SiC風再大也難掩硅基IGBT的“光彩”，國內幾大項目何時量產？

近年來，以SiC（SiC）、氮化鎵（GaN）等材料為代表的化合物半導體因其寬禁帶、高飽和漂移速度、高臨界擊穿電場等優異的性能而飽受關注。SiC和Si來競爭制造功率半導體無論是在科學和實踐上都得到了實力上的體現，尤其是隨著新能源電動車的普及和發展，主機廠開始轉向800V高壓平臺，對SiC的需求量越來越大，其在汽車上的應用步伐也在加快。這就對硅基的IGBT帶來了一定的沖擊。

但是最近關于IGBT缺貨的消息不脛而走，起因是臺媒的一則消息報道，茂迪董事長葉正賢表示，IGBT漲價缺貨已不是新鮮事，不是價格多高的問題，而是根本買不到。與此同時，代工廠也跟著水漲船高，代工廠商漢磊集團今年初調漲IGBT產線代工價一成左右，凸顯市場火熱。

而從全球幾大IGBT廠商的交期來看，似乎也顯示出IGBT確實緊俏。目前IGBT主要由歐、日大廠主導，英飛凌的全球IGBT市占率超過32%，此外，日本富士電機、安森美、東芝、意法半導體等也是主要供應商，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是近期半導體組件中，唯一還能大漲價且一路供不應求的品項。

導致IGBT缺貨、漲價的原因主要有四點：其一，需求旺盛，車用、工業應用所需IGBT用量大增；其二，供給不足，產能擴增緩慢；其三，風光儲需求旺盛帶動IGBT需求強勁；其四，特斯拉大砍75%碳化硅用量，IGBT為潛在替代方案。

根據市場消息，6月安森美的IGBT供應短缺，交期仍在40周以上，無明顯緩解。根據富昌電子公布的《2023 Q1芯片市場行情報告》數據顯示，意法半導體、英飛凌、Microsemi、IXYS的IGBT交期與2022 Q4的交期一致，最長達54周。工業、車用領域的IGBT需求仍然緊俏。有業內人士表示，IGBT缺貨問題至少在2024年中前難以解決；部分廠商IGBT產線代工價上漲10%。

現階段全球產能緊缺，IGBT市場面臨短期內供不應求的狀態，這為國產企業提供了機遇。如今，本土IGBT產品性能已經逐漸成熟，且部分產品性能可對標海外IGBT大廠產品，加速國產化IGBT產品市場滲透，逐步切入高端市場。國內一眾廠商如揚杰科技、斯達半導、士蘭微、新潔能、紫光國微等也在加快擴產和研發步伐。


SiC替代不了IGBT

誠然，SiC雖然具有一些優越的特性，但并不適用于所有應用場景。SiC晶體管具有更高的開關速度、更低的導通電阻和更高的耐壓能力等優點，這使得它們非常適合高頻、高壓等應用場景，在600–1,700V范圍應用上SiC功率器件具有很大的優勢，尤其是新能源汽車領域，傳統硅基IGBT芯片在高壓快充車型中已經達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晶體管的劣勢在于，其價格相對較高，SiC生產過程也更加復雜。SiC價格較高的主因是因為SiC襯底導致：SiC晶體生長的速度緩慢，SiC晶體長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天時間；SiC的硬度也很高，不僅切削時間長，而且良率還低，一般來說，硅片的切割只需要幾個小時，而SiC則需要數百小時。因此，SiC產業鏈的實際控制權掌握在襯底供應商中。除此之外，其他生產成本也比Si高，但相對襯底所占的比重則較小，SiC加工生產需要更高的溫度個更昂貴的耗材。SiC晶體管也存在一些缺點，比如容易受到損壞、溫度敏感等問題。綜合這些特點來看，SiC并不適用于一些低成本、低功率的應用場景。

IGBT的制造成本低于SiC MOSFET，因為IGBT使用的硅基材料成本低，生產技術成熟，硅的價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，因為IGBT的結構相對簡單，故障率較低。同時，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、大電流的應用場景。譬如在DC-DC這種對環境要求不是很高、對重量和空間要求也不高的充電樁領域，想要替代成本最具優勢的IGBT有很大的難度。

因此，SiC并不能完全替代IGBT。

此前有業內人士也告訴過筆者，“SiC就像一個聰明而又個性極強的少年，優點突出，缺點同樣突出。IGBT更像一個持重而成熟的青年，可以扛起功率器件的重擔。”

英飛凌科技高級副總裁、汽車電子事業部大中華區負責人曹彥飛在近日的一次媒體溝通會上也表示：“對于許多把頂尖性能和外形因素放在次要位置的應用，硅基仍然頗具競爭力。我們認為在汽車領域，Si跟SiC在中長期一定會是并存的。”

事實確實如此，IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）作為一種新型功率半導體器件，是國際上公認的電力電子技術第三次革命最具代表性的產品，是工業控制及自動化領域的核心元器件，IGBT 被稱為電力電子行業里的“CPU”。IGBT在很多應用場景中仍然是最佳選擇，IGBT被廣泛應用于變頻器、風力發電、太陽能發電等領域，而這些領域的發展速度非常快，導致了IGBT的需求量也快速增長。


國產廠商迎來大豐收

IGBT的持續火熱，國產廠商迎來的不只是訂單的大豐收，還有業績的大豐收。

首先在訂單量方面，近日時代電氣披露調研紀要顯示，IGBT器件已有產能基本跑滿，第一季度合計IGBT有7.23億。傳感器件、功率器件、新能源汽車電驅是一個量綱訂單，目前產能排得很緊，達產率非常高。公司在去年第三季度就基本把今年IGBT產能排滿了。

斯達半導也表示光伏領域在手訂單是現有產能的數倍之多。士蘭微、華潤微、宏微科技都表示在手訂單量飽滿，產能供不應求。

其次，再看業績。2022年時代電氣全年營收180.34億元，同比增長19.26%。2023年Q1，時代電氣營業收入人民幣30.85億元，同比增長21.25%，漲勢喜人。

斯達半導體更是連續7年實現營收、凈利潤雙增。尤其是2022年其營業收入27.05億元，同比增長58.53%，歸屬于上市公司股東的凈利潤8.18億元，同比增長105.24%。

此外，士蘭微、揚杰科技、宏微科技等公司的營業收入都在2022年實現大幅增長。


國產IGBT產能何時落地？

2021年，斯達半導定增獲得發審委通過，將募資35億元用于IGBT芯片、SiC芯片的研發及生產。預計將會達成6英寸IGBT產能30萬片/年，6英寸SiC芯片產能6萬片/年，具體投產時間未知。

2022年10月，時代電氣啟動了IGBT三期新產線建設準備工作，公司此前已投資建設了一期、二期產線。三期總投資額111 億元，其中宜興項目投資58 億元、株洲項目53 億元。宜興項目，一期規劃產能是年產36 萬片8 英寸IGBT，產品主要用于新能源車領域。株洲項目，建成后產能年產36 萬片8英寸IGBT，主要用于新能源發電、工控、家電。三期項目建設周期24 個月，預計2024年6-7月才會投產。

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

華潤微的IGBT產能也會在今年有所新增。華潤微高管此前預計，2023年資本性開支較2022年將增加至百億規模，主要涉及重慶12英寸、深圳12英寸、先進功率封測基地以及公司對外投資并購項目。根據規劃，華潤微6英寸晶圓制造生產線主要增加第三代半導體產能包括碳化硅和氮化鎵；今年8英寸晶圓制造生產線通過技改、IGBT等重點產品產能擴充會帶來一定幅度的產能增加；重慶12英寸2023年底目標是爬坡至2萬片。

有分析指出，2021年及以前，中國有80%—90%的IGBT產品均需要進口，2022年整體IGBT國產化率提升至約30%—35%，車規級IGBT廠商在中國的市場份額已經從2021年的32%提升到2022年的45%—50%。

未來，隨著IGBT市場的不斷擴大以及國產IGBT企業技術上取得突破，中國IGBT正在駛上發展的快車道。