汽車缺芯從MCU轉(zhuǎn)到IGBT，碳化硅功率器件“難解近渴”？

汽車行業(yè)分析公司AFS的最新數(shù)據(jù)顯示，由于芯片短缺，今年全球汽車市場累計(jì)減產(chǎn)量約為281.02萬輛。AFS預(yù)測，到今年年底，全球汽車制造商將減產(chǎn)368.06萬輛。

在過去的兩年里，全球范圍內(nèi)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(dǎo)致各大汽車廠商陷入“停產(chǎn)待芯”的境地，紛紛放出了減產(chǎn)的消息。而近期，消費(fèi)電子類的芯片需求大幅降低，出現(xiàn)減產(chǎn)砍單的現(xiàn)象，各大芯片廠商也將產(chǎn)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(chǎn)行列，于是就有“汽車芯片已經(jīng)不再緊缺”的消息傳出。但據(jù)記者了解，僅僅是部分汽車芯片得到了緩解，整個(gè)汽車芯片市場正在往結(jié)構(gòu)性緊缺上轉(zhuǎn)變。這其中最為緊俏的，甚至被稱為卡住汽車生產(chǎn)喉嚨的就是IGBT功率芯片。

需求大、擴(kuò)產(chǎn)難、周期長，車用IGBT緊缺

據(jù)了解，雖然汽車產(chǎn)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(tǒng)燃油車用量多很多，這也是導(dǎo)致汽車芯片需求，與汽車產(chǎn)量趨勢不匹配的原因之一。

與消費(fèi)級、工業(yè)級產(chǎn)品相比，車規(guī)級芯片的安全性和穩(wěn)定性要求高、研發(fā)周期長、技術(shù)門檻高、資金投入大，因此，發(fā)展車規(guī)級芯片面臨的挑戰(zhàn)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(kuò)產(chǎn)下，目前已經(jīng)得到了緩解，現(xiàn)在缺芯的主角也換成了IGBT。創(chuàng)道投資咨詢總經(jīng)理步日欣在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)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(guān)元器件中最為成熟也是應(yīng)用最為廣泛的功率器件，兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動功率小而飽和壓降低，是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，被稱為“電子電力裝置的CPU”，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

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

全球IGBT市場規(guī)模

數(shù)據(jù)來源：公開資料

甚至此前有車企表示，能夠生產(chǎn)多少輛車，主要取決于IGBT功率芯片有多少的供應(yīng)量，有的IGBT功率芯片的交付周期已經(jīng)長達(dá)50周以上。芯謀研究高級分析師張彬磊向《中國電子報(bào)》記者表示,其主要原因有兩點(diǎn)：

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(qū)三電系統(tǒng)對車規(guī)功率器件的需求快速增長，超出了其他芯片類型。

二是車規(guī)功率器件擴(kuò)產(chǎn)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(shù)在8英寸線生產(chǎn)。

當(dāng)前8英寸線擴(kuò)產(chǎn)或者新建面臨一些比較尷尬的問題，生產(chǎn)效率、成本、自動化程度、人力成本都遠(yuǎn)不及12英寸線，因此無論是晶圓廠還是設(shè)備廠商都不愿意投入太多資源在8英寸上。甚至晶圓企業(yè)考慮到未來可能的產(chǎn)品組合和發(fā)展空間，寧可投入更多資金興建更加先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的12英寸晶圓線。

擴(kuò)產(chǎn)難解燃眉之急，產(chǎn)能調(diào)配和碳化硅功率器件才是正解

據(jù)悉，盡管各大廠商都在積極擴(kuò)產(chǎn)功率半導(dǎo)體，但當(dāng)前的形勢依舊嚴(yán)峻。張彬磊指出，IGBT仍然沒有恢復(fù)正常交貨周期的原因比較復(fù)雜。有技術(shù)層面的原因，也有戰(zhàn)略層面的原因。技術(shù)層面來說，擴(kuò)產(chǎn)還在路上。首先從項(xiàng)目評估、落地、廠房建設(shè)、設(shè)備采購到產(chǎn)線啟動生產(chǎn)運(yùn)營需要3年左右時(shí)間，并且過去兩年設(shè)備交期也長達(dá)半年至一年左右；其次車規(guī)級芯片認(rèn)證工作最快也需要2年左右的時(shí)間。戰(zhàn)略層面上，英飛凌、意法、瑞薩等幾個(gè)主要功率器件的頭部企業(yè)，都是在擴(kuò)產(chǎn)上非常謹(jǐn)慎的，擴(kuò)產(chǎn)力度和執(zhí)行都沒有跟上需求增長。

數(shù)據(jù)來源：YOLE

現(xiàn)有產(chǎn)能調(diào)配是一個(gè)快捷和可行的方法。但是對于已經(jīng)滿產(chǎn)的制造產(chǎn)線而言是不會輕易更換產(chǎn)品類型的，同時(shí)功率器件被普遍認(rèn)為毛利低，一旦需求穩(wěn)定，價(jià)格回落，晶圓線還要轉(zhuǎn)換產(chǎn)品類型，因此晶圓線也沒有特別大的動力將現(xiàn)有產(chǎn)能轉(zhuǎn)給功率器件。但是其中消費(fèi)電子功率器件的產(chǎn)線可以經(jīng)過車規(guī)認(rèn)證和提升芯片技術(shù)來緩解汽車功率器件短缺的問題。

池憲念預(yù)測，當(dāng)下功率器件的短缺預(yù)計(jì)會持續(xù)到2023年底，因?yàn)殡S著新建產(chǎn)線的擴(kuò)產(chǎn)以及新能源汽車需求量的降低，功率器件的需求量會達(dá)到相對穩(wěn)定的水平。此外，隨著碳化硅功率半導(dǎo)體的技術(shù)成熟及成功投產(chǎn)使用，也會對功率半導(dǎo)體的短缺起到一定的緩解作用。

張彬磊也認(rèn)為，受疫情和國際合作環(huán)境的影響，汽車功率器件的短缺還將持續(xù)一段時(shí)間，預(yù)期在半年到一年之間，主要是擴(kuò)產(chǎn)和調(diào)配的雙重因素。碳化硅對硅基功率器件有較強(qiáng)的替代性，但是當(dāng)下價(jià)格仍然更高，工藝還不穩(wěn)定，供應(yīng)量少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(rèn)為碳化硅功率器件確實(shí)在新能源汽車中會有很大的用武之地，也是IGBT的補(bǔ)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(guī)級功率器件供應(yīng)不足的問題。

作者丨許子皓

編輯丨邱江勇

美編丨馬利亞

監(jiān)制丨連曉東