眾所周知,在新能源汽車中,,IGBT是很重要的一部分,,IGBT是汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分最核心的元件,它對于一輛汽車的穩(wěn)定性與安全性有著至關(guān)重要的影響,。
據(jù)了解,,IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)成本的一半,而電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占整車成本的15-20%,,而IGBT占整車成本的7-10%,,可以說是除電池之外成本第二高的元件,同時(shí)它也決定了整車的能源效率,。此外,,直流充電樁的核心也是IGBT管,直流充電樁30%的原材料成本就是IGBT,。
IGBT的發(fā)展史
IGBT學(xué)名是絕緣柵雙極型晶體管芯片(Insulated Gate Bipolar Transistor),,從芯片分類上來看屬于功率分立器件,并且IGBT是功率半導(dǎo)體新一代中的典型產(chǎn)品,。
在早期IGBT還不像現(xiàn)在這么強(qiáng)大,,1979年,MOS柵功率開關(guān)器件作為IGBT概念的先驅(qū)被提出,,在80年代初,,用于功率MOSFET制造技術(shù)的DMOS(雙擴(kuò)散形成的金屬-氧化物-半導(dǎo)體)工藝被采用到IGBT中來。那時(shí)硅芯片的結(jié)構(gòu)是一種較厚的NPT(非穿通)型設(shè)計(jì),,后天采用PT型結(jié)構(gòu)在參數(shù)折中得到了顯著改進(jìn),,同時(shí)在幾年中,采用PT設(shè)計(jì)的外延片上制備的DMOS平面柵結(jié)構(gòu),,其設(shè)計(jì)規(guī)則從5微米先進(jìn)到3微米,。
90年代中期,溝槽柵結(jié)構(gòu)返回到一種新概念的IGBT,,這時(shí)硅芯片重直結(jié)構(gòu)發(fā)生了急劇的轉(zhuǎn)變,,采用非穿通(NPT)結(jié)構(gòu),使得硅芯片變化成弱穿通(LPT)結(jié)構(gòu),。
到了1996年,,用CSTBT(載流子儲(chǔ)存的溝槽柵雙極晶體管)成功實(shí)現(xiàn)第5代IGBT模塊,,它采用了弱穿通(LPT)芯片結(jié)構(gòu),同時(shí)也采用了更先進(jìn)的寬元胞間距的設(shè)計(jì),,再度提升芯片的性能,。
歷時(shí)超30年,IGBT 已經(jīng)發(fā)展至第七代,,各方面性能不斷優(yōu)化,。目前為止,IGBT芯片經(jīng)歷了七代升級:襯底從 PT 穿通,,NPT 非穿通到 FS 場 截止,,柵極從平面到 Trench 溝槽,最后到第七代的精細(xì) Trench 溝槽,。隨著技術(shù)的升級,,芯片面積、工藝線寬,、通態(tài)功耗,、關(guān)斷時(shí)間、開關(guān) 功耗均不斷減小,,斷態(tài)電壓由第一代的600V升至第七代7000V,。
我國IGBT發(fā)展如何呢?筆者了解到,,比亞迪在2009年生產(chǎn)出首款車規(guī)級IGBT芯片;2017年,,中車株洲自主研發(fā)出首款達(dá)到世界領(lǐng)先水平的高鐵用IGBT芯片,;2021年7月,智新半導(dǎo)體掌握全鏈條關(guān)鍵核心技術(shù)量產(chǎn)出車規(guī)級IGBT芯片,。除此之外,,我國還有斯達(dá)半導(dǎo)、陸芯半導(dǎo)體,、士蘭微,、揚(yáng)杰科技等企業(yè)具備IGBT芯片生產(chǎn)能力。
車規(guī)賽道業(yè)績翻番,,訂單爆棚
全球IGBT芯片市場中,,德國英飛凌、日本三菱是領(lǐng)先生產(chǎn)商,,二者分別在新能源汽車用IGBT芯片,、高鐵用IGBT芯片領(lǐng)域處于壟斷地位。
中國已經(jīng)成為全球最大的IGBT市場,,在下游應(yīng)用領(lǐng)域中,,新能源汽車,、工業(yè)控制是IGBT最主要的應(yīng)用領(lǐng)域,合計(jì)占比超過50%,。其中新能源汽車市場占比31%,;工控領(lǐng)域市場占比20%。
根據(jù)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù),,2022年1-10月,,新能源汽車產(chǎn)銷分別達(dá)到548.5萬輛和528萬輛,同比均增長1.1倍,,市場占有率達(dá)到24%,。
在車規(guī)級IGBT領(lǐng)域,斯達(dá)半導(dǎo)與時(shí)代電氣為國內(nèi)龍頭企業(yè),。斯達(dá)半導(dǎo)在10月份披露的三季報(bào)預(yù)告顯示,,其前三季度預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)歸母凈利潤5.88億元-5.92億元,同比增長120.42%-121.93%,。
斯達(dá)半導(dǎo)單三季度預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)歸母凈利潤2.41億元-2.45億元,,同比增長114.10%-117.65%,環(huán)比增長23.38%-25.43%,。從環(huán)比來看,,其業(yè)績高速增長趨勢仍處于加速狀態(tài)。
時(shí)代電氣三季報(bào)顯示,,其在今年前三季度實(shí)現(xiàn)營收108.76億元,,同比增長27.56%,凈利潤達(dá)到15.63億元,,同比增長近三成,。從數(shù)據(jù)上看,不如斯達(dá)半導(dǎo)業(yè)績增長迅猛,,但該公司的功率半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)營收12.92億元,,同比增長高達(dá)77.82%。此外,,公司新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入8.35億元,,同比增長193.83%。
比亞迪半導(dǎo)體憑借新能源汽車第三季度營收1170.81億元,,同比增長115.59%,,其中歸母凈利潤達(dá)到了57.16億元,創(chuàng)單季新高,。前三季度累計(jì)實(shí)現(xiàn)營收約2676.88億元,,同比增長84.37%,歸屬于上市公司股東的凈利潤約93.11億元,同比增長281.13%,。值得注意的是,,比亞迪今年前三季度的凈利潤已超過去3年利潤總和。
除此之外,,揚(yáng)杰科技前三季歸母凈利潤為8.75億元-9.88億元,,比上年同期增長55%-75%。其中,,MOSFET,、IGBT、SiC等功率半導(dǎo)體器件銷售收入同比增長均超過100%,。
IGBT的擴(kuò)產(chǎn)熱
今年的IGBT行業(yè)供需格局依舊緊缺,,緩解供需錯(cuò)配狀況,國內(nèi)廠商近期密集宣布擴(kuò)產(chǎn),。
今年9月24日,,斯達(dá)半導(dǎo)宣布定增獲得發(fā)審委通過,將募資35億元用于IGBT芯片,、SiC芯片的研發(fā)及生產(chǎn),。預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)成6英寸IGBT產(chǎn)能30萬片/年,6英寸SiC芯片產(chǎn)能6萬片/年,。
同在9月份,,時(shí)代電氣宣布將投資111.2億元用于中低壓功率器件產(chǎn)業(yè)化(宜興)一期與中低壓功率器件產(chǎn)業(yè)化(株洲)的兩個(gè)建設(shè)項(xiàng)目。宜興的建設(shè)項(xiàng)目投資約58.26億元,,株洲的建設(shè)項(xiàng)目投資約52.93億元,,投資分別用于新能源汽車領(lǐng)域以及新能源發(fā)電、工控,、家電領(lǐng)域的年產(chǎn)36萬片8英寸中低壓組件基材產(chǎn)能,。
近日,時(shí)代電氣公司擬對控股子公司株洲中車時(shí)代半導(dǎo)體有限公司(以下簡稱“中車時(shí)代半導(dǎo)體”)增資人民幣24.6億元,,增資的資金用于中車時(shí)代半導(dǎo)體向公司購買汽車組件配套建設(shè)項(xiàng)目部分資產(chǎn),。據(jù)了解,,時(shí)代電氣的汽車組件配套建設(shè)項(xiàng)目總投資33億元,,項(xiàng)目于2019年開始建設(shè),預(yù)計(jì)2023年完成建設(shè),,這是全套項(xiàng)目,,里面包含IGBT項(xiàng)目。
士蘭微此前披露非公開發(fā)行A股股票預(yù)案,,擬定增募集資金總額不超過65億元,,用于年產(chǎn)36萬片12英寸芯片生產(chǎn)線項(xiàng)目、SiC功率器件生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目,、汽車半導(dǎo)體封裝項(xiàng)目(一期),、補(bǔ)充流動(dòng)資金,。
總結(jié)
據(jù)Omdia預(yù)測,預(yù)計(jì)至2024年全球功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將增長至522億美元,,其中MOSFET和IGBT有望成為未來5年增長最強(qiáng)勁的功率器件,。
目前規(guī)劃的產(chǎn)能還有著較長的爬坡階段,時(shí)代電氣三期項(xiàng)目建設(shè)期約24個(gè)月,,士蘭微定增項(xiàng)目建設(shè)期則為3年,,短期來看,國內(nèi)供需錯(cuò)配局面很難改變,。
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