汽车缺芯从MCU转到IGBT，碳化硅功率器件“难解近渴”？
2022-08-12
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汽车行业分析公司AFS的最新数据显示，由于芯片短缺，今年全球汽车市场累计减产量约为281.02万辆。AFS预测，到今年年底，全球汽车制造商将减产368.06万辆。
在过去的两年里，全球范围内的芯片短缺令所有人措手不及，其中最受影响的就是汽车芯片，导致各大汽车厂商陷入“停产待芯”的境地，纷纷放出了减产的消息。而近期，消费电子类的芯片需求大幅降低，出现减产砍单的现象，各大芯片厂商也将产能偏移向了更热门的汽车芯片，并且更多的厂商也加入了汽车芯片的生产行列，于是就有“汽车芯片已经不再紧缺”的消息传出。但据记者了解，仅仅是部分汽车芯片得到了缓解，整个汽车芯片市场正在往结构性紧缺上转变。这其中最为紧俏的，甚至被称为卡住汽车生产喉咙的就是IGBT功率芯片。
需求大、扩产难、周期长，车用IGBT紧缺
据了解，虽然汽车产销量同比下跌，但是新能源汽车却同比大幅增长。而对于芯片的需求，新能源车要比传统燃油车用量多很多，这也是导致汽车芯片需求，与汽车产量趋势不匹配的原因之一。
与消费级、工业级产品相比，车规级芯片的安全性和稳定性要求高、研发周期长、技术门槛高、资金投入大，因此，发展车规级芯片面临的挑战也更多。汽车芯片可分为MCU、AI芯片、IGBT、模拟芯片、传感器、存储器等多种类型。此前最紧缺的MCU，在各大厂商的积极扩产下，目前已经得到了缓解，现在缺芯的主角也换成了IGBT。创道投资咨询总经理步日欣在接受记者采访时表示，新能源汽车的电气特性更加明显，需要用到更多的功率器件，以IGBT和碳化硅功率器件为代表，扮演着非常核心的角色。
汽车所需芯片分布图
IGBT是指绝缘栅双极型晶体管芯片，是目前大功率开关元器件中最为成熟也是应用最为广泛的功率器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低，是能源变换与传输的核心器件，被称为“电子电力装置的CPU”，发展潜力巨大。
赛迪顾问集成电路中心高级咨询顾问池宪念表示，由于新能源汽车及汽车向智能化发展，汽车芯片市场近两年一直保持需求旺盛状态，其中作为新能源汽车核心零部件的IGBT是最为紧缺的产品之一。
全球IGBT市场规模
数据来源：公开资料
甚至此前有车企表示，能够生产多少辆车，主要取决于IGBT功率芯片有多少的供应量，有的IGBT功率芯片的交付周期已经长达50周以上。芯谋研究高级分析师张彬磊向记者表示，其主要原因有两点：一是需求大幅增长。汽车电动化趋势加速，充放电模块以及电池、电控、电驱三电系统对车规功率器件的需求快速增长，超出了其他芯片类型。二是车规功率器件扩产难、周期长。汽车功率器件的工艺制程相对较为落后，通常都是1um级以上制程，这种制程的芯片多数在8英寸线生产。当前8英寸线扩产或者新建面临一些比较尴尬的问题，生产效率、成本、自动化程度、人力成本都远不及12英寸线，因此无论是晶圆厂还是设备厂商都不愿意投入太多资源在8英寸上。甚至晶圆企业考虑到未来可能的产品组合和发展空间，宁可投入更多资金兴建更加先进节点的12英寸晶圆线。
扩产难解燃眉之急，产能调配和碳化硅功率器件才是正解
据悉，尽管各大厂商都在积极扩产功率半导体，但当前的形势依旧严峻。张彬磊指出，IGBT仍然没有恢复正常交货周期的原因比较复杂。有技术层面的原因，也有战略层面的原因。技术层面来说，扩产还在路上。首先从项目评估、落地、厂房建设、设备采购到产线启动生产运营需要3年左右时间，并且过去两年设备交期也长达半年至一年左右；其次车规级芯片认证工作最快也需要2年左右的时间。战略层面上，英飞凌、意法、瑞萨等几个主要功率器件的头部企业，都是在扩产上非常谨慎的，扩产力度和执行都没有跟上需求增长。
数据来源：YOLE
现有产能调配是一个快捷和可行的方法。但是对于已经满产的制造产线而言是不会轻易更换产品类型的，同时功率器件被普遍认为毛利低，一旦需求稳定，价格回落，晶圆线还要转换产品类型，因此晶圆线也没有特别大的动力将现有产能转给功率器件。但是其中消费电子功率器件的产线可以经过车规认证和提升芯片技术来缓解汽车功率器件短缺的问题。
池宪念预测，当下功率器件的短缺预计会持续到2023年底，因为随着新建产线的扩产以及新能源汽车需求量的降低，功率器件的需求量会达到相对稳定的水平。此外，随着碳化硅功率半导体的技术成熟及成功投产使用，也会对功率半导体的短缺起到一定的缓解作用。
张彬磊也认为，受疫情和国际合作环境的影响，汽车功率器件的短缺还将持续一段时间，预期在半年到一年之间，主要是扩产和调配的双重因素。碳化硅对硅基功率器件有较强的替代性，但是当下价格仍然更高，工艺还不稳定，供应量少，远远低于需求，因此碳化硅对于功率器件短缺只有非常有限的缓解作用。
步日欣则非常看好碳化硅功率器件，他认为碳化硅功率器件确实在新能源汽车中会有很大的用武之地，也是IGBT的补充和竞争者，随着碳化硅新势力的逐步崛起，也会有效缓解车规级功率器件供应不足的问题。
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