IGBT主导新能源汽车上半场 SiC提速上车剑指新周期

2023年01月23日 09:24
来源:爱集微

2022年,半导体行业依然在挑战中前行。后疫情时代、行业下行、地缘政治等因素仍深刻地影响着全球半导体产业链及生态。来到2023年,全球半导体行业如何发展?新的挑战又会从何而来?为了厘清这些问题,《集微网》特推出回顾展望系列,邀请行业中的代表企业,围绕热门技术和产业,就产业链发展态势、热点话题及未来展望做一番详实的总结及梳理,旨为在行业中奋进的上下游企业提供参考镜鉴。

集微网消息,回顾2022年,半导体行业再度发生巨大变化,多数领域由缺货涨价进入去库存新周期,不过在汽车领域,车规级芯片依旧紧缺,其中,作为新能源汽车的核心“大脑”功率器件紧张程度加剧,一度影响了行业的正常生产。

同时,作为新能源汽车下一代功率器件,SiC正加速量产上车,至今已在特斯拉、比亚迪、蔚来汽车、小鹏、吉利、问界等主流新能源汽车主机厂中得到迅速应用,预计明年将会在这些企业的引领下,SiC加快上车导入。

车规级IGBT“逆”周期缺货涨价

受2020年年初疫情影响,因部分芯片提供商误判市场需求及各种天灾、人祸影响,导致从该年年底开始,全球芯片短缺情况持续加剧,最终演变为全行业芯片缺货涨价现象,并延续到2021年全年。不过进入2022年后,多个行业风向逆转,进入去库存周期。

而汽车领域作为最早“吹响”缺货的行业之一,除了如上因素,新能源汽车产业的超预期发展,也加剧了车用芯片的短缺程度。不过,在各行各业逐步恢复芯片正常供应过程中,以功率器件为代表的车规级芯片至今仍处于短缺状态。

中汽协数据显示,今年10月我国新能源汽车产销量分别为76.2万辆和71.4万辆,同比增长87.6%和81.7%;1-10月我国新能源汽车累计产销分别达到548.5万辆和528万辆,同比均增长1.1倍,继续保持高速增长趋势,对IGBT等功率器件形成庞大需求。

截至目前,英飞凌和安森美等国际大厂仍是主要车规级功率器件供应商,但两家企业新增产能增幅缓慢,部分大厂甚至停止接单,导致供需缺口不断扩大,今年初,集微网曾就车规级IGBT供需走势分析称,今年下半年IGBT将成新能源汽车生产瓶颈。事实上,仅支撑到今年年中,比亚迪等本土新能源车企就出现IGBT供应跟不上生产所需的情况。

富昌电子2022年Q4市场行情报告显示,截至12月,主力供应商英飞凌的车规级IGBT交期最长仍达50周,与年中基本持平,且价格呈上扬趋势,反映出车规级IGBT仍处于“逆”周期缺货涨价阶段。多位业内人士及分析机构表示,在汽车电动化持续渗透背景下,车规级功率器件短缺问题或要到2024年才能解决。

国际大厂IGBT供应不足,给本土供应商带来非常大的发展机会。BYD半导、斯达半导、时代电气、士兰微、华虹、翠展微、宏微科技、芯朋微、华润微、天龙股份等产业链企业获得快速成长。其中,BYD半导2021年配套车辆约为40万辆,在济南、长沙两大工厂于2022年先后投产支持下,预计今年配套车辆可提升至120万辆。另外,斯达半导、时代电气、士兰微等企业也实现快速导入,行业预计今年本土IGBT出货量可满足约300万辆新能源汽车的配套需求,国产化率将创新高。

截至目前,国产IGBT产品已成功应用于比亚迪、理想、广汽、东风、长安、小鹏、零跑、极氪等主机厂旗下车型中。值得注意的是,导入初期,有主机厂计划待芯片短缺问题解决后,将重新选用国际大厂产品,不过随着国内功率器件企业与主机厂的持续深入合作,缺货背景下,今年这一声音日渐削弱,可以预见,未来车规级IGBT国产化率仍将进一步提升。

SiC量产上车将成2023年新亮点

在IGBT供应短缺之时,另一功率器件SiC则加速成长,部分主机厂开始导入旗下车型,一定程度上缓解了IGBT供应短缺现状,更重要的是,SiC产业链上下游企业正摩拳擦掌,为大规模量产上车继续冲刺。

资料显示,SiC具有IGBT所无法比拟的优势,主要包括开关损耗小、导通损耗小、面积小、电流密度高、禁带宽度及热导率高等特点,能有效降低汽车电耗,提高电动汽车续航里程,如蔚来ET7在SiC模块支持下,成为为数不多实现续航里程突破1000公里的纯电车型。

事实上,早在2014年,丰田就已经尝试选用SiC MOSFET,但受限于彼时技术不够成熟、上车成本高等原因,未能实现规模落地。即便到了2022年底,高成本仍是制约SiC上车的重要原因之一。

产业链企业同时面临产能紧缺、良率不足等问题,截至目前,SiC仍只获得小部分主机厂选用。不过,在特斯拉的带动下,SiC自2019年9月起加速了上车进程,据集微咨询(JW Insights)不完全统计,目前市场已有超过20款车型已搭载或计划搭载SiC器件,如Model 3、Model Y、小鹏G9、长城机甲龙、蔚来ET5/ET7/ES7、吉利Smart精灵#1、汉EV、唐EV、驱逐舰、海豹等,预计未来SiC车型将会越来越多,并成为提升用户用车体验的核心利器。

在市场需求持续增长驱动下,SiC的技术短板迅速得到填补,产能也不断得到释放,天岳先进、天科合达、露笑科技、东尼电子等企业已有部分产能投产,晶盛机电、三安光电等企业也在加快投片进程。进入2022年四季度,又有包括翠展微、智新半导体、芯朋微、中科汇珠、德智新材、忱芯科技、威兆半导体、士兰微等产业链上下游企业取得新突破。

除了国内企业,国际企业的产能布局更大,公开资料显示,Wolfspeed、安森美、罗姆半导体、贰陆半导体等巨头至2025年的产能将分别较2020年前后提升30倍、16倍、6倍、5-10倍。

行业分析认为,当SiC的成本降至Si基成本的2倍左右,SiC电驱系统的综合优势将会体现出来,也将成为SiC逆袭IGBT的关键节点。随着产能的不断投产,SiC的上车成本正在快速下降,价格也有望在未来4~5年内降至IGBT的3倍以内。

短期看,受Model 3、Model Y产销量持续增长,特斯拉仍是SiC上车的引领者;2022年比亚迪也有非常不错的上车表现,从供应链披露数据,2022年其SiC车型约为10万辆,2023年有望提升至40万辆,紧随特斯拉。另外,造车新势力也是SiC上车的另一增长极。

如果说2019年是SiC量产上车元年,2020~2022年为起步期,那么从2023年开始,SiC上车将开始进入提速期。

互补仍是短期常态

SiC将逆袭IGBT上车已成为不可逆转的趋势,不过,短期受成本及产能制约,SiC仍主要在单价20万元以上的车型中投放,而对于价格亲民的车型,如A00、A0等车型,IGBT仍是未来较长一段时间内的主要车用功率器件。

值得注意的是,无论IGBT还是SiC,国产化率仍较低,特别是在芯片上,仍高度依赖于国际大厂,因此我们看到,借助未来较长的过渡期,本土IGBT及SiC产业链企业仍在加快自主可控进程,

特别是在SiC领域,已涌现出一批上下游供应链企业,如衬底有天岳先进、天科合达、露笑科技、晶盛机电、三安光电、世纪金光、河北同光等,外延片有瀚天天成、东莞天城、中电科13所、中电科55所、三安集成等,IC设计公司有闻泰科技、斯达半导、绿能新创、陆芯科技、瞻芯电子等,制造企业有BYD半导、扬杰科技、时代电气、基本半导体、泰科天润等,封测领域也有长电科技、华天科技等企业支持,其中,BYD半导、三安光电、泰科天润等企业涉猎SiC多个环节,已形成较为完善的产业链布局。整体来看,SiC较IGBT具有更完善的产业链布局和更强的国产自主能力,将为国内功率上车提供强有力支撑。