汽車(chē)缺芯從MCU轉(zhuǎn)到IGBT，碳化硅功率器件“難解近渴”？

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2022-10-12 20:19:22 1

汽車(chē)行業(yè)分析公司AFS的最新數(shù)據(jù)顯示，由于芯片短缺，今年全球汽車(chē)市場(chǎng)累計(jì)減產(chǎn)量約為281.02萬(wàn)輛。AFS預(yù)測(cè)，到今年年底，全球汽車(chē)制造商將減產(chǎn)368.06萬(wàn)輛。

在過(guò)去的兩年里，全球范圍內(nèi)的芯片短缺令所有人措手不及，其中最受影響的就是汽車(chē)芯片，導(dǎo)致各大汽車(chē)廠商陷入“停產(chǎn)待芯”的境地，紛紛放出了減產(chǎn)的消息。而近期，消費(fèi)電子類(lèi)的芯片需求大幅降低，出現(xiàn)減產(chǎn)砍單的現(xiàn)象，各大芯片廠商也將產(chǎn)能偏移向了更熱門(mén)的汽車(chē)芯片，并且更多的廠商也加入了汽車(chē)芯片的生產(chǎn)行列，于是就有“汽車(chē)芯片已經(jīng)不再緊缺”的消息傳出。但據(jù)記者了解，僅僅是部分汽車(chē)芯片得到了緩解，整個(gè)汽車(chē)芯片市場(chǎng)正在往結(jié)構(gòu)性緊缺上轉(zhuǎn)變。這其中最為緊俏的，甚至被稱(chēng)為卡住汽車(chē)生產(chǎn)喉嚨的就是IGBT功率芯片。

需求大、擴(kuò)產(chǎn)難、周期長(zhǎng)，車(chē)用IGBT緊缺

據(jù)了解，雖然汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量同比下跌，但是新能源汽車(chē)卻同比大幅增長(zhǎng)。而對(duì)于芯片的需求，新能源車(chē)要比傳統(tǒng)燃油車(chē)用量多很多，這也是導(dǎo)致汽車(chē)芯片需求，與汽車(chē)產(chǎn)量趨勢(shì)不匹配的原因之一。

與消費(fèi)級(jí)、工業(yè)級(jí)產(chǎn)品相比，車(chē)規(guī)級(jí)芯片的安全性和穩(wěn)定性要求高、研發(fā)周期長(zhǎng)、技術(shù)門(mén)檻高、資金投入大，因此，發(fā)展車(chē)規(guī)級(jí)芯片面臨的挑戰(zhàn)也更多。汽車(chē)芯片可分為MCU、AI芯片、IGBT、模擬芯片、傳感器、存儲(chǔ)器等多種類(lèi)型。此前最緊缺的MCU，在各大廠商的積極擴(kuò)產(chǎn)下，目前已經(jīng)得到了緩解，現(xiàn)在缺芯的主角也換成了IGBT。創(chuàng)道投資咨詢總經(jīng)理步日欣在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，新能源汽車(chē)的電氣特性更加明顯，需要用到更多的功率器件，以IGBT和碳化硅功率器件為代表，扮演著非常核心的角色。

汽車(chē)所需芯片分布圖

IGBT是指絕緣柵雙極型晶體管芯片，是目前大功率開(kāi)關(guān)元器件中最為成熟也是應(yīng)用最為廣泛的功率器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低，是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷环Q(chēng)為“電子電力裝置的CPU”，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>

賽迪顧問(wèn)集成電路中心*咨詢顧問(wèn)池憲念表示，由于新能源汽車(chē)及汽車(chē)向智能化發(fā)展，汽車(chē)芯片市場(chǎng)近兩年一直保持需求*盛狀態(tài)，其中作為新能源汽車(chē)核心零部件的IGBT是最為緊缺的產(chǎn)品之一。

全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模

數(shù)據(jù)來(lái)源：公開(kāi)資料

甚至此前有車(chē)企表示，能夠生產(chǎn)多少輛車(chē)，主要取決于IGBT功率芯片有多少的供應(yīng)量，有的IGBT功率芯片的交付周期已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)50周以上。芯謀研究*分析師張彬磊向《中國(guó)電子報(bào)》記者表示,其主要原因有兩點(diǎn)：一是需求大幅增長(zhǎng)。汽車(chē)電動(dòng)化趨勢(shì)加速，充放電模塊以及電池、電控、電驅(qū)三電系統(tǒng)對(duì)車(chē)規(guī)功率器件的需求快速增長(zhǎng)，超出了其他芯片類(lèi)型。二是車(chē)規(guī)功率器件擴(kuò)產(chǎn)難、周期長(zhǎng)。汽車(chē)功率器件的工藝制程相對(duì)較為落后，通常都是1um級(jí)以上制程，這種制程的芯片多數(shù)在8英寸線生產(chǎn)。當(dāng)前8英寸線擴(kuò)產(chǎn)或者新建面臨一些比較尷尬的問(wèn)題，生產(chǎn)效率、成本、自動(dòng)化程度、人力成本都遠(yuǎn)不及12英寸線，因此無(wú)論是晶圓廠還是設(shè)備廠商都不愿意投入太多資源在8英寸上。甚至晶圓企業(yè)考慮到未來(lái)可能的產(chǎn)品組合和發(fā)展空間，寧可投入更多資金興建更加先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的12英寸晶圓線。

擴(kuò)產(chǎn)難解燃眉之急，產(chǎn)能調(diào)配和碳化硅功率器件才是正解

據(jù)悉，盡管各大廠商都在積極擴(kuò)產(chǎn)功率半導(dǎo)體，但當(dāng)前的形勢(shì)依舊嚴(yán)峻。張彬磊指出，IGBT仍然沒(méi)有恢復(fù)正常交貨周期的原因比較復(fù)雜。有技術(shù)層面的原因，也有戰(zhàn)略層面的原因。技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，擴(kuò)產(chǎn)還在路上。首先從項(xiàng)目評(píng)估、落地、廠房建設(shè)、設(shè)備采購(gòu)到產(chǎn)線啟動(dòng)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)需要3年左右時(shí)間，并且過(guò)去兩年設(shè)備交期也長(zhǎng)達(dá)半年至一年左右；其次車(chē)規(guī)級(jí)芯片認(rèn)證工作最快也需要2年左右的時(shí)間。戰(zhàn)略層面上，英飛凌、意法、瑞薩等幾個(gè)主要功率器件的頭部企業(yè)，都是在擴(kuò)產(chǎn)上非常謹(jǐn)慎的，擴(kuò)產(chǎn)力度和執(zhí)行都沒(méi)有跟上需求增長(zhǎng)。

數(shù)據(jù)來(lái)源：YOLE

現(xiàn)有產(chǎn)能調(diào)配是一個(gè)快捷和可行的方法。但是對(duì)于已經(jīng)滿產(chǎn)的制造產(chǎn)線而言是不會(huì)輕易更換產(chǎn)品類(lèi)型的，同時(shí)功率器件被普遍認(rèn)為毛利低，一旦需求穩(wěn)定，價(jià)格回落，晶圓線還要轉(zhuǎn)換產(chǎn)品類(lèi)型，因此晶圓線也沒(méi)有特別大的動(dòng)力將現(xiàn)有產(chǎn)能轉(zhuǎn)給功率器件。但是其中消費(fèi)電子功率器件的產(chǎn)線可以經(jīng)過(guò)車(chē)規(guī)認(rèn)證和提升芯片技術(shù)來(lái)緩解汽車(chē)功率器件短缺的問(wèn)題。

池憲念預(yù)測(cè)，當(dāng)下功率器件的短缺預(yù)計(jì)會(huì)持續(xù)到2023年底，因?yàn)殡S著新建產(chǎn)線的擴(kuò)產(chǎn)以及新能源汽車(chē)需求量的降低，功率器件的需求量會(huì)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的水平。此外，隨著碳化硅功率半導(dǎo)體的技術(shù)成熟及成功投產(chǎn)使用，也會(huì)對(duì)功率半導(dǎo)體的短缺起到一定的緩解作用。

張彬磊也認(rèn)為，受疫情和國(guó)際合作環(huán)境的影響，汽車(chē)功率器件的短缺還將持續(xù)一段時(shí)間，預(yù)期在半年到一年之間，主要是擴(kuò)產(chǎn)和調(diào)配的雙重因素。碳化硅對(duì)硅基功率器件有較強(qiáng)的替代性，但是當(dāng)下價(jià)格仍然更高，工藝還不穩(wěn)定，供應(yīng)量少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于需求，因此碳化硅對(duì)于功率器件短缺只有非常有限的緩解作用。

步日欣則非常看好碳化硅功率器件，他認(rèn)為碳化硅功率器件確實(shí)在新能源汽車(chē)中會(huì)有很大的用武之地，也是IGBT的補(bǔ)充和競(jìng)爭(zhēng)者，隨著碳化硅新勢(shì)力的逐步崛起，也會(huì)有效緩解車(chē)規(guī)級(jí)功率器件供應(yīng)不足的問(wèn)題。

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