在新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的浪潮中，功率器件作為核心 “大腦”，其重要性不言而喻。回顧過(guò)往，IGBT 主導(dǎo)了新能源汽車的上半場(chǎng)，而如今，SiC 正加速上車，開啟新的發(fā)展周期。

IGBT，即絕緣柵雙極型晶體管，是由 BJT 和 MOS 組成的復(fù)合功率半導(dǎo)體，在電力設(shè)備的電能轉(zhuǎn)換和電路控制中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、工業(yè)、軌道交通、消費(fèi)電子等諸多領(lǐng)域。在新能源汽車領(lǐng)域，IGBT 主要應(yīng)用于電機(jī)控制器、車載充電機(jī)等關(guān)鍵部件。

在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，IGBT 在新能源汽車功率器件市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。2022 年，半導(dǎo)體行業(yè)多數(shù)領(lǐng)域進(jìn)入去庫(kù)存新周期，但車規(guī)級(jí)芯片卻依舊緊缺，尤其是 IGBT，其緊張程度加劇，一度影響了行業(yè)的正常生產(chǎn)。富昌電子 2022 年 Q4 市場(chǎng)行情報(bào)告顯示，截至 12 月，主力供應(yīng)商英飛凌的車規(guī)級(jí) IGBT 交期最長(zhǎng)仍達(dá) 50 周，價(jià)格呈上揚(yáng)趨勢(shì)。這反映出車規(guī)級(jí) IGBT 處于 “逆” 周期缺貨漲價(jià)階段。多位業(yè)內(nèi)人士及分析機(jī)構(gòu)表示，在汽車電動(dòng)化持續(xù)滲透背景下，車規(guī)級(jí)功率器件短缺問(wèn)題或要到 2024 年才能解決。

國(guó)際大廠 IGBT 供應(yīng)不足，給本土供應(yīng)商帶來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。例如，BYD 半導(dǎo) 2021 年配套車輛約為 40 萬(wàn)輛，在濟(jì)南、長(zhǎng)沙兩大工廠于 2022 年先后投產(chǎn)支持下，預(yù)計(jì)當(dāng)年配套車輛可提升至 120 萬(wàn)輛。斯達(dá)半導(dǎo)、時(shí)代電氣、士蘭微等企業(yè)也實(shí)現(xiàn)快速導(dǎo)入。行業(yè)預(yù)計(jì)當(dāng)年本土 IGBT 出貨量可滿足約 300 萬(wàn)輛新能源汽車的配套需求，國(guó)產(chǎn)化率將創(chuàng)新高。截至目前，國(guó)產(chǎn) IGBT 產(chǎn)品已成功應(yīng)用于比亞迪、理想、廣汽、東風(fēng)、長(zhǎng)安、小鵬、零跑、極氪等主機(jī)廠旗下車型中。雖然導(dǎo)入初期有主機(jī)廠計(jì)劃待芯片短缺問(wèn)題解決后重新選用國(guó)際大廠產(chǎn)品，但隨著國(guó)內(nèi)功率器件企業(yè)與主機(jī)廠的持續(xù)深入合作，這一聲音日漸削弱，未來(lái)車規(guī)級(jí) IGBT 國(guó)產(chǎn)化率仍有進(jìn)一步提升的空間。

從市場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)看，據(jù) MMR 數(shù)據(jù)，全球 IGBT 產(chǎn)量預(yù)計(jì)從 2023 年的 74.9 億美元提升至 2030 年 157.8 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)達(dá)到 11.23%。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，新能源汽車和工業(yè)控制是 IGBT 的主要應(yīng)用領(lǐng)域。目前新能源汽車滲透率仍處于上升階段，預(yù)計(jì) 2030 年新能源汽車 IGBT 占比將出現(xiàn)翻倍提升。IGBT 出貨量變化對(duì)價(jià)格趨勢(shì)具有顯著先行性，其波動(dòng)周期通常領(lǐng)先價(jià)格(ASP)2-3 個(gè)季度，凸顯出下游需求驅(qū)動(dòng)價(jià)格變動(dòng)。從出貨量來(lái)看，IGBT 出貨量自 23Q4 已顯現(xiàn)回暖跡象，并于 24Q2 實(shí)現(xiàn)同比正向增長(zhǎng)。隨著下游應(yīng)用領(lǐng)域補(bǔ)庫(kù)需求釋放，IGBT 價(jià)格跌幅持續(xù)收窄，當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)格已處于近三年底部區(qū)間。預(yù)計(jì)在汽車電子領(lǐng)域(包括新能源汽車、充電樁等)需求修復(fù)，疊加工業(yè)控制、光伏儲(chǔ)能等行業(yè)穩(wěn)定增長(zhǎng)的情況下，IGBT 價(jià)格將在 2024 年下半年開啟漸進(jìn)式修復(fù)周期。

當(dāng) IGBT 供應(yīng)短缺之時(shí)，作為新能源汽車下一代功率器件的 SiC 正加速成長(zhǎng)。SiC，即碳化硅，是第三代半導(dǎo)體核心材料。與傳統(tǒng)的硅基器件相比，SiC 具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)。其禁帶寬度更寬，大約是 Si 的 3 倍左右，擊穿場(chǎng)更強(qiáng)，大約是 Si 的 10 倍，使得 SiC 的耐壓特性更好，能夠應(yīng)用于高壓產(chǎn)品;電子飽和速度更高，開關(guān)速度更快，從而更節(jié)能、更小型化;高熱導(dǎo)率也是 SiC 的一大優(yōu)勢(shì)，約為硅的 3 倍，散熱效率更高，適合高功率密度設(shè)計(jì)。這些特性決定了 SiC 可主要應(yīng)用于大功率、高電壓和高頻率領(lǐng)域，在電動(dòng)汽車、工業(yè)設(shè)備和可再生能源系統(tǒng)等高性能應(yīng)用賽道具有巨大潛力。

在新能源汽車領(lǐng)域，SiC 的應(yīng)用能夠有效降低汽車電耗，提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程。例如，蔚來(lái) ET7 在 SiC 模塊支持下，成為為數(shù)不多實(shí)現(xiàn)續(xù)航里程突破 1000 公里的純電車型。早在 2014 年，豐田就嘗試選用 SiC MOSFET，但受限于彼時(shí)技術(shù)不夠成熟、上車成本高等原因，未能實(shí)現(xiàn)規(guī)模落地。即便到了 2022 年底，高成本仍是制約 SiC 上車的重要原因之一，同時(shí)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)還面臨產(chǎn)能緊缺、良率不足等問(wèn)題，所以截至目前，SiC 仍只獲得小部分主機(jī)廠選用。

不過(guò)，在特斯拉的帶動(dòng)下，SiC 自 2019 年 9 月起加速了上車進(jìn)程。據(jù)集微咨詢(JW Insights)不完全統(tǒng)計(jì)，目前市場(chǎng)已有超過(guò) 20 款車型已搭載或計(jì)劃搭載 SiC 器件，如 Model 3、Model Y、小鵬 G9、長(zhǎng)城機(jī)甲龍、蔚來(lái) ET5/ET7/ES7、吉利 Smart 精靈 #1、漢 EV、唐 EV、驅(qū)逐艦、海豹等。在市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)下，SiC 的技術(shù)短板迅速得到填補(bǔ)，產(chǎn)能也不斷得到釋放。天岳先進(jìn)、天科合達(dá)、露笑科技、東尼電子等企業(yè)已有部分產(chǎn)能投產(chǎn)，晶盛機(jī)電、三安光電等企業(yè)也在加快投片進(jìn)程。進(jìn)入 2022 年四季度，又有包括翠展微、智新半導(dǎo)體、芯朋微、中科匯珠、德智新材、忱芯科技、威兆半導(dǎo)體、士蘭微等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)取得新突破。國(guó)際企業(yè)也在積極布局產(chǎn)能，公開資料顯示，Wolfspeed、安森美、羅姆半導(dǎo)體、貳陸半導(dǎo)體等巨頭至 2025 年的產(chǎn)能將分別較 2020 年前后提升 30 倍、16 倍、6 倍、5 - 10 倍。

行業(yè)分析認(rèn)為，當(dāng) SiC 的成本降至 Si 基成本的 2 倍左右，SiC 電驅(qū)系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢(shì)將會(huì)體現(xiàn)出來(lái)，這也將成為 SiC 逆襲 IGBT 的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。隨著產(chǎn)能的不斷投產(chǎn)，SiC 的上車成本正在快速下降，價(jià)格有望在未來(lái) 4 - 5 年內(nèi)降至 IGBT 的 3 倍以內(nèi)。從市場(chǎng)表現(xiàn)來(lái)看，如果說(shuō) 2019 年是 SiC 量產(chǎn)上車元年，2020 - 2022 年為起步期，那么從 2023 年開始，SiC 上車將開始進(jìn)入提速期。短期看，受 Model 3、Model Y 產(chǎn)銷量持續(xù)增長(zhǎng)影響，特斯拉仍是 SiC 上車的引領(lǐng)者;2022 年比亞迪也有不錯(cuò)的上車表現(xiàn)，從供應(yīng)鏈披露數(shù)據(jù)，2022 年其 SiC 車型約為 10 萬(wàn)輛，2023 年有望提升至 40 萬(wàn)輛，緊隨特斯拉。另外，造車新勢(shì)力也是 SiC 上車的另一增長(zhǎng)極。

根據(jù)市場(chǎng)研究公司 Yole Group 發(fā)布的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到 2029 年，SiC 功率器件市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 100 億美元。并且，2029 年，寬帶隙技術(shù)預(yù)計(jì)將占據(jù)全球功率電子市場(chǎng) 35% 以上的份額，其中碳化硅占 28.6%。隨著碳化硅在 800V 電動(dòng)汽車中的應(yīng)用，預(yù)計(jì)未來(lái) 5 年汽車行業(yè)將占設(shè)備市場(chǎng)的近 80%。另根據(jù)羅姆的預(yù)測(cè)，到 2025 財(cái)年 SiC 潛在市場(chǎng)規(guī)模有望超 2,000 億日元(約合 12.43 億美元)，2028 財(cái)年將達(dá)到 10,000 億日元(約合 62.17 億美元)。

目前，SiC 將逆襲 IGBT 上車已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。但短期受成本及產(chǎn)能制約，SiC 仍主要在單價(jià) 20 萬(wàn)元以上的車型中投放，而對(duì)于價(jià)格親民的車型，如 A00、A0 等車型，IGBT 仍是未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的主要車用功率器件。

值得注意的是，無(wú)論 IGBT 還是 SiC，國(guó)產(chǎn)化率仍較低，特別是在芯片上，仍高度依賴于國(guó)際大廠。因此，本土 IGBT 及 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)借助未來(lái)較長(zhǎng)的過(guò)渡期，加快自主可控進(jìn)程。在 SiC 領(lǐng)域，已涌現(xiàn)出一批上下游供應(yīng)鏈企業(yè)。襯底方面有天岳先進(jìn)、天科合達(dá)、露笑科技、晶盛機(jī)電、三安光電、世紀(jì)金光、河北同光等;外延片方面有瀚天天成、東莞天城、中電科 13 所、中電科 55 所、三安集成等;IC 設(shè)計(jì)公司有聞泰科技、斯達(dá)半導(dǎo)、綠能新創(chuàng)、陸芯科技、瞻芯電子等;制造企業(yè)有 BYD 半導(dǎo)、揚(yáng)杰科技、時(shí)代電氣、基本半導(dǎo)體、泰科天潤(rùn)等;封測(cè)領(lǐng)域也有長(zhǎng)電科技、華天科技等企業(yè)支持。其中，BYD 半導(dǎo)、三安光電、泰科天潤(rùn)等企業(yè)涉獵 SiC 多個(gè)環(huán)節(jié)，已形成較為完善的產(chǎn)業(yè)鏈布局。整體來(lái)看，SiC 較 IGBT 具有更完善的產(chǎn)業(yè)鏈布局和更強(qiáng)的國(guó)產(chǎn)自主能力，將為國(guó)內(nèi)功率器件上車提供強(qiáng)有力支撐。

在新能源汽車快速發(fā)展的當(dāng)下，IGBT 在過(guò)去主導(dǎo)了市場(chǎng)，如今雖面臨挑戰(zhàn)，但在中低端車型等領(lǐng)域仍有重要地位。而 SiC 憑借自身優(yōu)勢(shì)，正加速上車，開啟新的發(fā)展周期。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的持續(xù)降低，IGBT 和 SiC 將在不同細(xì)分市場(chǎng)發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，共同推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)邁向新的高度，為實(shí)現(xiàn)綠色出行和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。同時(shí)，本土產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的崛起也將在保障供應(yīng)安全、提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。