汽車缺芯從MCU轉到IGBT，碳化硅功率器件“難解近渴”？

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2022-10-12 20:19:22 4

汽車行業分析公司AFS的最新數據顯示，由于芯片短缺，今年全球汽車市場累計減產量約為281.02萬輛。AFS預測，到今年年底，全球汽車制造商將減產368.06萬輛。

在過去的兩年里，全球范圍內的芯片短缺令所有人措手不及，其中最受影響的就是汽車芯片，導致各大汽車廠商陷入“停產待芯”的境地，紛紛放出了減產的消息。而近期，消費電子類的芯片需求大幅降低，出現減產砍單的現象，各大芯片廠商也將產能偏移向了更熱門的汽車芯片，并且更多的廠商也加入了汽車芯片的生產行列，于是就有“汽車芯片已經不再緊缺”的消息傳出。但據記者了解，僅僅是部分汽車芯片得到了緩解，整個汽車芯片市場正在往結構性緊缺上轉變。這其中最為緊俏的，甚至被稱為卡住汽車生產喉嚨的就是IGBT功率芯片。

需求大、擴產難、周期長，車用IGBT緊缺

據了解，雖然汽車產銷量同比下跌，但是新能源汽車卻同比大幅增長。而對于芯片的需求，新能源車要比傳統燃油車用量多很多，這也是導致汽車芯片需求，與汽車產量趨勢不匹配的原因之一。

與消費級、工業級產品相比，車規級芯片的安全性和穩定性要求高、研發周期長、技術門檻高、資金投入大，因此，發展車規級芯片面臨的挑戰也更多。汽車芯片可分為MCU、AI芯片、IGBT、模擬芯片、傳感器、存儲器等多種類型。此前最緊缺的MCU，在各大廠商的積極擴產下，目前已經得到了緩解，現在缺芯的主角也換成了IGBT。創道投資咨詢總經理步日欣在接受《中國電子報》記者采訪時表示，新能源汽車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，是目前大功率開關元器件中最為成熟也是應用最為廣泛的功率器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點，驅動功率小而飽和壓降低，是能源變換與傳輸的核心器件，被稱為“電子電力裝置的CPU”，發展潛力巨大。

賽迪顧問集成電路中心*咨詢顧問池憲念表示，由于新能源汽車及汽車向智能化發展，汽車芯片市場近兩年一直保持需求*盛狀態，其中作為新能源汽車核心零部件的IGBT是最為緊缺的產品之一。

全球IGBT市場規模

數據來源：公開資料

甚至此前有車企表示，能夠生產多少輛車，主要取決于IGBT功率芯片有多少的供應量，有的IGBT功率芯片的交付周期已經長達50周以上。芯謀研究*分析師張彬磊向《中國電子報》記者表示,其主要原因有兩點：一是需求大幅增長。汽車電動化趨勢加速，充放電模塊以及電池、電控、電驅三電系統對車規功率器件的需求快速增長，超出了其他芯片類型。二是車規功率器件擴產難、周期長。汽車功率器件的工藝制程相對較為落后，通常都是1um級以上制程，這種制程的芯片多數在8英寸線生產。當前8英寸線擴產或者新建面臨一些比較尷尬的問題，生產效率、成本、自動化程度、人力成本都遠不及12英寸線，因此無論是晶圓廠還是設備廠商都不愿意投入太多資源在8英寸上。甚至晶圓企業考慮到未來可能的產品組合和發展空間，寧可投入更多資金興建更加先進節點的12英寸晶圓線。

擴產難解燃眉之急，產能調配和碳化硅功率器件才是正解

據悉，盡管各大廠商都在積極擴產功率半導體，但當前的形勢依舊嚴峻。張彬磊指出，IGBT仍然沒有恢復正常交貨周期的原因比較復雜。有技術層面的原因，也有戰略層面的原因。技術層面來說，擴產還在路上。首先從項目評估、落地、廠房建設、設備采購到產線啟動生產運營需要3年左右時間，并且過去兩年設備交期也長達半年至一年左右；其次車規級芯片認證工作最快也需要2年左右的時間。戰略層面上，英飛凌、意法、瑞薩等幾個主要功率器件的頭部企業，都是在擴產上非常謹慎的，擴產力度和執行都沒有跟上需求增長。

數據來源：YOLE

現有產能調配是一個快捷和可行的方法。但是對于已經滿產的制造產線而言是不會輕易更換產品類型的，同時功率器件被普遍認為毛利低，一旦需求穩定，價格回落，晶圓線還要轉換產品類型，因此晶圓線也沒有特別大的動力將現有產能轉給功率器件。但是其中消費電子功率器件的產線可以經過車規認證和提升芯片技術來緩解汽車功率器件短缺的問題。

池憲念預測，當下功率器件的短缺預計會持續到2023年底，因為隨著新建產線的擴產以及新能源汽車需求量的降低，功率器件的需求量會達到相對穩定的水平。此外，隨著碳化硅功率半導體的技術成熟及成功投產使用，也會對功率半導體的短缺起到一定的緩解作用。

張彬磊也認為，受疫情和國際合作環境的影響，汽車功率器件的短缺還將持續一段時間，預期在半年到一年之間，主要是擴產和調配的雙重因素。碳化硅對硅基功率器件有較強的替代性，但是當下價格仍然更高，工藝還不穩定，供應量少，遠遠低于需求，因此碳化硅對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，他認為碳化硅功率器件確實在新能源汽車中會有很大的用武之地，也是IGBT的補充和競爭者，隨著碳化硅新勢力的逐步崛起，也會有效緩解車規級功率器件供應不足的問題。

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