车规级功率半导体IGBT

车载 IGBT 分为几个层级，主要分为 A0/A00 级以下，A 级车，还有一些专用车例如物流和大巴车。

在 2015 年以前是没有 IGBT 车规级的说法的，是英飞凌和一些国际大厂（博世、比亚迪合作），从工业级芯片衍生来的，从四代（P4 的芯片）不断的升级换代，换成 EDD2，EDD3 转换成车规级芯片，当时四代对应的车规级芯片是 EDD2，七代芯片对应的是 EDD3。

车规级模组，封装最开始也是从英飞凌，采用单面散热，主要用于物流大巴上，最后开发出单面制冷的封装（HTYHTB），最后发展成双面散热，目前来讲，英飞凌成为芯片、封装行业的定义者。

在国产方面，最早开始在 17、18 年，当时国内供应比较多的是比亚迪、斯达，他们开始在车载模块方面做一些替代。

目前，比亚迪所有的芯片和模块都是自产自销，近年来车增长比较多，产能也是比较紧张，现在也在外购一些芯片和封装。比如年产 60 万台车，80%都是自产自销。从 2008 年开始进入 IGBT 芯片开发，当时是收了一个二手的台积电 6 吋的 Fab 厂，整个芯片的供应来讲，只能对标到英飞凌的四代以下，英飞凌的二代到三代之间，平面性结构做不到沟槽，封装上，做到英飞凌的单面制冷。外销上，尝试过，一直受限于芯片的代差，和 6 吋厂芯片的性价比比较低，因此外销市场做的不大，基本上是集中在内部市场。

斯达的情况是，在 17 年开始切入，国内的新能源车第一波涨量，从 60 万辆涨至120 万辆，接近一倍的增长，当时比较有优势的是做工控的，模块和芯片主要对标650 和 1200 伏的芯片。

物流车和大巴车本来使用 1200 伏的模组，A00 车用 650V 的芯片，对于斯达来说，当时的开发很简单，只用增加芯片的面积，最早通过车规的审核，包括整个的封装，原来都是用在工业级的模组中，当时在 17 年抓住了机会，最早切入了物流和大巴车领域，后面切入了 A00 模块，目前它的替代份额非常高，接近 60%的市场，后来的 A 级车以上，是单独的电压平台，750 伏的模组（英飞凌最先开发，但是对于国内厂商来说，都是没有开发过这个电压平台的芯片）。

在 18、19 年之后，比亚迪、中车、斯达在开发 750 伏的电压平台之后，针对这 3个厂家，在同一个起跑线。

在这方面，包括中车和士兰微这种 IDM 的厂商，在750 伏的平台上后来居上，相对斯达更加领先，中车的 750V 模块已经切入 A 级车 的供应，士兰微在芯片制造采用新的技术，芯片性能也比斯达更好。

斯达在 A 级市场上的份额还比较少。对于斯达来说，A 级车以下，基本上都能够完成国产替代，但是在 750 伏平台开发的基础上，性能上比不过 IDM 厂商，另外在车规级专线和产能的优势上，受限于 Fabless 的模式，华虹的产能，包括各种专线的影响，所以在 A 级车平台进展相对不是很大。

对于中车时代电气来说，最早开发车载模块也是在 2017 和 2018 年，从高压往低压做会有优势，对于高压轨交和电网的对于一致性和可靠性要求更高，在车载领域要求也是非常高的。

中车原来主要做 1500V 和 3300V 的 IGBT，在 17 年的时候，开 发 1200V 和 650V 平台的时候，新开发了两个电压平台的产品，包括在车载领域，对车载的应用缺乏理解，比如瞬时过载的工况，蓄流要求比较大工况，对车载电控领域也不深入，当时也是在国内推出的 1200 伏和 650V 的产品，但是当年推广并不成功。

19 年以后，由于本身是 IDM 厂商，750V 上是领先的；在一些前驱要求120kw，后驱要求 160kw，都是可以满足，但是斯达只能满足前驱 120kw，后驱满足不了,损耗效率比较大。

时代电气在去年是国内第一家进入 A 级车供应链的厂商（有自身产能的优势），目前和国内的一些车厂定点单位也比较多（蔚小理，东风汽车，一汽，红旗），所以对于今年来讲，一些 A 级车模块的增量会有所增加，虽然 A0/A00 级斯达占据很大的量，但是中车对于 650V 和 1200V 进行了迭代开发，推出了产品比斯达价格低 20%，中车今年在车载上会有一个比较明显的放量。

士兰微相对与其他几家开发车规 IGBT 比较晚的一家，目前比较大的优势是 top2的 IDM 厂商，产能非常大，但是产品开发的比较晚，经过这几年的开发，包括一些 A0 和物流车级，都开始逐步有些批量订单，包括比亚迪和汇川都有物流车和大巴车订单。目前来说公司芯片在 A 级车来说是最好的，但是产线达不到一个量产的状态，更重要的是车规级模块来说，在性能、可靠性、寿命等要求比较高，目前存在的问题是性能的可靠性比较差，还要继续进行一个验证，才能达到量产的状态。

已经去看过士兰的 Fab,但是在稳定性方面还比较差。

去年来说，国内的新能源车是 300 万辆，比亚迪、中车和斯达三家份额也达到了30%的替代份额，相对于光伏和新能源发电领域国产率还是比较高的。

二．问答环节

Q：华为新发的智能车是否用的安森美的解决方案？

A：安森美在车载领域不属于传统的玩家，和以前海外 SP 一样，原来专注于分立器件和 IPM 模组。前几年拿到了华为光伏供应的订单，光伏模块对 IGBT 的要求非常高，高频，芯片要求英飞凌以上，模块要求定制，海外只有英飞凌和wincotech，安森美是得到了 wincotech 的授权。16-17 年切入光伏模组，18 年之后收购 Fairchild 切入车载领域去做。如果安森美按照英飞凌定义的传统方案去做 载模组，是完全没有任何优势的，因此推出了一些新的封装方案，比如双面散热。英飞凌曾经给博世做过，但是没有推，因为这种方案很有性价比，成本也会降低。不同于英飞凌推广的单面散热方案，安森美直接推广了第三代的车载模组封装，叫双面散热。对于单面散热已经走到了一个相对瓶颈的阶段，所以华为考虑到双面散热封装方式在功率器件和车载模组性价比上还能够进行进一步的提升，因此启用了安森美车载模组的方案，传统车载模组的玩家应该是英飞凌、三菱、富士这些。

Q:用在光伏上的都是以英飞凌六代芯片为主的吗？

A：不是的。车载的芯片是英飞凌从四代的版本改过来的，英飞凌给车载用的一个是四代和七代，六代是没有车载芯片的。六代是针对四代的一个升级，四代芯片主要是针对 30khz 以下工控做的开发，没有考虑到 30khz 以上的供率。后来推出了30khz-100khz，包括针对 UPS,针对光伏的高频版本的芯片，六代应用于光伏，只 有单管高频版本。七代产品同时推出针对工控，光伏，车载的产品，四、五、六都可以认为在四代产品上的迭代开发。对于国内车载 IGBT 芯片来说，主要对标英飞凌四代，英飞凌七代产品的性能是具备的，但是做大规模量产还做不到。包括目前对标模块的成本，英飞凌现在都是用 12 寸量产的，国内完全对标不了替代的产品。英飞凌的光伏主要是老版本的产品用 6 代，新版本的产品会用到 7 代一些替代，比如光伏模组，特性要求频率非常高，另一个它的模组都是一些定制化的工装。车载主要四和七代，光伏主要六到七代主要是高频版本。

Q：刚刚提到士兰微车规模块的稳定性还达不到批量生产的要求，这家公司 2022 年有没有机会可以批量突破 A 级车的模块，目前和出货比较多的车厂有哪些？

A：目前士兰微订单还在小批量的物流和大巴车上，去年年底汇川有一个 1 万以上物流车订单，包括去年比亚迪给了 2000 辆物流车模块订单，但对 A 级车来讲，最大的问题是 Fab 厂这块，芯片的批次性差异和漂移。包括 A 级车模块的验证，主要是在 20 年推出来的，从可靠性验证一般来说一年半到两年以上，目前乘用车验 证还没有一个整车厂能够通过，另外包括 Fab 厂质量控制都还有问题，目前还是有待提升的，快的话，也要到今年年底之后，今年年内放量的机会不是很大。

Q：今年 IGBT 的供需关系如何判断，能不能分不同的下游领域分析？

A：今年根据我们内部预测，光伏领域 50%的增长，肯定会缺货。光伏作为工业领域，要求很高，毛利率也高。以前主要是被英飞凌和 Wincotech 垄断，后来wincotech 主要从安森美买芯片做定制封装，后来被三菱收购了，所以目前光伏模 块基本上被三家垄断了。

华为和阳光目前自己备货都在一年到两年以上，二线厂商固德威、锦浪库存不到三个月，阳光电源已经成为英飞凌全球 TOP3 的用户了，英飞凌也在给阳光在国内寻找封装的资源。国内能做的只有微逆用到的单管能部分有替代，模组几乎没有替代，所以今年光伏 IGBT 大概率还是缺货涨价的。

在车载 IGBT，去年涨量比较多的是 A00/A0 以下，主打的五菱宏光，一款车型去年卖了 40-50 万台，但是用的是单管的 MOS 方案，不涉及 IGBT 模组，今年新能源汽车主要增量在乘用车 A 级车以上，会用到 750 伏模组，我们预计传统的1200V 和 650V 供应会比较稳定，750V 的模块供应会出现一个缺货的状态。日本的富士、三菱前几年还在国内供应，但是目前日系厂商在国内车厂已经完全没有供应了，目前海外品牌来说，英飞凌是一家独大，但是产能也非常紧张，模组库存是属于历史最低的水平。

英飞凌扩产也比较保守，当时说 18 年要扩产，直到 19 年中，才开始扩产 12 寸先，本来计划今年投产，提前了 3 个月，去年十月就投产了，Fab满产也需要 3-4 年的时间，今年 12 寸产能就 1-2w 片。英飞凌采取大客户策略，主 要供应博世和法雷奥等大厂，对于国内车厂帮助不大，整个国内车载模组供应需要靠国产化的替代，比亚迪也会开始导入国内 IGBT 模块。

从乘用车来看，今年是国产化一个很好的机会，小的汽车厂商会大量导入国产 IGBT 模块。另外 IGBT 传统领域、工控等，市场的需求都在下滑，例如工控领域，增速在放缓，不是像新能源发电 30%的复合增长率，国内只有 10%以内，国内的工控厂商在不断的吃海外的份额，替代海外的西门子，施耐德等，包括富士、三菱等。

以前工控份额增长非常快，是因为不断在吃海外的份额，包括不断进行国内厂商不断的进行国产化，比较典型的斯达，从以前的几个亿做到前年的 7 个亿，再到去年的 10 个亿，每年基本上是 30%的增长，主要还是看国产替代能够做多少，包括龙头厂商的国产化要求，市场上要求不大，但是国产化替代的空间还是很大的。

另外向一些白电产品，在一些要求比较低的领域，650 伏的芯片，包括可靠性，寿命在 3 年以内，性能要求在 3000w 以内的功率，功率要求也不大。比如说 IPM 在20 块以内的成本，不光是 IGBT,还有一些驱动 IC，这一块单做封装，没有什么毛利可赚，国内主要是 IDM 厂商在做，比如士兰微和吉林华微在做，包括斯达，这块在国内的厂商占比比较多，整个白电都是根据国内空调，洗衣机的需求来变化的，这里的需求是根据国内的消费水平来定的，国内消费水平低，增速就会放慢，这块的市场增长量也不会太大，主要是靠国产替代，比如吉林华微白电厂也能占 20%的替代份额，海外的安森美、HP、三菱这些品牌，价格相对比较高，未来也会以国产替代话为主，增长不会太大。

另外一些高压市场比较垄断，例如高压、轨电、轻轨、相对比较垄断的企业，中车，包括国家电网，看到毛利率比较大，现在也在自己做，市场来说，一个是空间相对有限，毛利非常高，但是一般的私企、民企进入工业化是非常难的，可以理解为是中车和国家电网的专有市场。

Q：21 年看到光伏领域国产厂商主要是涉及单管，目前 IGBT 单管光伏领域国内厂商占比是多少，未来的趋势是什么？包括提到模块的要求比较高，那么国内哪个厂商最有可能国产替代？

A：首先，光伏逆变器对于 IGBT 的形态选择是看功率的，大功率才会采用模块。有一个明显的分界点，4Kw 用于微逆，4kw-100kw 用于组串，100kw 用于集中式，在传统方案，微逆在 4 千瓦以下，都用单管，4 千瓦-100 千瓦，包括组串和集中式都用模组，这块和效率有关，微逆对效率比较低，94-96%就可以满足出货出口的标准，组串和集中要求效率比较高，要 98%以上，只能用模组，而且模组设计难 度更高。

这几年随着国内光伏逆变器主打海外市场，在海外主打性价比，延伸至一些部分组串式也慢慢采用单管的方案，提升产品性价比，对于逆变器的寿命和效率没什么帮助。

在国内厂商主要在 30 千瓦以下也开始采用单管的方案，对于未来来说，单管在逆变器上的空间占 30%左右，对于以前来说，微逆占逆变器 15%的份额，组串式 50%左右，剩下的是集中式。

对于国内几个厂家，华为是国内做模组、逆变器国产替代最早的厂家，去年很多厂商受到马来西亚封国的影响很大，安森美、英飞凌都是在马来西亚做封装，所有厂 商都在进行替代，但是我们由于受到美国的打压，前几年已经逐步开始做替代的方案。

在国内来说，在前面的厂商是斯达、宏微和士兰微等厂商，斯达和宏微找到了给英飞凌代工的厂商英国 Newport，相当于走了一个捷径，本身这个厂商具备了英飞凌六代芯片的工艺，以前华虹不具备，主要开发英飞凌四代，高频的没有开发过，主要找海外做代工。士兰微的 IDM 有产品迭代优势，不过进步很快，高频还要迭 代几版，可能到今年才能够供应上，这几个厂商在单管上是比较靠前的。对于模组上，分为组串和集中，组串式的模组主要是无基板的封装，有两种封装方案英飞凌和 wincotech，英飞凌的方案原来也用在工控领域，没有专利壁垒，国内厂商可以直接用。英飞凌已经迭代到 7 代芯片，国内在芯片在芯片性能上还达不到，wincontech 的方案也是，目前主要是芯片性能没办法达到。另外封装方案英飞凌 7 代用于光伏的有专利壁垒。

Q：除了 IGBT，碳化硅方面的替代如何，碳化硅的 MOS 会不会和 IGBT 的 MOS一样发生大的变化？

A：碳化硅格局会有一个比较大的变化，英飞凌主推 IGBT，在碳化硅领域，车载量产，包括 ST,博世和安森美，这才是主流的几个厂商，目前的 OBC 领域比较多，英飞凌在这个领域是比较慢的，未来碳化硅起来之后，主要是 ST，博世，wolfspeed，安森美，罗姆等厂商为主。

碳化硅 MOS 在车载上主要应用在电控和OBC，而空调压缩管这些场景对于频率要求比较低，而且对性价比要求高，所以目前碳化硅替代还没有看到。OBC 包括充电领域是非常适合碳化硅的，有几大特性，一个是高频，频率越高，效率越高，材料阻抗比较小，可以发挥高功率的优势。同样一个车载模块内，硅基最高达到 160kw 以内，碳化硅可以轻松做到 200kw 以上的功率。

另一个是高结温的优势，理论上碳化硅可以做到 600 度，但是目前受到封装材料限制，不能突破200 度的封装，原来硅基封装受限于硅基模块，基本上封装都是按照 175 度的结温设计，不能突破 200 度。

OBC 的功率也不大，主要在 6.6kw,11kw 和 22kw，采用碳化硅单管，碳化硅单管成本也不会很高，主要是 50A，70A 的电流，封装的成本是忽略不计的，一颗一块钱，主要在于芯片的成本。碳化硅芯片越小，良率就会越高，ST 用的车载芯片 100A 电流，良率 50%，但是用在 OBC 领域 50A 电流良率会做到 70%以上，所以成本差不多是硅基芯片的 3 倍左右。

目前来说碳化硅单管效率会提高 8 个点，一次充电 100 度，可以节省 8 度电，充 100 次，就可以省 800度电，基本上可以抵消碳化硅的成本增加了。OBC 里面 IGBT 单管价值量也就100-200 元左右，如果是 6.6Kw 的替换成碳化硅也就 600 元左右，所以充一百次电成本完全可以覆盖，还没有考虑系统方面整体成本的下降，所以非常适合 OBC 的应用，目前 11kw 和 22kw 已经在大量采用碳化硅了。车载电控与工控是通用的，频率不高，碳化硅第一个特性，高频发挥不了，第二个导通阻抗低的优势可以发挥，带来电机输出效率的提升，体现在续航的提升。

目前特斯拉的 Model3，相对于硅基提升续航 6%，按 600 公里的续航测算，提升 36 公里，能省 3 度电左右，可以节约 3600 元的成本。对于碳化硅的电控模块成本还比较高，碳化硅电流比较大，650V，800A；1200V,600A，原来硅基里面 800A 和600A 的芯片至少需要 200A 的芯片做并联，碳化硅芯片越做越大，良率越来越低，理论上智能做到 100A 的电流，5.5*5.5 的面积，如果再做大，良率会下跌，650V,100A 特斯拉的芯片目前是 50%-60%的良率，比亚迪 1200V，100A 高压的良率会更低，对衬底的缺陷更敏感，良率只有 34%左右，单颗 die 特斯拉的成本接近60 块左右，比亚迪芯片接近 80 块左右，特斯拉用了 48 颗，比亚迪 36 颗，光芯片接近 3000 块，加上封装 1000 块，整个碳化硅模块成本在 5000 块以上。那么相对于硅基 1000 块的售价会有 5 倍以上的差距。目前来说罗姆有一个预测，一方面碳化硅芯片良率会有提升，（56:336 寸到 8 寸）成本的降低，两年之后，1200V,50A，650V,100A 未来能降低 2 倍以下的价格，比如目前 1200V,50A 目前 80 元，在 2024年能到 30 元，650V,100A 未来能降到 20 元一颗，重新测算一下，会到 2500-3000元的模块成本，第三点就是封装领域，提升模组的结温，减少散热的成本，进一步降低系统成本，碳化硅在长续航车型中有很大的优势。

Q：是否能够理解为充电桩中会大量使用？

A：充电桩目前来讲，和光伏，UPS 一样都是属于高频高效的电源领域，目前来说，用硅基三电频以上，可以做到 98%以上的效率，未来替代的节奏还是和光伏一样看成本收益比是否合适。碳化硅模块成本 5 倍，用一个 500kw 的快充，用硅基模 块 1w 元，用碳化硅 5w 元，但是效率可以提升 3%，相当于一个小时节省了 15 度电，每天发电 5-6 小时，节省 90 度电，如果三年到五年节省电的收益可以超过模组成本的增加，因此也可以采用碳化硅模组的方案。目前来说，国际主流厂商，如安森美和英飞凌，主打三电频这种 IGBT 模组一样的方案，会混搭一些碳化硅二极管。