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當(dāng)消費電子市場萎靡不振時，新能源成為最大的亮點。這在半導(dǎo)體對比尤為明顯。
同為明星企業(yè)，近期斯達(dá)半導(dǎo)和韋爾股份先后公布2022年年報，迎來上市以來最好與最差的財報：
根據(jù)年報，斯達(dá)半導(dǎo)實現(xiàn)營業(yè)利潤27.05億元，同比增長58.53%，歸母凈利潤8.18億元，同比增長105.24%，經(jīng)營活動產(chǎn)生的現(xiàn)金流量凈額凈流入6.68億元，同比增長87.37%，三項數(shù)據(jù)均為上市以來最高。
報告期內(nèi)，韋爾股份扣非后歸母凈利潤僅9579.31萬元，同比暴跌97.61%，上一次公司該項數(shù)據(jù)不足1億元要追溯到2014年，那年營收規(guī)模14.07億元，還不到2022年營收規(guī)模的十分之一。交出了上市6年以來最差財報。
韋爾股份雖是中國前三的CIS芯片廠商，但不免受消費電子需求下降、出貨減少造成利潤重創(chuàng)。而斯達(dá)半導(dǎo)是中國車規(guī)級模塊的新銳，受益于中國獨領(lǐng)風(fēng)騷的新能源汽車銷量，2022年該公司車規(guī)級IGBT模塊持續(xù)放量。
當(dāng)芯片去庫存時，IGBT作為唯一的例外。
新能源車的最強大腦
IGBT模塊，（Insulated Gate Bipolar Transistor）絕緣柵雙極型晶體管，又稱車規(guī)級功率半導(dǎo)體模塊，由雙極型三極管（BJT）和絕緣柵型場效應(yīng)管（MOS）組成，特點是高輸入阻抗和低導(dǎo)通壓降，非常適用于直流電流600V及以上的變流系統(tǒng)，應(yīng)用場景以及變頻器、逆變焊機、電磁感應(yīng)加熱、工業(yè)電源等。IGBT是工控及自動化領(lǐng)域的核心元器件，也是國際上堪稱的電子革命中最具代表性的產(chǎn)品。
△?中壓IGBT一般電壓在1200-2500V，適用于新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域，由于碳中和計劃的持續(xù)推行以及新能源領(lǐng)域的高速發(fā)展，該領(lǐng)域是中國IGBT本土廠商未來主要發(fā)力的領(lǐng)域
△?1700V IGBT模塊 圖源：斯達(dá)半導(dǎo)
新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)中電機控制器最廣泛的解決方案是采用IGBT。多個IGBT芯片集成封裝在一起，形成一個IGBT模塊，具有更高的功率和更強的散熱能力。IGBT主要應(yīng)用于新車的電池管理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、充電系統(tǒng)等?？芍苯诱瓶卣嚭诵闹笜?biāo)，被譽為新能源汽車“最強大腦”：
電控系統(tǒng)，作用于大功率直流/交流（DC/AC）逆變器后驅(qū)動汽車電機；
車載空調(diào)控制系統(tǒng)，作用于小功率直流/交流（DC/AC）逆變器；
充電樁作為智能充電樁中的開充電樁，智能充電樁中被作為開關(guān)元件使用；
△?圖源：芯能半導(dǎo)體
根據(jù)英飛凌年報，新能源汽車中功率半導(dǎo)體器件的價值約為傳統(tǒng)燃油汽車的五倍。其中，IGBT約占新能源汽車電控系統(tǒng)成本的37%，也就是說IGBT占整車成本的7-10%，僅次于動力電池。
車規(guī)級 IGBT 對產(chǎn)品性能的要求高于工業(yè)控制和消費類 IGBT。汽車運行環(huán)境復(fù)雜，車規(guī)級IGBT對溫度覆蓋范圍、誤碼率容忍度更低、使用壽命更長等要求更高。
IGBT制造商進(jìn)入汽車市場進(jìn)行認(rèn)證需要很長時間。華虹半導(dǎo)體工程師介紹，國內(nèi)芯片企業(yè)進(jìn)入汽車市場需要獲得AEC-Q100等車規(guī)級認(rèn)證。該認(rèn)證由歐美相關(guān)機構(gòu)監(jiān)管，認(rèn)證周期約為12至18個月。
IGBT制造商還需要與整車廠或Tier 1供應(yīng)商進(jìn)行型號導(dǎo)入測試驗證，時間約為2至3年。測試驗證完成后，汽車制造商往往不會立即轉(zhuǎn)產(chǎn)，而是要求供應(yīng)商作為第二或第三供應(yīng)商供貨，然后逐步增加裝機量。
IGBT訂單排至2026年
據(jù)先進(jìn)半導(dǎo)體研究預(yù)測，2022年全球IGBT市場規(guī)模將達(dá)到60億美元。根據(jù)DIGITIMES Research統(tǒng)計分析，2022年，由于電動汽車和光伏發(fā)電市場需求旺盛，整體供給-在供給側(cè)產(chǎn)能有限的情況下，需求缺口將達(dá)到13.6%。
展望2023年，全球IGBT產(chǎn)能將繼續(xù)擴大。多家IGBT企業(yè)表示，現(xiàn)有新建產(chǎn)線大多處于產(chǎn)能爬坡期。目前手頭訂單充足，訂單積壓普遍存在。時代電氣的IGBT訂單需求相當(dāng)旺盛，不少重要客戶都選擇簽訂三年長約（2024-2026）。受此影響，部分廠商的IGBT產(chǎn)線代工價格上漲了10%。
國際廠商紛紛加入IGBT擴產(chǎn)行列，預(yù)計主要投產(chǎn)時間落在2023-2025年之間。據(jù)知名經(jīng)銷商富昌電子近日發(fā)布的《2023Q1芯片市場報告》數(shù)據(jù)顯示，意法半導(dǎo)體、美高森美、英飛凌、艾賽克斯、飛兆半導(dǎo)體的IGBT Q1與2022年IGBT Q1相同。Q4交期基本一致，交期依然緊張，最短39周，最長54周。
半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入調(diào)整期，在巨大的終端市場需求帶動下，IGBT需求大幅增加，主要為新能源汽車、發(fā)電及儲能器件，而相關(guān)廠商產(chǎn)能擴張緩慢，認(rèn)證受阻尚需時日 考慮到與新能源汽車廠商的長期合作關(guān)系，IGBT提前兩三年就被預(yù)訂了。
在 3 月的投資者日，特斯拉將其電動汽車中的碳化硅用量削減 75%。業(yè)界普遍預(yù)計，硅基IGBT將成為高成本碳化硅的替代品。許多汽車制造商也在與特斯拉合作開發(fā)新的解決方案，這可能會增加硅基IGBT的應(yīng)用。
雖然碳化硅技術(shù)前景廣闊，但一些大廠在產(chǎn)能方面優(yōu)先考慮IGBT的規(guī)?；a(chǎn)，這也是一種彈性的調(diào)整。
中國占全球43%IGBT需求
長期訂單有增產(chǎn)動力。 因此，全球汽車芯片龍頭紛紛宣布將在2023年增加資本支出。
英飛凌宣布將投資50億歐元擴大12英寸產(chǎn)能，斥資超過20億歐元在馬來西亞建設(shè)功率半導(dǎo)體廠；安森美半導(dǎo)體正式收購格芯12英寸晶圓廠；意法半導(dǎo)體用40億美元增加12英寸1英寸晶圓產(chǎn)能；瑞薩電子計劃擴大日本以外的芯片產(chǎn)能；德州儀器計劃在美國建設(shè)第二座12英寸晶圓廠……種種燒錢動作，顯示出未來三年車規(guī)級芯片的強勁上升勢頭。
在IGBT行業(yè)，西方企業(yè)進(jìn)入行業(yè)早，門檻高，已形成巨頭壟斷局面。目前，全球排名前五的IGBT廠商分別是英飛凌、三菱、富士電機、安森美半導(dǎo)體和賽米控。其中，英飛凌在各個細(xì)分市場都具有較大的領(lǐng)先優(yōu)勢，占據(jù)了近50%的市場份額。
2022年全球新能源汽車銷量將達(dá)到1082.4萬輛，同比增長61.6%，中國新能源汽車銷量將達(dá)到688.4萬輛。EVTank預(yù)測，2025年和2030年全球新能源汽車銷量有望分別達(dá)到2542.2萬輛和5212.0萬輛。
IGBT近年來成為半導(dǎo)體和電動汽車布局的熱點。中國已成為全球最大的IGBT市場，占全球需求的43%。但車規(guī)級IGBT產(chǎn)品的國產(chǎn)化率仍然較低。
士蘭微在融資報告中指出：中國作為全球最大的新能源汽車市場，在車規(guī)級功率半導(dǎo)體市場已被國際巨頭占據(jù)。國內(nèi)自給率不足10%，供需缺口巨大。
國內(nèi)IGBT團(tuán)隊深知這場危機，以及背后的藍(lán)海市場。
國產(chǎn)IGBT大廠搶占未來三年
IGBT芯片自1980年代發(fā)展至今，經(jīng)歷了7代技術(shù)和工藝升級，從平面穿通（PT）到微槽場截止型，IGBT從芯片面積、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)不斷優(yōu)化。
IGBT4是目前應(yīng)用最廣泛的IGBT芯片技術(shù)，電壓包括600V、1200V、1700V，電流從10A到3600A。其產(chǎn)品正朝著小型化、大功率、高可靠性方向發(fā)展。目前英飛凌IGBT技術(shù)已經(jīng)迭代到第七代。
業(yè)內(nèi)人士表示，IGBT制造非常依賴技術(shù)經(jīng)驗的積累和行業(yè)人才的培養(yǎng)，國產(chǎn)替代的突破并不容易。但是，不要小看國內(nèi)力量的爆發(fā)力。與英飛凌相比，在技術(shù)上，已有多家企業(yè)在IGBT關(guān)鍵技術(shù)上實現(xiàn)了國產(chǎn)替代，產(chǎn)品快速從中端轉(zhuǎn)向高端。從產(chǎn)銷量來看，各大車企紛紛聯(lián)合投資或擴大產(chǎn)能，為未來3年擴大市場儲備彈藥。本土IGBT企業(yè)有足夠的時間迎頭趕上。
△?賽晶科技2023年1月推出最新研發(fā)成果：i20系列1700V IGBT芯片組、ST封裝IGBT模塊。綜合性能直逼采用第7代IGBT技術(shù)的英飛凌。
在IGBT芯片方面，比亞迪目前在全球IGBT模塊廠商中排名第二，市場份額為20%，居國內(nèi)第一。歷時19年，比亞迪半導(dǎo)體依靠自主研發(fā)，在車規(guī)級產(chǎn)品領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，成為國內(nèi)唯一擁有完整IGBT產(chǎn)業(yè)鏈的車企。其2021年量產(chǎn)裝載的超級混合動力DM4.0 IGBT模塊集驅(qū)動、發(fā)電、升降壓單元于一體，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，助力新能源汽車實現(xiàn)高效率、高集成度系統(tǒng)組件。同等工況下，綜合損耗較市場主流產(chǎn)品降低約20%，整車電耗顯著降低。
△?比亞迪半導(dǎo)體超級混動DM4.0 IGBT集成模塊
2021年，比亞迪半導(dǎo)體基于高密度Trench FS的IGBT 5.0技術(shù)實現(xiàn)量產(chǎn)。IGBT5.0（Trecnch FS IGBT）采用微溝槽結(jié)構(gòu)和復(fù)合場截止技術(shù)實現(xiàn)超低導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，并通過極度調(diào)諧的復(fù)合場截止技術(shù)實現(xiàn)軟關(guān)斷。在國內(nèi)市場，比亞迪2022年前三季度的功率模塊份額已經(jīng)達(dá)到21.1%，直逼第一的英飛凌25.7%。
思達(dá)半導(dǎo)體是國內(nèi)IGBT模塊的龍頭企業(yè)，其自主研發(fā)設(shè)計的IGBT芯片和快恢復(fù)二極管芯片是公司的核心競爭力。2018年公司成功量產(chǎn)各型號IGBT芯片和快恢復(fù)二極管芯片。經(jīng)過升級迭代，公司第七代FS-Trench型IGBT芯片現(xiàn)已通過驗證。到2022年，將有超過120萬輛新能源汽車搭載用于主電機控制器的車規(guī)級IGBT模塊。2023年，車規(guī)級SiCMosfet模塊將開始批量供應(yīng)電機控制器主要客戶。2024-2030年，思達(dá)半導(dǎo)體將為新能源汽車用IGBT模塊的銷量增長提供持續(xù)動力?！肮炯毙鐸GBT三期新增產(chǎn)能，以緩解過度旺盛的市場需求?！?/p>
思達(dá)半導(dǎo)體新定增項目融資35億元，用于IGBT芯片和SiC芯片的研發(fā)和生產(chǎn)。預(yù)計6英寸IGBT產(chǎn)能將達(dá)到30萬片/年，6英寸SiC芯片產(chǎn)能將達(dá)到6萬片/年。
△?控制器部分結(jié)構(gòu)圖 圖源：斯達(dá)半導(dǎo)
株洲中車時代電氣是國內(nèi)軌道交通裝備領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，是中國中車旗下的股份制企業(yè)。2008年，公司通過收購英國Dynex獲得大功率IGBT技術(shù)及其4英寸生產(chǎn)線，成為國內(nèi)為數(shù)不多的IDM廠商之一。該模型的IGBT企業(yè)在軌道交通和電網(wǎng)領(lǐng)域具有較高的市場占有率。公司現(xiàn)有IGBT生產(chǎn)線主要面向軌道交通、新能源、新能源汽車等領(lǐng)域。2022年上半年，中車時代電氣將完成全球首個大功率IGBT制氫電源的研制和示范試驗。據(jù)悉，目前時代電氣二期產(chǎn)能接近24萬片。公司擬投資58.26億元建設(shè)宜興項目。達(dá)產(chǎn)后可新增年產(chǎn)36萬片8英寸中低壓元件基板的生產(chǎn)能力。
華潤微電子是一家具備全產(chǎn)業(yè)鏈整合運營能力的半導(dǎo)體公司。2022年，華潤微電子功率器件事業(yè)群推出650V第五代（Trench FS V）高性能IGBT系列產(chǎn)品，適用于充電樁、不間斷電源系統(tǒng)（UPS）、車載充電器（OBC） ) 等領(lǐng)域。
△ CRMICRO第五代高性能IGBT系列產(chǎn)品
智芯半導(dǎo)體是東風(fēng)汽車與中國中車于2019年合資成立的新公司，2021年7月，智芯半導(dǎo)體自主研發(fā)的IGBT模塊正式下線，首批IGBT模塊下線計劃搭載東風(fēng)風(fēng)神、瀾途等自主品牌車型。 根據(jù)東風(fēng)汽車規(guī)劃，智芯半導(dǎo)體項目總規(guī)劃產(chǎn)能為120萬顆，旨在滿足2025年100萬輛新能源汽車“東方風(fēng)起”計劃的IGBT需求，其中一期將實現(xiàn)30萬個整車級模塊年封裝能力。
吉利科技旗下浙江京能微電子成功流片浙江京能微電子自主設(shè)計研發(fā)的首款車規(guī)級IGBT產(chǎn)品。這款I(lǐng)GBT芯片采用第七代微槽柵極和場截止技術(shù)，綜合性能指標(biāo)達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。萊迪思微電子與晶圓代工緊密結(jié)合，采用工藝共創(chuàng)的方式不斷提升芯片性能。
△?圖源：吉利科技集團(tuán)
廣州清瀾半導(dǎo)體是廣汽集團(tuán)下屬子公司與株洲中車時代于2022年合資成立的新公司，主要圍繞新能源汽車自主IGBT開展技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。總投資約4.63億元，分兩期建設(shè)。一期規(guī)劃產(chǎn)能為年產(chǎn)30萬片車用IGBT模塊，計劃2023年投產(chǎn)；投入生產(chǎn)。項目全部建成后，總產(chǎn)能為60萬只IGBT/年。
上汽英飛凌汽車功率半導(dǎo)體是上汽與英飛凌的合資企業(yè)。擁有量產(chǎn)車規(guī)級IGBT，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)眾多品牌新能源汽車。上汽還聯(lián)合入股吉塔半導(dǎo)體，加大車規(guī)級電源管理芯片、IGBT、碳化硅功率器件的研發(fā)力度。
但隨著國內(nèi)供應(yīng)鏈的崛起，已經(jīng)能夠在一定程度上滿足國內(nèi)需求，并且有產(chǎn)品可以大批量滿足下游客戶的需求。國信證券表示，在汽車缺芯的催化下，我國車用IGBT生態(tài)鏈日趨成熟。預(yù)計2025年全球新能源汽車IGBT市場空間將增至318.8億元以上。
IGBT需求將帶動基板產(chǎn)品的用量
車規(guī)級IBGT的散熱效率遠(yuǎn)高于工業(yè)級。 因此，導(dǎo)熱絕緣基板材料、灌封、塑封等封裝保護(hù)材料、界面導(dǎo)熱材料對IGBT的絕緣封裝和高效工作起著至關(guān)重要的作用。 . IGBT的主要材料是外封裝的陶瓷； 內(nèi)部零件為銀線、鍍金和硅膠。 陶瓷基板是重要的封裝材料。 IGBT的整體需求增加，因此將顯著帶動陶瓷基板的需求。
氧化鋁陶瓷基板是傳統(tǒng)IGBT模塊中最常用的陶瓷基板，但其熱性能已不適合高壓大功率汽車功率器件的發(fā)展。氮化鋁和氮化硅陶瓷基板具有導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)與硅匹配、電絕緣性高等優(yōu)點，提高了高壓IGBT模塊的可靠性。它們非常適用于封裝IGBT和功率模塊，逐漸取代氧化鋁陶瓷基板。IGBT功率模塊需求快速增長，對DBC和AMB陶瓷基板的需求也越來越大。資料顯示，意法半導(dǎo)體、比亞迪半導(dǎo)體、時代電氣均確定了AMB氮化硅襯底的技術(shù)路線。
在大功率電子封裝方面，鋁碳化硅以其獨特的優(yōu)勢成為不可替代的材料。英飛凌采用鋁碳化硅材料制成的IGBT底板。測試證明，經(jīng)過數(shù)萬次熱循環(huán)后，模塊工作正常，焊層完好無損。
在雙碳目標(biāo)和國產(chǎn)替代的背景下，符合時代特征的新材料將得到進(jìn)一步發(fā)展。
編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
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