車規(guī)級功率半導(dǎo)體IGBT對比

國內(nèi)各家（英飛凌、安森美）車載 IGBT 的產(chǎn)品性能上的對比情況

車載 IGBT 分為幾個層級，主要分為 A0/A00 級以下，A 級車，還有一些專用車?yán)缥锪骱痛蟀蛙嚒?/p>

在 2015 年以前是沒有 IGBT 車規(guī)級的說法的，是英飛凌和一些國際大廠（博世、比亞迪合作），從工業(yè)級芯片衍生來的，從四代（P4 的芯片）不斷的升級換代，換成 EDD2，EDD3 轉(zhuǎn)換成車規(guī)級芯片，當(dāng)時四代對應(yīng)的車規(guī)級芯片是 EDD2，七代芯片對應(yīng)的是 EDD3。

車規(guī)級模組，封裝最開始也是從英飛凌，采用單面散熱，主要用于物流大巴上，最后開發(fā)出單面制冷的封裝（HTYHTB），最后發(fā)展成雙面散熱，目前來講，英飛凌成為芯片、封裝行業(yè)的定義者。

在國產(chǎn)方面，最早開始在 17、18 年，當(dāng)時國內(nèi)供應(yīng)比較多的是比亞迪、斯達(dá)，他們開始在車載模塊方面做一些替代。

目前，比亞迪所有的芯片和模塊都是自產(chǎn)自銷，近年來車增長比較多，產(chǎn)能也是比較緊張，現(xiàn)在也在外購一些芯片和封裝。比如年產(chǎn) 60 萬臺車，80%都是自產(chǎn)自銷。從 2008 年開始進(jìn)入 IGBT 芯片開發(fā)，當(dāng)時是收了一個二手的臺積電 6 吋的 Fab 廠，整個芯片的供應(yīng)來講，只能對標(biāo)到英飛凌的四代以下，英飛凌的二代到三代之間，平面性結(jié)構(gòu)做不到溝槽，封裝上，做到英飛凌的單面制冷。外銷上，嘗試過，一直受限于芯片的代差，和 6 吋廠芯片的性價比比較低，因此外銷市場做的不大，基本上是集中在內(nèi)部市場。

斯達(dá)的情況是，在 17 年開始切入，國內(nèi)的新能源車第一波漲量，從 60 萬輛漲至120 萬輛，接近一倍的增長，當(dāng)時比較有優(yōu)勢的是做工控的，模塊和芯片主要對標(biāo)650 和 1200 伏的芯片。

物流車和大巴車本來使用 1200 伏的模組，A00 車用 650V 的芯片，對于斯達(dá)來說，當(dāng)時的開發(fā)很簡單，只用增加芯片的面積，最早通過車規(guī)的審核，包括整個的封裝，原來都是用在工業(yè)級的模組中，當(dāng)時在 17 年抓住了機(jī)會，最早切入了物流和大巴車領(lǐng)域，后面切入了 A00 模塊，目前它的替代份額非常高，接近 60%的市場，后來的 A 級車以上，是單獨(dú)的電壓平臺，750 伏的模組（英飛凌最先開發(fā)，但是對于國內(nèi)廠商來說，都是沒有開發(fā)過這個電壓平臺的芯片）。

在 18、19 年之后，比亞迪、中車、斯達(dá)在開發(fā) 750 伏的電壓平臺之后，針對這 3個廠家，在同一個起跑線。

在這方面，包括中車和士蘭微這種 IDM 的廠商，在750 伏的平臺上后來居上，相對斯達(dá)更加領(lǐng)先，中車的 750V 模塊已經(jīng)切入 A 級車 的供應(yīng)，士蘭微在芯片制造采用新的技術(shù)，芯片性能也比斯達(dá)更好。

斯達(dá)在 A 級市場上的份額還比較少。對于斯達(dá)來說，A 級車以下，基本上都能夠完成國產(chǎn)替代，但是在 750 伏平臺開發(fā)的基礎(chǔ)上，性能上比不過 IDM 廠商，另外在車規(guī)級專線和產(chǎn)能的優(yōu)勢上，受限于 Fabless 的模式，華虹的產(chǎn)能，包括各種專線的影響，所以在 A 級車平臺進(jìn)展相對不是很大。

對于中車時代電氣來說，最早開發(fā)車載模塊也是在 2017 和 2018 年，從高壓往低壓做會有優(yōu)勢，對于高壓軌交和電網(wǎng)的對于一致性和可靠性要求更高，在車載領(lǐng)域要求也是非常高的。

中車原來主要做 1500V 和 3300V 的 IGBT，在 17 年的時候，開 發(fā) 1200V 和 650V 平臺的時候，新開發(fā)了兩個電壓平臺的產(chǎn)品，包括在車載領(lǐng)域，對車載的應(yīng)用缺乏理解，比如瞬時過載的工況，蓄流要求比較大工況，對車載電控領(lǐng)域也不深入，當(dāng)時也是在國內(nèi)推出的 1200 伏和 650V 的產(chǎn)品，但是當(dāng)年推廣并不成功。

19 年以后，由于本身是 IDM 廠商，750V 上是領(lǐng)先的；在一些前驅(qū)要求120kw，后驅(qū)要求 160kw，都是可以滿足，但是斯達(dá)只能滿足前驅(qū) 120kw，后驅(qū)滿足不了,損耗效率比較大。

時代電氣在去年是國內(nèi)第一家進(jìn)入 A 級車供應(yīng)鏈的廠商（有自身產(chǎn)能的優(yōu)勢），目前和國內(nèi)的一些車廠定點(diǎn)單位也比較多（蔚小理，東風(fēng)汽車，一汽，紅旗），所以對于今年來講，一些 A 級車模塊的增量會有所增加，雖然 A0/A00 級斯達(dá)占據(jù)很大的量，但是中車對于 650V 和 1200V 進(jìn)行了迭代開發(fā)，推出了產(chǎn)品比斯達(dá)價格低 20%，中車今年在車載上會有一個比較明顯的放量。

士蘭微相對與其他幾家開發(fā)車規(guī) IGBT 比較晚的一家，目前比較大的優(yōu)勢是 top2的 IDM 廠商，產(chǎn)能非常大，但是產(chǎn)品開發(fā)的比較晚，經(jīng)過這幾年的開發(fā)，包括一些 A0 和物流車級，都開始逐步有些批量訂單，包括比亞迪和匯川都有物流車和大巴車訂單。目前來說公司芯片在 A 級車來說是最好的，但是產(chǎn)線達(dá)不到一個量產(chǎn)的狀態(tài)，更重要的是車規(guī)級模塊來說，在性能、可靠性、壽命等要求比較高，目前存在的問題是性能的可靠性比較差，還要繼續(xù)進(jìn)行一個驗(yàn)證，才能達(dá)到量產(chǎn)的狀態(tài)。

已經(jīng)去看過士蘭的 Fab,但是在穩(wěn)定性方面還比較差。

去年來說，國內(nèi)的新能源車是 300 萬輛，比亞迪、中車和斯達(dá)三家份額也達(dá)到了30%的替代份額，相對于光伏和新能源發(fā)電領(lǐng)域國產(chǎn)率還是比較高的。

二．問答環(huán)節(jié)

Q：華為新發(fā)的智能車是否用的安森美的解決方案？

A：安森美在車載領(lǐng)域不屬于傳統(tǒng)的玩家，和以前海外 SP 一樣，原來專注于分立器件和 IPM 模組。前幾年拿到了華為光伏供應(yīng)的訂單，光伏模塊對 IGBT 的要求非常高，高頻，芯片要求英飛凌以上，模塊要求定制，海外只有英飛凌和wincotech，安森美是得到了 wincotech 的授權(quán)。16-17 年切入光伏模組，18 年之后收購 Fairchild 切入車載領(lǐng)域去做。如果安森美按照英飛凌定義的傳統(tǒng)方案去做 載模組，是完全沒有任何優(yōu)勢的，因此推出了一些新的封裝方案，比如雙面散熱。英飛凌曾經(jīng)給博世做過，但是沒有推，因?yàn)檫@種方案很有性價比，成本也會降低。不同于英飛凌推廣的單面散熱方案，安森美直接推廣了第三代的車載模組封裝，叫雙面散熱。對于單面散熱已經(jīng)走到了一個相對瓶頸的階段，所以華為考慮到雙面散熱封裝方式在功率器件和車載模組性價比上還能夠進(jìn)行進(jìn)一步的提升，因此啟用了安森美車載模組的方案，傳統(tǒng)車載模組的玩家應(yīng)該是英飛凌、三菱、富士這些。

Q:用在光伏上的都是以英飛凌六代芯片為主的嗎？

A：不是的。車載的芯片是英飛凌從四代的版本改過來的，英飛凌給車載用的一個是四代和七代，六代是沒有車載芯片的。六代是針對四代的一個升級，四代芯片主要是針對 30khz 以下工控做的開發(fā)，沒有考慮到 30khz 以上的供率。后來推出了30khz-100khz，包括針對 UPS,針對光伏的高頻版本的芯片，六代應(yīng)用于光伏，只 有單管高頻版本。七代產(chǎn)品同時推出針對工控，光伏，車載的產(chǎn)品，四、五、六都可以認(rèn)為在四代產(chǎn)品上的迭代開發(fā)。對于國內(nèi)車載 IGBT 芯片來說，主要對標(biāo)英飛凌四代，英飛凌七代產(chǎn)品的性能是具備的，但是做大規(guī)模量產(chǎn)還做不到。包括目前對標(biāo)模塊的成本，英飛凌現(xiàn)在都是用 12 寸量產(chǎn)的，國內(nèi)完全對標(biāo)不了替代的產(chǎn)品。英飛凌的光伏主要是老版本的產(chǎn)品用 6 代，新版本的產(chǎn)品會用到 7 代一些替代，比如光伏模組，特性要求頻率非常高，另一個它的模組都是一些定制化的工裝。車載主要四和七代，光伏主要六到七代主要是高頻版本。

Q：剛剛提到士蘭微車規(guī)模塊的穩(wěn)定性還達(dá)不到批量生產(chǎn)的要求，這家公司 2022 年有沒有機(jī)會可以批量突破 A 級車的模塊，目前和出貨比較多的車廠有哪些？

A：目前士蘭微訂單還在小批量的物流和大巴車上，去年年底匯川有一個 1 萬以上物流車訂單，包括去年比亞迪給了 2000 輛物流車模塊訂單，但對 A 級車來講，最大的問題是 Fab 廠這塊，芯片的批次性差異和漂移。包括 A 級車模塊的驗(yàn)證，主要是在 20 年推出來的，從可靠性驗(yàn)證一般來說一年半到兩年以上，目前乘用車驗(yàn) 證還沒有一個整車廠能夠通過，另外包括 Fab 廠質(zhì)量控制都還有問題，目前還是有待提升的，快的話，也要到今年年底之后，今年年內(nèi)放量的機(jī)會不是很大。

Q：今年 IGBT 的供需關(guān)系如何判斷，能不能分不同的下游領(lǐng)域分析？

A：今年根據(jù)我們內(nèi)部預(yù)測，光伏領(lǐng)域 50%的增長，肯定會缺貨。光伏作為工業(yè)領(lǐng)域，要求很高，毛利率也高。以前主要是被英飛凌和 Wincotech 壟斷，后來wincotech 主要從安森美買芯片做定制封裝，后來被三菱收購了，所以目前光伏模塊基本上被三家壟斷了。

華為和陽光目前自己備貨都在一年到兩年以上，二線廠商固德威、錦浪庫存不到三個月，陽光電源已經(jīng)成為英飛凌全球 TOP3 的用戶了，英飛凌也在給陽光在國內(nèi)尋找封裝的資源。國內(nèi)能做的只有微逆用到的單管能部分有替代，模組幾乎沒有替代，所以今年光伏 IGBT 大概率還是缺貨漲價的。

在車載 IGBT，去年漲量比較多的是 A00/A0 以下，主打的五菱宏光，一款車型去年賣了 40-50 萬臺，但是用的是單管的 MOS 方案，不涉及 IGBT 模組，今年新能源汽車主要增量在乘用車 A 級車以上，會用到 750 伏模組，我們預(yù)計(jì)傳統(tǒng)的1200V 和 650V 供應(yīng)會比較穩(wěn)定，750V 的模塊供應(yīng)會出現(xiàn)一個缺貨的狀態(tài)。日本的富士、三菱前幾年還在國內(nèi)供應(yīng)，但是目前日系廠商在國內(nèi)車廠已經(jīng)完全沒有供應(yīng)了，目前海外品牌來說，英飛凌是一家獨(dú)大，但是產(chǎn)能也非常緊張，模組庫存是屬于歷史最低的水平。

英飛凌擴(kuò)產(chǎn)也比較保守，當(dāng)時說 18 年要擴(kuò)產(chǎn)，直到 19 年中，才開始擴(kuò)產(chǎn) 12 寸先，本來計(jì)劃今年投產(chǎn)，提前了 3 個月，去年十月就投產(chǎn)了，F(xiàn)ab滿產(chǎn)也需要 3-4 年的時間，今年 12 寸產(chǎn)能就 1-2w 片。英飛凌采取大客戶策略，主 要供應(yīng)博世和法雷奧等大廠，對于國內(nèi)車廠幫助不大，整個國內(nèi)車載模組供應(yīng)需要靠國產(chǎn)化的替代，比亞迪也會開始導(dǎo)入國內(nèi) IGBT 模塊。

從乘用車來看，今年是國產(chǎn)化一個很好的機(jī)會，小的汽車廠商會大量導(dǎo)入國產(chǎn) IGBT 模塊。另外 IGBT 傳統(tǒng)領(lǐng)域、工控等，市場的需求都在下滑，例如工控領(lǐng)域，增速在放緩，不是像新能源發(fā)電 30%的復(fù)合增長率，國內(nèi)只有 10%以內(nèi)，國內(nèi)的工控廠商在不斷的吃海外的份額，替代海外的西門子，施耐德等，包括富士、三菱等。

以前工控份額增長非常快，是因?yàn)椴粩嘣诔院Ｍ獾姆蓊~，包括不斷進(jìn)行國內(nèi)廠商不斷的進(jìn)行國產(chǎn)化，比較典型的斯達(dá)，從以前的幾個億做到前年的 7 個億，再到去年的 10 個億，每年基本上是 30%的增長，主要還是看國產(chǎn)替代能夠做多少，包括龍頭廠商的國產(chǎn)化要求，市場上要求不大，但是國產(chǎn)化替代的空間還是很大的。

另外向一些白電產(chǎn)品，在一些要求比較低的領(lǐng)域，650 伏的芯片，包括可靠性，壽命在 3 年以內(nèi)，性能要求在 3000w 以內(nèi)的功率，功率要求也不大。比如說 IPM 在20 塊以內(nèi)的成本，不光是 IGBT,還有一些驅(qū)動 IC，這一塊單做封裝，沒有什么毛利可賺，國內(nèi)主要是 IDM 廠商在做，比如士蘭微和吉林華微在做，包括斯達(dá)，這塊在國內(nèi)的廠商占比比較多，整個白電都是根據(jù)國內(nèi)空調(diào)，洗衣機(jī)的需求來變化的，這里的需求是根據(jù)國內(nèi)的消費(fèi)水平來定的，國內(nèi)消費(fèi)水平低，增速就會放慢，這塊的市場增長量也不會太大，主要是靠國產(chǎn)替代，比如吉林華微白電廠也能占 20%的替代份額，海外的安森美、HP、三菱這些品牌，價格相對比較高，未來也會以國產(chǎn)替代話為主，增長不會太大。

另外一些高壓市場比較壟斷，例如高壓、軌電、輕軌、相對比較壟斷的企業(yè)，中車，包括國家電網(wǎng)，看到毛利率比較大，現(xiàn)在也在自己做，市場來說，一個是空間相對有限，毛利非常高，但是一般的私企、民企進(jìn)入工業(yè)化是非常難的，可以理解為是中車和國家電網(wǎng)的專有市場。

Q：21 年看到光伏領(lǐng)域國產(chǎn)廠商主要是涉及單管，目前 IGBT 單管光伏領(lǐng)域國內(nèi)廠商占比是多少，未來的趨勢是什么？包括提到模塊的要求比較高，那么國內(nèi)哪個廠商最有可能國產(chǎn)替代？

A：首先，光伏逆變器對于 IGBT 的形態(tài)選擇是看功率的，大功率才會采用模塊。有一個明顯的分界點(diǎn)，4Kw 用于微逆，4kw-100kw 用于組串，100kw 用于集中式，在傳統(tǒng)方案，微逆在 4 千瓦以下，都用單管，4 千瓦-100 千瓦，包括組串和集中式都用模組，這塊和效率有關(guān)，微逆對效率比較低，94-96%就可以滿足出貨出口的標(biāo)準(zhǔn)，組串和集中要求效率比較高，要 98%以上，只能用模組，而且模組設(shè)計(jì)難 度更高。

這幾年隨著國內(nèi)光伏逆變器主打海外市場，在海外主打性價比，延伸至一些部分組串式也慢慢采用單管的方案，提升產(chǎn)品性價比，對于逆變器的壽命和效率沒什么幫助。

在國內(nèi)廠商主要在 30 千瓦以下也開始采用單管的方案，對于未來來說，單管在逆變器上的空間占 30%左右，對于以前來說，微逆占逆變器 15%的份額，組串式 50%左右，剩下的是集中式。

對于國內(nèi)幾個廠家，華為是國內(nèi)做模組、逆變器國產(chǎn)替代最早的廠家，去年很多廠商受到馬來西亞封國的影響很大，安森美、英飛凌都是在馬來西亞做封裝，所有廠 商都在進(jìn)行替代，但是我們由于受到美國的打壓，前幾年已經(jīng)逐步開始做替代的方案。

在國內(nèi)來說，在前面的廠商是斯達(dá)、宏微和士蘭微等廠商，斯達(dá)和宏微找到了給英飛凌代工的廠商英國 Newport，相當(dāng)于走了一個捷徑，本身這個廠商具備了英飛凌六代芯片的工藝，以前華虹不具備，主要開發(fā)英飛凌四代，高頻的沒有開發(fā)過，主要找海外做代工。士蘭微的 IDM 有產(chǎn)品迭代優(yōu)勢，不過進(jìn)步很快，高頻還要迭 代幾版，可能到今年才能夠供應(yīng)上，這幾個廠商在單管上是比較靠前的。對于模組上，分為組串和集中，組串式的模組主要是無基板的封裝，有兩種封裝方案英飛凌和 wincotech，英飛凌的方案原來也用在工控領(lǐng)域，沒有專利壁壘，國內(nèi)廠商可以直接用。英飛凌已經(jīng)迭代到 7 代芯片，國內(nèi)在芯片在芯片性能上還達(dá)不到，wincontech 的方案也是，目前主要是芯片性能沒辦法達(dá)到。另外封裝方案英飛凌 7 代用于光伏的有專利壁壘。

Q：除了 IGBT，碳化硅方面的替代如何，碳化硅的 MOS 會不會和 IGBT 的 MOS一樣發(fā)生大的變化？

A：碳化硅格局會有一個比較大的變化，英飛凌主推 IGBT，在碳化硅領(lǐng)域，車載量產(chǎn)，包括 ST,博世和安森美，這才是主流的幾個廠商，目前的 OBC 領(lǐng)域比較多，英飛凌在這個領(lǐng)域是比較慢的，未來碳化硅起來之后，主要是 ST，博世，wolfspeed，安森美，羅姆等廠商為主。

碳化硅 MOS 在車載上主要應(yīng)用在電控和OBC，而空調(diào)壓縮管這些場景對于頻率要求比較低，而且對性價比要求高，所以目前碳化硅替代還沒有看到。OBC 包括充電領(lǐng)域是非常適合碳化硅的，有幾大特性，一個是高頻，頻率越高，效率越高，材料阻抗比較小，可以發(fā)揮高功率的優(yōu)勢。同樣一個車載模塊內(nèi)，硅基最高達(dá)到 160kw 以內(nèi)，碳化硅可以輕松做到 200kw 以上的功率。

另一個是高結(jié)溫的優(yōu)勢，理論上碳化硅可以做到 600 度，但是目前受到封裝材料限制，不能突破200 度的封裝，原來硅基封裝受限于硅基模塊，基本上封裝都是按照 175 度的結(jié)溫設(shè)計(jì)，不能突破 200 度。

OBC 的功率也不大，主要在 6.6kw,11kw 和 22kw，采用碳化硅單管，碳化硅單管成本也不會很高，主要是 50A，70A 的電流，封裝的成本是忽略不計(jì)的，一顆一塊錢，主要在于芯片的成本。碳化硅芯片越小，良率就會越高，ST 用的車載芯片 100A 電流，良率 50%，但是用在 OBC 領(lǐng)域 50A 電流良率會做到 70%以上，所以成本差不多是硅基芯片的 3 倍左右。

目前來說碳化硅單管效率會提高 8 個點(diǎn)，一次充電 100 度，可以節(jié)省 8 度電，充 100 次，就可以省 800度電，基本上可以抵消碳化硅的成本增加了。OBC 里面 IGBT 單管價值量也就100-200 元左右，如果是 6.6Kw 的替換成碳化硅也就 600 元左右，所以充一百次電成本完全可以覆蓋，還沒有考慮系統(tǒng)方面整體成本的下降，所以非常適合 OBC 的應(yīng)用，目前 11kw 和 22kw 已經(jīng)在大量采用碳化硅了。車載電控與工控是通用的，頻率不高，碳化硅第一個特性，高頻發(fā)揮不了，第二個導(dǎo)通阻抗低的優(yōu)勢可以發(fā)揮，帶來電機(jī)輸出效率的提升，體現(xiàn)在續(xù)航的提升。

目前特斯拉的 Model3，相對于硅基提升續(xù)航 6%，按 600 公里的續(xù)航測算，提升 36 公里，能省 3 度電左右，可以節(jié)約 3600 元的成本。對于碳化硅的電控模塊成本還比較高，碳化硅電流比較大，650V，800A；1200V,600A，原來硅基里面 800A 和600A 的芯片至少需要 200A 的芯片做并聯(lián)，碳化硅芯片越做越大，良率越來越低，理論上智能做到 100A 的電流，5.5*5.5 的面積，如果再做大，良率會下跌，650V,100A 特斯拉的芯片目前是 50%-60%的良率，比亞迪 1200V，100A 高壓的良率會更低，對襯底的缺陷更敏感，良率只有 34%左右，單顆 die 特斯拉的成本接近60 塊左右，比亞迪芯片接近 80 塊左右，特斯拉用了 48 顆，比亞迪 36 顆，光芯片接近 3000 塊，加上封裝 1000 塊，整個碳化硅模塊成本在 5000 塊以上。那么相對于硅基 1000 塊的售價會有 5 倍以上的差距。目前來說羅姆有一個預(yù)測，一方面碳化硅芯片良率會有提升，（56:336 寸到 8 寸）成本的降低，兩年之后，1200V,50A，650V,100A 未來能降低 2 倍以下的價格，比如目前 1200V,50A 目前 80 元，在 2024年能到 30 元，650V,100A 未來能降到 20 元一顆，重新測算一下，會到 2500-3000元的模塊成本，第三點(diǎn)就是封裝領(lǐng)域，提升模組的結(jié)溫，減少散熱的成本，進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本，碳化硅在長續(xù)航車型中有很大的優(yōu)勢。

Q：是否能夠理解為充電樁中會大量使用？

A：充電樁目前來講，和光伏，UPS 一樣都是屬于高頻高效的電源領(lǐng)域，目前來說，用硅基三電頻以上，可以做到 98%以上的效率，未來替代的節(jié)奏還是和光伏一樣看成本收益比是否合適。碳化硅模塊成本 5 倍，用一個 500kw 的快充，用硅基模 塊 1w 元，用碳化硅 5w 元，但是效率可以提升 3%，相當(dāng)于一個小時節(jié)省了 15 度電，每天發(fā)電 5-6 小時，節(jié)省 90 度電，如果三年到五年節(jié)省電的收益可以超過模組成本的增加，因此也可以采用碳化硅模組的方案。目前來說，國際主流廠商，如安森美和英飛凌，主打三電頻這種 IGBT 模組一樣的方案，會混搭一些碳化硅二極管。