中国车规IGBT企业的野心、行动、图谋与布局

芯锂话

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· 2021.12.08

无论是IGBT还是SiC中国芯片企业起步的时间都并不长,在资本助推下,依然存在更多变化的可能。

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中国车规IGBT企业的野心、行动、图谋与布局

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图片来源@pexels

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文丨芯锂话

20世纪70年代,人类对于电气的掌握已经驾轻就熟,然而即使当时人类已经进入电气时代100多年,但却依然无法解决电机的“无用功”问题。那时候如果想要将电机的输出降下来,只能人为的安装一个物理屏障插入由泵推动的空气流或水流中,导致效率低下。

实际上,当时的工程师们已经想到了一个控制电机转速的方法:以可变频率向电机组输出功率。但如此简单的原理,却被当时的硬件条件所束缚,任何一种电气元件都不足以满足高电压下对输出电压的准确调节。

原本功率场效应管(MOSFET)是最好的解决方案,但他却只能应用于低压场景中;晶闸管虽然可以承受高压,但想要关闭它需要等到电压极性反转,这就严重制约了其应用。

直到1980年,通用电气的工程师贾扬·巴利加发明了一种兼具MOSFET管和双极型三极管(BIJ)优点的复合型元器件——绝缘栅双极晶体管(IGBT)。由此,人类实现对高压电机的驾驭。

如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域,IGBT至今都是必不可少的关键元件。在如日中天的新能源汽车中,逆变器IGBT更是以52%的价值成为整个动力系统中含金量最高的元件。

对于新能源汽车而言,逆变器是核心关键,类似于燃油车的发动机管理系统EMS,决定着汽车的动力。而逆变器的核心则是半导体芯片IGBT,其设计应最大限度地减少开关损耗并最大限度地提高热效率。

如今新能源汽车遭遇“芯片荒”,理想汽车就曾因为英飞凌IGBT供应出现问题而紧急更换国产供应商,在这种背景下,车规芯片的自主替代就显得至关重要。

尽管中国企业与世界龙头差距巨大,但“芯片荒”的爆发和SiC的崛起实则让中国企业得到了千载难逢的发展良机。

新能源汽车的浪潮下,中国车规芯片企业迎来难得的发展机会,这些企业也赢得了资本市场的热切助力。万事俱备,东风已至,属于中国车规芯片企业的时代必将来临。

01、野心:拿回属于我们的市场份额

过去几年,新能源汽车呈现出爆发式增长,作为新能源汽车上最大的变量,车规芯片无疑是最为受益的一环,但我国的车规芯片却主要依赖于海外企业。

据ICVTank数据,2019年全球车规半导体份额被欧美日公司瓜分,恩智浦、英飞凌、瑞萨半导体等八大头部公司合计占有整体市场规模的63%。

按照地区划分,欧洲、美国和日本分别占有全球车规芯片的36.8%、32.1%和26%,合计市场占有率达93%,而中国企业的市场份额仅有区区2.5%。

与此同时,中国是世界上最大的新能源汽车市场,2020年累计销量为127.19万辆,占全球新能源汽车总份额的40%,与车规芯片不足3%的自主替代率形成鲜明对比。

在中国汽车芯片产业创新战略联盟公布的另一份数据中,中国汽车芯片的自研率仅占10%,对于中国车规芯片企业而言,这其中具有90%的国产替代空间。

假使中国车规芯片企业能够拿到与中国新能源汽车市场规模相匹配的渗透率,也就是渗透率由2.5%提升至40%,那么也将获得16倍的上涨空间。

尤其是IGBT芯片作为电控系统中必不可少的元件,它的自研替代已经不仅仅具有经济意义,同时也具备战略意义。

正如最近的汽车“芯片荒”中,英飞凌IGBT芯片已经产能不足,这给了中国芯片企业崛起的机会,拿回属于中国车规芯片企业的市场份额,完成对IGBT芯片的国产替代,这已经成为市场的一致期望。

这种情况下,中国IGBT企业已经开始对中国整车企业展开了全面的行业渗透。

02、行动:2022将是“量产元年”?

胜利者与失败者的最大区别,就在于胜利者能够将内在的野心付诸行动。

纵观国内涉足IGBT的企业,无一不把它当成战略发展的重点。目前海外企业处于技术引领者角色,而本土企业则主要聚焦于中低压市场。

具体来看,士兰微、华润微、新洁能、华微电子、比亚迪、宏微科技均已经拥有中低压 IGBT 产品的生产能力,而具备高压IGBT芯片生产能力的中国厂商则只有时代电气和斯达半导两家。

车规IGBT芯片的电压普遍在750V左右,因此我们可以看到各家企业都在600/700V规格进行了大量布局。由于车规芯片需要严格的认证,因此大规模商业导入整车厂仍需要时间。

从目前的消息看,2022年有望成为中国车规IGBT芯片的“量产元年”。

比亚迪的IGBT芯片主要为比亚迪自供,同时也进入小康汽车、宇通汽车、福田汽车、北京时代供应体系。比亚迪国内IGBT市场份额超过20%,已经成为仅次于英飞凌的行业老二。

斯达半导今年上半年IGBT 模块持续放量,合计配套超过20万辆新能源汽车,已经成功切入主流国产汽车供应体系,预计2022年将进一步放量。

士兰微开始正式向整车厂供货IGBT模块B1和B3规格,其中B1适用A00级车,被领跑T03大量采用;B3适用A-C级车,已经被极氪小批量试用,如果效果较好,有望在2022年批量供货。

时代电气、新洁能、宏微科技虽然并未大规模供货,但均已向国内整车厂体检样本进行测试验证,如果一切顺利它们也均有望在2022年逐渐放量。

中国新兴产业曾经历过无数次的“未达预期”,我们从来不缺少野心大的的企业,但真正通过实践将野心实现的企业却凤毛麟角,而正是这少数的实践派成为了最终的胜利者。

03、图谋:SiC的弯道超车

车规芯片不需要追赶摩尔定律,因此这个行业并不容易产生大的格局变化。

由于对先进设备依赖度不高,企业的整体支出比较小,但这并不意味着车规芯片就没有技术门槛,各企业比拼更多的是制程工艺、封装设计和新材料迭代。

在英飞凌等欧美日龙头且已经迭代数十年的情况下,中国企业想单纯的凭借工艺获胜,这无异于痴人说梦。虽然“芯片荒”给中国IGBT企业带来扩大市场占有率的机会,但依然不足以向世界龙头企业发起挑战。

那么中国IGBT企业的机会在哪里呢?正是即将爆发的第三代半导体SiC。

SiC具有耐高压、耐高频的特性,仅用传统MOSFET结构,就能实现比硅基IGBT更佳的理化性能。在某些场景中,SiC已经具备完美取代IGBT的能力。

最早的商用SiC器件出现在2001年,直到2010年人类才实现SiC的 MOSFET结构。也就是说,全球SiC 器件均处于刚刚起步阶段,即使海外龙头企业具有技术上的领先优势,但这个技术差距也远小于IGBT数十年积累的“迭代鸿沟”。

既然硅基IGBT极有可能在未来被SiC器件取代,那么是否意味着如今国产企业争夺的IGBT市场份额毫无意义呢?结果当然是否定的。

正如我们前文所述,整车厂商对于供应商有着严格的资质要求,在传统能源车时代,能够切入整车大厂的供应链体系,这已经就是一种潜在的公司护城河,如今也是同样的道理。

如今国产厂商拿到的IGBT份额,其意义不仅停留在财务层面,实则更是一次对于整车厂商SiC器件的提前卡位。对于新能源汽车整车厂来说,即使要用SiC来取代IGBT,它们往往也更愿意选择合作过的成熟供应商。

这就意味着,如果能够提前切入整车厂,并与之保持良好的供应关系,不仅会受益于新能源汽车的放量,而且也是给未来自身SiC的替换留下空间。

在SiC布局上,中国企业起步并没有晚太多,因此极有可能出现挑战世界龙头,甚至弯道超车的可能。

基于此,中国车规IGBT厂商在积极扩产之外,做的最多的事情就是积极投建SiC的产能。

04、布局:谁将成为SiC第一股?

扩张成为2021年中国IGBT企业的核心关键词。

历数中国主要的IGBT企业,他们无一不在2021年进行了产能扩张,除了产能扩增外,这些企业全部选择聚焦在SiC的相关布局,俨然SiC成为了必争之地。

比亚迪是目前中国市场IGBT份额占比最高的国内公司,因此在SiC对于IGBT的取代上,比亚迪无疑有先天优势,可以无缝切入自家整车厂。2020年底,比亚迪半导体宣布将会自建一条SiC产线,成为国内首家拥有SiC自有产线的整车厂。

斯达半导是国内最大的第三方IGBT厂,也是切入主流整车厂最多的公司。9月24日,斯达半导宣布定增获得发审委通过,将募资35亿元用于IGBT芯片、SiC芯片的研发及生产。预计将会达成6英寸IGBT产能30万片/年, 6英寸SiC芯片产能6万片/年。

同样以定增方式扩产的还有新洁能。11月11日,新洁能拟定增募资不超过14.5亿元,用于第三代半导体SiC/GaN功率器件及封测的研发及产业化。新洁能深耕 MOSFET多年,是国内颇具竞争力公司之一,SiC的到来有望让新洁能竞争力激增。

时代电气今年9月刚刚登陆科创板,其正在经历从轨道交通设备龙头向车规芯片厂转变的过程。招股书显示,除轨道交通外,新能源汽车正是公司的布局方向。目前公司已经建成两条 8 英寸 IGBT 产线,并在2018年建成国内首条6 英寸碳化硅生产线。随着公司登陆资本市场,有望获得更多的发展契机。

与时代电气类似,宏微科技也是9月登陆科创板的一家新兴公司。目前,公司已成功研发 650V M5i IGBT 芯片,可与英飞凌第五代 IGBT 5 系列产品对标。招股书显示,宏微科技将募集5.58亿元,用于包含SIC在内的新型电力半导体器件产业基地项目、研发中心建设。

老牌公司士兰微已经完成SiC中试线的通线;华润微已经具备6英寸SiC晶圆的生产能力;华微电子也在积极布局第三代半导体。

纵观所有中国车规芯片竞争者,他们无不在争夺IGBT市场份额的基础上,聚焦SiC的研发。英飞凌和罗姆已经实现SiC的商业化交付,中国企业要做的就是在他们抢占中国市场前,成功杀入整车供应链体系。

从目前的市场趋势分析,已经在IGBT具有明显份额优势的芯片企业明显更容易被整车厂商信任,在SiC替换IGBT时明显更具有竞争优势。由此来看,我们认为斯达半导、比亚迪、时代电气与其他竞争对手相比,更具有竞争优势。

但这个优势能否转化为最终的胜势也是一个问号,毕竟目前无论是IGBT还是SiC中国芯片企业起步的时间都并不长。在资本助推下,依然存在更多变化的可能。

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