近年來，以SiC（SiC）、氮化鎵（GaN）等材料為代表的化合物半導(dǎo)體因其寬禁帶、高飽和漂移速度、高臨界擊穿電場(chǎng)等優(yōu)異的性能而飽受關(guān)注。SiC和Si來競(jìng)爭(zhēng)制造功率半導(dǎo)體無論是在科學(xué)和實(shí)踐上都得到了實(shí)力上的體現(xiàn)，尤其是隨著新能源電動(dòng)車的普及和發(fā)展，主機(jī)廠開始轉(zhuǎn)向800V高壓平臺(tái)，對(duì)SiC的需求量越來越大，其在汽車上的應(yīng)用步伐也在加快。這就對(duì)硅基的IGBT帶來了一定的沖擊。

但是最近關(guān)于IGBT缺貨的消息不脛而走，起因是臺(tái)媒的一則消息報(bào)道，茂迪董事長(zhǎng)葉正賢表示，IGBT漲價(jià)缺貨已不是新鮮事，不是價(jià)格多高的問題，而是根本買不到。與此同時(shí)，代工廠也跟著水漲船高，代工廠商漢磊集團(tuán)今年初調(diào)漲IGBT產(chǎn)線代工價(jià)一成左右，凸顯市場(chǎng)火熱。

而從全球幾大IGBT廠商的交期來看，似乎也顯示出IGBT確實(shí)緊俏。目前IGBT主要由歐、日大廠主導(dǎo)，英飛凌的全球IGBT市占率超過32%，此外，日本富士電機(jī)、安森美、東芝、意法半導(dǎo)體等也是主要供應(yīng)商，這幾大IGBT廠商的交貨期也平均在50周左右。

IGBT更受追捧，缺貨難解

IGBT是近期半導(dǎo)體組件中，唯一還能大漲價(jià)且一路供不應(yīng)求的品項(xiàng)。

導(dǎo)致IGBT缺貨、漲價(jià)的原因主要有四點(diǎn)：其一，需求旺盛，車用、工業(yè)應(yīng)用所需IGBT用量大增；其二，供給不足，產(chǎn)能擴(kuò)增緩慢；其三，風(fēng)光儲(chǔ)需求旺盛帶動(dòng)IGBT需求強(qiáng)勁；其四，特斯拉大砍75%碳化硅用量，IGBT為潛在替代方案。

根據(jù)市場(chǎng)消息，6月安森美的IGBT供應(yīng)短缺，交期仍在40周以上，無明顯緩解。根據(jù)富昌電子公布的《2023 Q1芯片市場(chǎng)行情報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，意法半導(dǎo)體、英飛凌、Microsemi、IXYS的IGBT交期與2022 Q4的交期一致，最長(zhǎng)達(dá)54周。工業(yè)、車用領(lǐng)域的IGBT需求仍然緊俏。有業(yè)內(nèi)人士表示，IGBT缺貨問題至少在2024年中前難以解決；部分廠商IGBT產(chǎn)線代工價(jià)上漲10%。

現(xiàn)階段全球產(chǎn)能緊缺，IGBT市場(chǎng)面臨短期內(nèi)供不應(yīng)求的狀態(tài)，這為國(guó)產(chǎn)企業(yè)提供了機(jī)遇。如今，本土IGBT產(chǎn)品性能已經(jīng)逐漸成熟，且部分產(chǎn)品性能可對(duì)標(biāo)海外IGBT大廠產(chǎn)品，加速國(guó)產(chǎn)化IGBT產(chǎn)品市場(chǎng)滲透，逐步切入高端市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)一眾廠商如揚(yáng)杰科技、斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、新潔能、紫光國(guó)微等也在加快擴(kuò)產(chǎn)和研發(fā)步伐。


SiC替代不了IGBT

誠(chéng)然，SiC雖然具有一些優(yōu)越的特性，但并不適用于所有應(yīng)用場(chǎng)景。SiC晶體管具有更高的開關(guān)速度、更低的導(dǎo)通電阻和更高的耐壓能力等優(yōu)點(diǎn)，這使得它們非常適合高頻、高壓等應(yīng)用場(chǎng)景，在600–1,700V范圍應(yīng)用上SiC功率器件具有很大的優(yōu)勢(shì)，尤其是新能源汽車領(lǐng)域，傳統(tǒng)硅基IGBT芯片在高壓快充車型中已經(jīng)達(dá)到了材料的物理極限，所以新能源汽車開始紛紛擁抱SiC。

但是，SiC晶體管的劣勢(shì)在于，其價(jià)格相對(duì)較高，SiC生產(chǎn)過程也更加復(fù)雜。SiC價(jià)格較高的主因是因?yàn)镾iC襯底導(dǎo)致：SiC晶體生長(zhǎng)的速度緩慢，SiC晶體長(zhǎng)1cm大約需要7天，相比之下，拉出一根2米左右的8英寸硅棒僅需要2-3天時(shí)間；SiC的硬度也很高，不僅切削時(shí)間長(zhǎng)，而且良率還低，一般來說，硅片的切割只需要幾個(gè)小時(shí)，而SiC則需要數(shù)百小時(shí)。因此，SiC產(chǎn)業(yè)鏈的實(shí)際控制權(quán)掌握在襯底供應(yīng)商中。除此之外，其他生產(chǎn)成本也比Si高，但相對(duì)襯底所占的比重則較小，SiC加工生產(chǎn)需要更高的溫度個(gè)更昂貴的耗材。SiC晶體管也存在一些缺點(diǎn)，比如容易受到損壞、溫度敏感等問題。綜合這些特點(diǎn)來看，SiC并不適用于一些低成本、低功率的應(yīng)用場(chǎng)景。

IGBT的制造成本低于SiC MOSFET，因?yàn)镮GBT使用的硅基材料成本低，生產(chǎn)技術(shù)成熟，硅的價(jià)格僅為寬禁帶材料的三分之一至四分之一。其次，IGBT的可靠性比SiC MOSFET高，因?yàn)镮GBT的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，故障率較低。同時(shí)，IGBT具有更好的電容性能和更好的抗過壓能力，適用于大功率、大電流的應(yīng)用場(chǎng)景。譬如在DC-DC這種對(duì)環(huán)境要求不是很高、對(duì)重量和空間要求也不高的充電樁領(lǐng)域，想要替代成本最具優(yōu)勢(shì)的IGBT有很大的難度。

因此，SiC并不能完全替代IGBT。

此前有業(yè)內(nèi)人士也告訴過筆者，“SiC就像一個(gè)聰明而又個(gè)性極強(qiáng)的少年，優(yōu)點(diǎn)突出，缺點(diǎn)同樣突出。IGBT更像一個(gè)持重而成熟的青年，可以扛起功率器件的重?fù)?dān)。”

英飛凌科技高級(jí)副總裁、汽車電子事業(yè)部大中華區(qū)負(fù)責(zé)人曹彥飛在近日的一次媒體溝通會(huì)上也表示：“對(duì)于許多把頂尖性能和外形因素放在次要位置的應(yīng)用，硅基仍然頗具競(jìng)爭(zhēng)力。我們認(rèn)為在汽車領(lǐng)域，Si跟SiC在中長(zhǎng)期一定會(huì)是并存的。”

事實(shí)確實(shí)如此，IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）作為一種新型功率半導(dǎo)體器件，是國(guó)際上公認(rèn)的電力電子技術(shù)第三次革命最具代表性的產(chǎn)品，是工業(yè)控制及自動(dòng)化領(lǐng)域的核心元器件，IGBT 被稱為電力電子行業(yè)里的“CPU”。IGBT在很多應(yīng)用場(chǎng)景中仍然是最佳選擇，IGBT被廣泛應(yīng)用于變頻器、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等領(lǐng)域，而這些領(lǐng)域的發(fā)展速度非常快，導(dǎo)致了IGBT的需求量也快速增長(zhǎng)。


國(guó)產(chǎn)廠商迎來大豐收

IGBT的持續(xù)火熱，國(guó)產(chǎn)廠商迎來的不只是訂單的大豐收，還有業(yè)績(jī)的大豐收。

首先在訂單量方面，近日時(shí)代電氣披露調(diào)研紀(jì)要顯示，IGBT器件已有產(chǎn)能基本跑滿，第一季度合計(jì)IGBT有7.23億。傳感器件、功率器件、新能源汽車電驅(qū)是一個(gè)量綱訂單，目前產(chǎn)能排得很緊，達(dá)產(chǎn)率非常高。公司在去年第三季度就基本把今年IGBT產(chǎn)能排滿了。

斯達(dá)半導(dǎo)也表示光伏領(lǐng)域在手訂單是現(xiàn)有產(chǎn)能的數(shù)倍之多。士蘭微、華潤(rùn)微、宏微科技都表示在手訂單量飽滿，產(chǎn)能供不應(yīng)求。

其次，再看業(yè)績(jī)。2022年時(shí)代電氣全年?duì)I收180.34億元，同比增長(zhǎng)19.26%。2023年Q1，時(shí)代電氣營(yíng)業(yè)收入人民幣30.85億元，同比增長(zhǎng)21.25%，漲勢(shì)喜人。

斯達(dá)半導(dǎo)體更是連續(xù)7年實(shí)現(xiàn)營(yíng)收、凈利潤(rùn)雙增。尤其是2022年其營(yíng)業(yè)收入27.05億元，同比增長(zhǎng)58.53%，歸屬于上市公司股東的凈利潤(rùn)8.18億元，同比增長(zhǎng)105.24%。

此外，士蘭微、揚(yáng)杰科技、宏微科技等公司的營(yíng)業(yè)收入都在2022年實(shí)現(xiàn)大幅增長(zhǎng)。


國(guó)產(chǎn)IGBT產(chǎn)能何時(shí)落地？

2021年，斯達(dá)半導(dǎo)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，具體投產(chǎn)時(shí)間未知。

2022年10月，時(shí)代電氣啟動(dòng)了IGBT三期新產(chǎn)線建設(shè)準(zhǔn)備工作，公司此前已投資建設(shè)了一期、二期產(chǎn)線。三期總投資額111 億元，其中宜興項(xiàng)目投資58 億元、株洲項(xiàng)目53 億元。宜興項(xiàng)目，一期規(guī)劃產(chǎn)能是年產(chǎn)36 萬片8 英寸IGBT，產(chǎn)品主要用于新能源車領(lǐng)域。株洲項(xiàng)目，建成后產(chǎn)能年產(chǎn)36 萬片8英寸IGBT，主要用于新能源發(fā)電、工控、家電。三期項(xiàng)目建設(shè)周期24 個(gè)月，預(yù)計(jì)2024年6-7月才會(huì)投產(chǎn)。

2022年6月，士蘭微投資建設(shè)“年產(chǎn)720萬塊汽車級(jí)功率模塊封裝項(xiàng)目”該項(xiàng)目總投資30億元。隨后在10月，又定增不超過65億元，用于年產(chǎn)36萬片12英寸芯片生產(chǎn)線項(xiàng)目（39億元）、SiC功率器件生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目（15億元）、汽車半導(dǎo)體封裝項(xiàng)目（一期）（30億元）等。此次的定增項(xiàng)目建設(shè)期為3 年，也就是預(yù)計(jì)2025年投產(chǎn)。

華潤(rùn)微的IGBT產(chǎn)能也會(huì)在今年有所新增。華潤(rùn)微高管此前預(yù)計(jì)，2023年資本性開支較2022年將增加至百億規(guī)模，主要涉及重慶12英寸、深圳12英寸、先進(jìn)功率封測(cè)基地以及公司對(duì)外投資并購項(xiàng)目。根據(jù)規(guī)劃，華潤(rùn)微6英寸晶圓制造生產(chǎn)線主要增加第三代半導(dǎo)體產(chǎn)能包括碳化硅和氮化鎵；今年8英寸晶圓制造生產(chǎn)線通過技改、IGBT等重點(diǎn)產(chǎn)品產(chǎn)能擴(kuò)充會(huì)帶來一定幅度的產(chǎn)能增加；重慶12英寸2023年底目標(biāo)是爬坡至2萬片。

有分析指出，2021年及以前，中國(guó)有80%—90%的IGBT產(chǎn)品均需要進(jìn)口，2022年整體IGBT國(guó)產(chǎn)化率提升至約30%—35%，車規(guī)級(jí)IGBT廠商在中國(guó)的市場(chǎng)份額已經(jīng)從2021年的32%提升到2022年的45%—50%。

未來，隨著IGBT市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大以及國(guó)產(chǎn)IGBT企業(yè)技術(shù)上取得突破，中國(guó)IGBT正在駛上發(fā)展的快車道。