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        IGBT長期依賴國外巨頭新能源行業一“芯”難求

        發布日期:2022-03-01

        2018年來,新能源汽車一直保持較為高速的發展。12月10日,全國乘用車市場信息聯席會(以下簡稱“乘聯會”)發布了11月我國乘用車產銷數據。11月的新能源車批發銷量達到13.6萬輛,環比增長19.1%,同比增長69%;其中插混同比增長87%,純電動同比增長65%。1~11月新能源乘用車批發88萬輛。

        然而,在新能源汽車高速發展的同時,其上游零部件的產能不足則容易造成“卡脖子”。比亞迪第六事業部兼太陽能事業部總經理陳剛介紹道,在產能方面,新能源汽車的發展會受限于電池以及IGBT產品的產能現狀。

        相關數據顯示,中國IGBT市場一直被國際巨頭壟斷,90%的份額掌握在英飛凌、三菱等海外巨頭手中。中國半導體行業協會IC設計分會副理事長周生明表示,國內單一產品進口最大的是芯片,企業對國外產品具有依賴性,但是這種依賴性并不可取,特別是當產品形成競爭時影響更甚。

        車企“揮金”發展IGBT

        據了解,IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)是一種大功率的電力電子器件,主要用于變頻器逆變和其他逆變電路,將直流電壓逆變成頻率可調的交流電,俗稱電力電子裝置的“CPU”。IGBT是能源變換與傳輸的核心器件,采用IGBT進行功率變換,能夠提高用電效率和質量,是解決能源短缺問題和降低碳排放的關鍵技術。

        12月10日,比亞迪股份有限公司(002594.SZ,以下簡稱“比亞迪”)發布IGBT4.0技術。就在當天下午,《中國經營報》記者到寧波比亞迪半導體有限公司,參觀了IGBT制造中重要的四大區:擴散區、薄膜區、黃光區和蝕刻區。比亞迪第六事業部高級研發經理吳海平向記者介紹時提到,IGBT4.0電流輸出能力較當前市場主流的IGBT高15%;同等工況下IGBT4.0綜合損耗較當前市場主流的IGBT降低了約20%。

        對于比亞迪在IGBT上的發展,陳剛表示,2005年比亞迪就組建了IGBT研發團隊,并于2008年10月收購寧波中緯半導體晶圓廠。“目前,比亞迪是中國唯一一家擁有完整產業鏈的車企:包含IGBT芯片設計和制造,模組設計和制造,大功率器件測試應用平臺,電源及電控等。”

        此外,陳剛介紹道,比亞迪已投入巨資布局性能更加優異的第三代半導體材料SiC(碳化硅),有望于2019年推出搭載SiC電控的電動車。預計到2023年,比亞迪旗下的電動車將全面搭載SiC電控。

        據了解,在國內市場,僅有中車時代電氣、比亞迪等企業掌握IGBT的研發生產。近兩年來,上汽、北汽等整車企業開始通過與其他企業合作掌握相關技術。

        國際巨頭壟斷嚴重

        作為主流的新型電力電子器件之一,IGBT在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車、新能源裝備,以及工業領域(高壓大電流場合的交直流電轉換和變頻控制)等應用極廣,是上述應用中的核心技術。

        然而,數據顯示,中國IGBT市場一直被國際巨頭壟斷,90%的份額掌握在英飛凌、三菱等海外巨頭手中。周生明表示,國內單一產品進口最大的是芯片,對國外產品具有依賴性,但是這種依賴性并不可取,特別是當產品形成競爭時影響更甚。

        中信建投的研究顯示,2017年,中國國內的IGBT市場規模約121億元,約占全球總需求的50%。但我國IGBT起步較晚,國內市場份額主要被國際巨頭壟斷,國產化率只有11%,進口依賴程度較高,國產替代空間巨大。

        國內研發IGBT的企業較少,或與IGBT研發生產的高難度有關。比亞迪相關技術人員表示,IGBT芯片僅有人的指甲大小,但卻要在其上蝕刻十幾萬乃至幾十萬的微觀結構電路,僅能在顯微鏡下查看。

        從IGBT芯片設計上,涉及到的參數多達十幾個,很多參數之間是相互矛盾的,需要根據應用折中考慮。而在晶圓制造工藝上,采用最新的1200V FS技術的IGBT,需要將晶圓減薄到120um(約兩根頭發絲直徑)的厚度,再進行10余道工序加工。“晶圓制造的廠房潔凈度要求非常高,需要一級凈化。一個零點幾微米的微塵掉落在晶圓上,就會造成一顆IGBT芯片失效。”上述技術人員如是說。

        此外,IGBT模塊設計也有非常大的難度,需要考慮材料匹配、散熱、結構、功率密度、外觀、重量等多項指標。

        陳剛表示,半導體研發的門檻較高,并非單靠資金就能做好,研發過程中也需要下游的拉動。“如果上下游不能進行良好的溝通融合,可能耗費巨額資金生產的產品并不適用于應用端,造成與下游脫節的可能性。”比亞迪第六事業部產品總監楊欽耀也向記者表示,應用拉動、人才培養、產品標準化是IGBT生產中三個要素。

        征戰IGBT市場

        2018年來,新能源汽車產銷量爆發。2018~2020年,中國新能源汽車產量年復合增長率將超過40%,2018年中國新能源汽車產量有望達到100萬輛。

        新能源汽車的高速發展或會帶動IGBT的市場增長。陳剛表示,IGBT和電池是當今制約電動車發展的兩大核心技術,而芯片是現代制造業的核心產業。據介紹,IGBT作為新能源汽車核心零部件,其在整車成本中的占比約5%。

        據集邦咨詢分析,2018~2025年期間,中國新能源汽車及相關產業帶動的IGBT市場規模共計超過1200億元。其中,2025年單年,中國新能源汽車所用IGBT市場規模將達到210億元;2018~2025年,中國新能源汽車所用IGBT累計新增市場規模超過900億元。

        但與此同時,新能源汽車增速或顯著高于車規級IGBT增速,導致IGBT供貨愈加緊張。從目前情況來看,根據富昌電子(Future Electronics LTD,世界三大電子元器件分銷商之一)對2018年上半年IGBT產品交貨周期的統計,IGBT交貨周期已經大幅延長,且在未來一段時間有延長趨勢。

        統計顯示,一般而言,IGBT的交貨周期在8~12周左右,然而2017年四季度大部分廠商的交貨周期已經延長至18~20周。而到2018年上半年,平均交貨周期又延長至20~26周,應用于汽車的IGBT模塊的交貨周期最長需要52周,英飛凌、ON Semi、IXYS等主要IGBT產品供應商的供貨周期均存在延長現象。

        國金證券分析道,預計2022年單年,全球新能源汽車的年產銷量將達到600萬輛,2018~2022年年均復合增長率達30%。但同期車規級IGBT市場的年均復合增長率僅為15.7%。

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