国产IGBT走上快车道

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2022-03-17 08:43:50 7

本周，一则中国本土IGBT新锐量产的消息吸引了不少眼球，7月7日，智新半导体车规级IGBT模块实现量产，这是东风公司和中国中车战略合作成立智新半导体公司后结出的*个硕果。

据报道，此次投产的IGBT模块，具有*的散热性和抗电磁干扰性，能够满足车规级产品的高可靠性要求。这样一来，中国新能源汽车企业又多了一个选择，为本土汽车功率半导体供应链增添了砝码。

近期，不仅智新半导体，在刚刚过去的6月份，以及7月上旬，短短一个多月时间内，中国本土的IGBT芯片和模块，特别是车用产品，不约而同地冒了出来，呈现出集体爆发的态势。

6月，华虹与斯达半导签订战略合作协议，双方共同宣布，携手打造的高功率车规级12英寸IGBT芯片实现量产，已通过终端车企产品验证，广泛进入了以汽车应用为代表的动力单元市场。

6月21日，士兰微公告称，公司拟通过控股子公司成都集佳科技有限公司投资建设“汽车级和工业级功率模块和功率集成器件封装生产线建设项目一期”。该项目总投资为7.58亿元。该项目建设期2年，达产期2年。投产后，IGBT模块将是主力产品。

6月23日，赛晶科技首条IGBT生产线正式竣工投产，IGBT生产线进入试生产阶段。据悉，该公司IGBT项目规划建设2条IGBT芯片背面工艺生产线、5条IGBT模块封装测试生产线，建成后年产能达200万件IGBT模块产品。其IGBT产品应用将涵盖600V至1700V的中低压领域，面向电动汽车、光伏风电、工业变频等市场。

7月5日，闻泰科技宣布通过荷兰子公司安世半导体收购英国半导体厂商Newport Wafer Fab的全部股票。Newport Wafer Fab成立于1982年，主要生产车用高能效功率半导体，而安世半导体是车用芯片和元器件的重要厂商，对于该收购案，闻泰科技董事长张学政表示，Newport的加入，将会有效提升安世半导体在车规级IGBT、MOSFET、Analog和化合物半导体等产品领域的能力。

无论是工厂开工，还是开始量产，或是并购，以上这些厂商都是聚焦在以车用为主的IGBT产品市场，体现出了该市场的火爆程度。

IGBT需求*盛

未来几年，电动汽车的销量增速有望超过50%。受益于政策支持及销售补助，预计全球及中国新能源电动车销量的复合年增长率将达到32%，这将带动相关半导体，电子产业链的快速发展，汽车作为拉动半导体产业发展的三驾马车之一绝非虚言（5G、物联网和汽车电子被认为是下*带动半导体产业发展的三大引擎）。

在汽车应用中，功率半导体用量仅次于MCU，其市场份额巨大。

新能源汽车新增半导体用量中大部分是功率半导体。在传统汽车中，功率半导体主要应用在启动与发电、安全等领域，占传统汽车半导体总量的20%，单车价值约为60美元。

由于新能源汽车普遍采用高压电路，当电池输出高电压时，需要频繁进行电压变换，这时电压转换电路（DC-DC）用量大幅提升，此外，还需要大量的DC-AC逆变器、变压器、换流器等，这些对IGBT、MOSFET、二极管等半导体器件的需求量也有大幅增加。以上这些极大带动了汽车电子系统对功率器件需求的增加。

根据麦肯锡的统计，纯电动汽车的半导体成本为704美元，比传统汽车的350美元增加了1倍，其中功率器件成本高达387美元，占55%。纯电动汽车相比传统汽车新增的半导体成本中，功率器件成本约为269 美元，占新增成本的76%。

新能源电动车动力产生和传输过程与汽油发动机有较大差异，需要频繁进行电压变换和直流-交流转换。加之纯电动车对续航里程的高需求，使得电能管理需求更精细化，这些对IGBT、MOSFET、二极管等功率分立器件的需求远高于传统汽车。而IGBT在汽车需求的带动下，将出现爆发式增长。

车用功率模块（当前的主流是IGBT）决定了车用电驱动系统的关键性能，同时占电机逆变器成本的40%以上，是核心部件。

IGBT约占电机驱动器成本的三分之一，而电机驱动器约占整车成本的15~20%，也就是说，IGBT占整车成本的5~7%。

在技术层面，IGBT芯片经历了一系列的迭代过程，包括从PT向NPT，再到FS的升级，这些使芯片变薄，降低了热阻，并提升了Tj；IEGT、CSTBT和MPT的引入，持续降低了Vce，并提高了功率密度；通过表面金属及钝化层优化，可满足车用的高可靠性要求。

近些年，IGBT在结构上也一直在创新，如出现了RC-IGBT，以及将FWD与IGBT集成到一起的设计；此外，在功能上也有集成，如集成电流、温度传感器等。

IGBT 广泛运用于汽车电机控制系统，目前，汽车电机控制系统需要用到数十个IGBT。以特斯拉为例，特斯拉后三相交流异步电机每相要用到28个IGBT，总计要用84个IGBT，加上电机其他部位的IGBT，特斯拉共计使用了96个IGBT（双电机还要加前电机的36个）。按照 4~5美元/个的价格计算，双电机IGBT价值大概在650美元左右。

虽然SiC MOSFET比IGBT更先进，且市场发展潜力很好（特斯拉已经采用SiC MOSFET，蔚来汽车也将陆续采用）。但就目前来看，SiC功率器件还存在着一些问题，具体表现在：成品率低，成本高；SiC和SiO2界面缺陷多，栅氧长期可靠性是个问题；SiC MOSFET缺少长期可靠性数据。

另外，SiC器件载流能力低，而成本过高，同等级别的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开通，后于IGBT关断，而IGBT可以实现ZVS（零电压开关），可大幅降低损耗。

总体来看，IGBT的电气特性接近SiC MOSFET芯片的90%，而成本则是SiC MOSFET的25%。因此，SiC和硅混合开关模块会有很大的市场应用前景，而纯SiC器件要想在汽车功率系统当中普及，还需要时间。IGBT依然是市场主力。

中国市场在成长

中国是新能源汽车最重要的市场之一，中国新能源车销售量占全球销量一半以上。

在这样的市场背景下，国际半导体大厂纷纷与国内汽车主机厂建立战略合作关系，例如，在2018年3月，上汽集团与英飞凌成立合资企业——上汽英飞凌半导体公司。据悉，上汽英飞凌半导体聚焦IGBT模块封装业务，旨在服务上汽集团及其他国内新能源汽车厂商，计划实现100万套的年产能。

另外，闻泰科技取得安世半导体控股权，后者在汽车功率半导体器件领域有着深厚的积累，其超过50%的产品应用在汽车领域，按照规划，安世半导体将在中国大陆逐步扩产。

对比汽车半导体的竞争格局和国外厂商的发展史，中国国内厂商主要有两种发展路径：一是在传统芯片领域通过收购获得技术和客户资源；二是在新能源汽车功率半导体和智能汽车芯片上发力。

电动化为汽车半导体市场带来新增需求的同时，也为国内汽车半导体厂商提供了不少机遇。目前，越来越多的国内厂商开始在新能源汽车功率半导体上布局，代表厂商包括比亚迪、中国中车、士兰微电子，以及前文提到的那几家厂商等。

不过，中国本土的汽车功率半导体厂商还比较弱，市占率比较低，短时间内难以与国际大厂形成真正的竞争关系，还需要不断成长。

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