多个项目定点，其中不乏头部整车企业以及电驱Tier1。
在智能电动汽车技术的发展路径中，为了解决纯电动车充电效率、续航等问题，各大车企竞相角逐800V高压驱动平台，SiC功率器件开始成为市场的焦点。因为，与IGBT相比，SiC功率器件在耐高压、大电流、耐高温、高频、高功率和低损耗等方面表现更为优异。
基于此，芯华睿将产品的第二增长曲线定位于碳化硅，并已开发出基于第三代平面型栅极设计的1200V碳化硅芯片。在模块方面，除框架灌胶模块和S-PACK模块以外，还包括H-Pack塑封碳化硅模块产品。据悉，芯华睿碳化硅产品已有客户合作。
不过，相较于IGBT，SIC器件的成本不便宜。芯联集成赵奇曾表示:“只有当碳化硅器件的成本达到对应IGBT器件成本的2.5倍以下时，才是碳化硅器件大批量进入商业化应用的时代，在这个过程中，衬底、外延、器件生产的良率不断提升是需要整个产业链通力合作的一个重要降成本方向。”
对此，芯华睿的策略是，在深度国产化，提高产品性价比的同时，将带动国产衬底，外延，材料，设备整个产业链的发展，做到真正的成本可控。“产业链联合共同为客户提供优质定制化产品和服务之后，又进一步推动了国产供应链的发展，这对国内创业企业而言是一个巨大的机遇。”
2023年，800V车型开始下沉到20万元市场，带动车规SiC MOSFET的快速上量。2024年，碳化硅功率模块的同比增长高达83%，远超行业增速。目前，在新能源汽车用功率模块中，IGBT功率半导体占据90%的市场，剩余的10%已经由碳化硅代替，后者随着规模上量后，市场份额有望迎来进一步增长。
