IGBT（绝缘栅双极晶体管）是目前发展最快的功率半导体器件之一，大范围的应用于轨道交通、智能电网、汽车工业和新能源装备等领域，具有高输入阻抗和低导通压降等优点。IGBT模块同时具备节能、安装便捷、维护方便、散热稳定等特点。作为能量转换和传输的核心装置，IGBT也是新能源汽车电机驱动部分最核心的元件。

  本期内容，我们主要聚焦在功率半导体的国产化。整体看来，高端IGBT自给率偏低，但随着第三代半导体发展即在材料创新方面，有望创造出弯道超车的机会。

  功率半导体被称为是“电力电子装置的CPU”，用途包括功率转换、功率放大、功率开关、逆变、整流等。同一产品里，不同零部件所需的电压、电流的工作条件不完全一样，因此就需要将直流电转换为交流电，或进行电压调整。此外，功率半导体还决定着新能源汽车的节能性能，当功率半导体的性能提高，损耗将随之减少，可以以更少的电量驱动电气产品。这也是怎么回事实现碳达峰、碳中和，就一定要发展功率半导体的重要原因。

  IGBT自给率偏低目前功率半导体市场仍由硅基器件主导，包括功率MOSFET、超结功率MOSFET和IGBT等，具体大致上可以分为以新能源汽车和工业控制为代表的高功率应用场景，和以消费类电子科技类产品为代表的中低功率应用市场。

  根据Yole的数据，2022年全球IGBT的市场规模约为68亿美元，受益于新能源汽车、工业控制等领域的需求增加，预计2026年全球IGBT市场规模将增至84亿美元。

  中国是全球最大的IGBT消费市场，份额约占全球总消费市场的40%，到2025年，我国IGBT的市场规模有望超过500亿元。其中，新能源汽车IGBT已在2020年成为国内IGBT第一大应用领域，占比约三分之一。在新能源汽车领域，IGBT大多数都用在电池管理系统、电机控制管理系统、空调压缩机系统、OBC以及PTC等。

  值得注意的是，IGBT市场大部分份额由英飞凌、富士电机、三菱等外资主导，国内自给率较低。尤其在新能源汽车IGBT领域，国外厂商龙头地位凸显。以英飞凌为例，其在国内的装机量占比4成以上。制造工艺方面，英飞凌等几家头部公司已实现第七代微沟槽栅型IGBT的量产。相比之下，本土厂商的车规级IGBT产品尚存在代差。

  看，比亚迪半导体、斯达半导、中车时代电气三家公司算得上本土厂商排名靠前者。尤其在车规级IGBT模块出货上，比亚迪半导体近两年一直维持着全球第二、国内第一的地位。在国内市场，其IGBT模块份额逼近英飞凌。比亚迪自研IGBT最早要追溯到2005年，当时比亚迪第六事业部成立了IGBT部门，这也是其正式进军汽车行业之后的重要规划之一。2008年，比亚迪以1.8亿元收购了宁波中纬半导体公司，砍掉原本的代工业务，开始了IGBT的自研之路。一年后，比亚迪推出了国内首款自主研发的“IGBT 1.0”芯片，此后十多年里比亚迪从始至终坚持迭代更新。2022年，比亚迪推出“IGBT6.0”高端车规芯片，采用90nm工艺制造，相较同种类型的产品在工艺成熟度、芯片可靠性以及耐用性上都取得了重大突破。

  在2021年就推出了对标英飞凌第七代芯片的微沟槽车规级FS-Trench型IGBT 。2023年上半年，斯达半导生产的用于主电机控制器的车规级IGBT模块持续放量，合计配套超过60万辆新能源汽车，其中A级及以上车型超过40万辆。斯达半导成立于2005年，自成立之初便专攻IGBT模块开发，并在2007年成功推出第一款IGBT模块。之后为摆脱对国外供应商的依赖，实现核心芯片自主供应，公司又独立研发出了平面栅NPT型IGBT芯片，并于2012年实现量产。到2017年，斯达半导IGBT模块市场占有率首次进入全球前十，中国市场排名第一。

  时代电气在2017年切入车规级IGBT市场，并于2022年获得法雷奥定点，向其供应电驱系统IGBT模块，该项目周期4年，2023年开始量产，总交货量预计将超过250万台。说到中车时代电气，就不能不提高铁缺芯的那段往事。仅高铁领域，我国此前每年就需进口约10万颗IGBT芯片，金额高达12亿元。所以2008年，中车株洲电力机车研究所（中车时代电气的其前身及母公司，2016年完成更名）以约1672万加元（按当时汇率合1.09亿人民币）成功收购英国功率半导体厂商Dynex Power Inc.（丹尼克斯）75%的股权。这一笔交易也预示着中国高铁将用上国产IGBT芯片，彻底摆脱进口依赖。2014年，株洲所建成了世界第二条8英寸IGBT生产线，并顺利投产，实现了高铁IGBT的国产化。此后，国产高压IGBT开始争夺海外巨头的市场占有率。到2017年，中车时代电气郑重进入车规级IGBT市场。2019年其全面收购了Dynex。

  可以看到，车规级IGBT市场虽仍被外资主导，但本土厂商亦在积极布局。而且随着新能源汽车渗透率逐步的提升，高压平台逐步普及，大功率IGBT越来越成为刚需。前段时间，工信部正式更新了2015年版国标方案，将直流充电最大充电电流从250A提高到800A、充电功率提升至800kW。与此同时，功率半导体产业也正在加速向更高价值量的新一代半导体升级。

  ：国产超越的加速器相比硅基，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体技术因耐高压、耐高温、高频等特点，得以在新能源汽车、消费类电子领域快速渗透。根据盖世汽车研究院数据，在电气化趋势下，汽车功率半导体的单车价值量增长最多。传统燃油车中功率半导体的价值量为88美元/辆，而纯电动车功率半导体价值量高达350美元/辆，甚至更高。

  简单理解，当电池容量相同时，相比同级别IGBT，SiC可以相对延长续航；或者以更小的电池能够达到相同的续航能力，进而降低系统成本。从市场数据分析来看，在峰值功率上，硅基IGBT模块能够达到560KW，而SiC做到了800KW；峰值效率上，IGBT能够达到98%，SiC则能达到99.5%。

  在相同条件下，800V SiC功率器件的开关和导通损耗也都能做到更低。比如，当把器件的开关频率从10kHz提高到40kHz时，SiC增加的损耗相对有限，而硅基IGBT的损耗可能会有接近3倍的增长。因而最近几年新能源车企争相在SiC领域展开布局与定点合作。

  集邦咨询多个方面数据显示，电动汽车是SiC功率器件的第一大应用市场，2022年规模达到10.9亿美元，占整体SiC功率器件市场产值约67.4%。本土厂商方面，

  、天科合达、天岳先进都已实现SiC晶棒和衬底的量产。SiC器件方面，比亚迪半导体、三安光电等均步入量产阶段。

  的车规级SiC芯片产线正式通线；斯达半导自主的车规级SiC MOSFET芯片顺利开展，预计年内SiC MOS模块将向主电机控制器客户批量供货。此外，士兰微用于汽车主驱的SiC模块也已经向部分客户送样。而前面提到的三安光电，其车规级1200V MOSFET芯片已在战略客户处进行模块验证，预计2024年量产。客户方面，比亚迪半导体背靠比亚迪，在市场方面一骑绝尘；斯达半导主要配套东风汽车、长城汽车、奇瑞汽车等客户；三安光电则已确定进入吉利汽车、广汽集团的供应链体系。从应用市场看，车用SiC市场尽管目前规模尚小，但增长潜力巨大。

  其中关键一点在于，OEM出于国产化替代、供应链安全自主可控的考虑，正纷纷培养自主半导体产业，通过投资或者合资方式发展第三代半导体，其他的还有部分OEM选择自研。但无论哪一种，都有利于本士功率半导体的快速发展。

  值得注意的是，价格依然是现阶段限制SiC增长的首先因素。目前6英寸SiC晶圆的的价格大约是750～900美元/片，而8英寸晶圆的价格约为1300～1800美元/片。相比之下，一片6英寸硅晶圆价格不到100美元。博世此前就曾指出，受限于SiC的价格，2030年前，400V平台仍可能占据较主流的地位。

  因此除了积极地推进产品的产业化与商业化，本土SiC企业也在不停追赶更先进的8英寸工艺节点，期望打下SiC衬底的价格。能预见，随着上下游加深合作，或许能够为本土SiC企业创造出弯道超车的机会。