(文/程文智)根据乘联会的统计,6月份新能源汽车零售量53.2万辆,同比增长187%,渗透率达到了27.4%,预计2022年中国新能源汽车出货量可达585万辆,行业呈现出蓬勃发展的态势。新能源汽车的销量节节攀升,带动了MOSFET、IGBT及SiC等车规级功率器件需求的快速增长。
据市场反馈,应用于高压的超结MOSFET和IGBT需求旺盛,安森美已经停止了车用IGBT的接单,英飞凌、ST等IGBT交期超过了一年。根据富昌电子2022Q2市场行情报告,功率器件(MOSFET,IGBT)多数货期在30~60周,且仍有上升的趋势。
SiC MOSFET则出现了供不应求的情况,特别是随着蔚来ET5、ET7、小鹏G9等搭载了SiC车型的交付和放量,对SiC MOSFET的需求将会激增,而衬底和晶圆厂技术壁垒高,产能扩张慢,需求将可能难以被满足。毕竟积塔、台湾汉磊、X-Fab等SiC MOSFET晶圆代工厂的产能已经很紧张了,需求增大,只能进一步加剧紧缺。
国际厂商的车规级功率器件紧缺已经是不可避免,据小编所知,英飞凌的IGBT自2018年新能源汽车起来后,就没有哪一年不紧张过。那么国产的车规级功率器件有哪些厂商可以提供,目前是什么状态了呢?
根据NE时代数据,2022年1~6月我国新能源汽车中,仅上险汽车的电控装机就有231万套,比去年同期增加了近1倍,其中有29万多套的低压MOSFET车型,201万套的中高压功率模块车型。这就意味着今年半年,功率模块企业就要交付去年一整年的交付量,交付压力可想而知。根据统计数据,排名前十的交付企业有,英飞凌53.3万套、比亚迪半导体39.3万套、斯达半导体34.2万套、时代电气22.6万套、ST 19.8万套、安森美12.4万套、博世(含联合电子)8.2万套、富士电机4.7万套、博格华纳3.1万套、日立1.5万套。
斯达半导体:A级车出货占比提升,SiC布局初现成果
电机驱动系统是新能源汽车的心脏,而IGBT是其核心器件,IGBT可将直流电转换为交流电后,驱动汽车电机,其成本占电机控制器总成本的40%左右。根据车型的不同,单车IGBT价值在800元~4000元之间,当前平均价值约为1800元。
2021年,斯达半导体在新能源汽车业务营收约为5亿元,主要配套为A00级汽车,数量在20万左右。今年车规级IGBT持续放量,配套车型也覆盖到了A00级到B+级车型,且今年有望逐步提高A+级车型配套占比。
2021年,斯达半导提新增了多个使用全SiC MOSFET模块的800V系统的主电机控制器项目定点,而SiC模组的价格是同等硅基IGBT的3~5倍,SiC模块的布局将丰富斯达半导体产品结构,提升产品单价。
据此前斯达半导体发布的公告,截至2021年9月,SiC产品在手订单达3.4亿元,交货期在2022~2023年,故2022年斯达半导体车规SiC产品有望大规模起量。斯达半导体的SiC模块采用的是罗姆的芯片,目前在给小鹏P9和宇通客车供货,且与蔚来、理想、红旗也在谈合作,目前主要在测试阶段。
而且,斯达半导体在2021年公告了35亿定增项目方案,用于大功率IGBT芯片、SiC芯片产线等项目的建设。项目完成有望使得:1)公司具备3300V及以上IGBT模块的供应能力,可进一步拓宽公司在轨交、电网领域的产品实力;2)公司将拥有自主的车规SiC MOSFET芯片,从而提升车规级SiC模块的产能保障能力。2023年项目达产后有望一方面助力公司在大功率IGBT领域的拓展,一方面巩固公司在新能源车/SiC领域的优势。
从客户方面来看,斯达半导体的主要客户包括汇川技术、上海电驱动、巨一动力等电控领域的主要玩家,而这些电控厂商的服务客户包括小鹏、理想、奇瑞、长城、广汽、长安和宇通客车等。
新洁能:汽车MOSFET快速上量
新洁能的主要产品为MOSFET和IGBT等功率器件。近年来,其营收结构中,低压的沟槽型MOSFET占比逐渐降低,更高端的屏蔽栅(SGT)MOSFET占比逐渐提高,且IGBT业务在2021年取得突破,营收占比大幅增加至5.4%。
在汽车电子领域,2021年,新洁能导入了比亚迪,实现了十几款产品的大批量供应;光伏领域,IGBT和MOSFFET产品在光伏逆变器,光伏储能国内主要的头部企业均实现大批量销售,有望成为今年重要增长点。
产品机构化升级方面,新洁能12寸1200V IGBT产品已经量产,在光伏逆变器行业多家典型客户大批量应用;1200V新能源车用SiC MOSFET产品首次流片验证完成;多款车用功率器件产品获得了AEC-Q100标准的认证。
此外,在未来投入方面,2021年11月12日公司发布公告,拟募集资金总额不超过145,000.00万元,投入建设SiC&GaN功率器件及封测/功率驱动IC及IPM研发,及产业化/SiC&IGBT&MOS等功率集成模块(含车规)研发及产业化。该募投项目在2022年5月17日获证监会核准批复。
时代电气:车规IGBT开始供货
时代电气是中国中车旗下股份制企业,涵盖轨交装备、新兴装备等业务,形成了“基础器件+装置与系统+整机与工程”的完整产业链结构。在轨交装备中,其产品主要包括轨道交通电气装备、轨道工程机械、通信信号系统等。
时代电气的新兴装备业务包括功率半导体、新能源汽车电驱、工业变流产品、传感器件等,且营收占比快速提升。新兴装备业务2021年收入占比达17%,环比增加5%。IGBT二期产能释放将推动新能源业务进一步发展。时代电气的IGBT模块产品覆盖电压等级广,并主要以高电压等级的电网、新能源汽车、风电、光伏应用为主。截至2021年末,时代电气拥有两条8寸IGBT产线,一期和二期产线的设计产能分别为1、2万片/月。
其IGBT二期产能在逐步爬坡中,预计在今年将释放主要增量,从而推动新能源领域业务快速发展。有机构预计2022年时代电气新能源汽车用模块出货量将超100万,且客户不止国内造车新势力,可能会积极突破海外大厂。同时,时代电气的SiC产能和技术也在持续升级,据悉,他们已经开发出1200V SiC六单元模块和基于该模块的电机控制器。有望在年内开始获得小批量定单。
不久前发布的理想L9搭载的增程式动力系统,采用了智能四驱,前驱动电机最大功率130kW,后驱动电机最大功率为200kW。总功率330kW;CLTC工况综合续航里程1315km,纯电续航里程215km,百公里加速5.3s。其车内的IGBT模块供应商之一就是时代电气。
士兰微:大幅扩产见成效
士兰微在2003年就已经上市,当时就开始建设特殊工艺的生产线。其第一条生产线是5英寸的,2004年建了6英寸生产线,2017年3月,建成了8英寸的生产线,现在在厦门投资建设了12寸生产线。 是国内为数不多的IDM厂商之一。
在IGBT方面,士兰微在2017年8英寸生产线建好,2018年IGBT相关设备到场后,就开始积极推进了,尤其是汽车模块。其实IGBT芯片的开发,国内大概有两类,一类叫HP one,一类叫HPD。其中,HP one对标英飞凌第四代IGBT,HPD对标英飞凌第五代IGBT。虽然仅是相差一代,但技术难度却非常大。士兰微2018年开始开发HPD芯片,2019年底左右,完成开发,目前开发平台已经拓展到了1200V。
其车规级IGBT主要量产的是HP one封装模块,HPD车规模块推出比较晚,还没有量产,预计10月份才开始有产能,不过HPD模块已经通过了比亚迪的验证。其车规IGBT产品还得到了英搏尔、吉利等客户的认可,公司规划在成都新建年产720万只车规模块产线。
SGT MOSFET方面,已经在五菱宏光MINI上有应用,据说一辆车至少要用72颗,多的甚至到了96颗,而士兰微占了供应的80%。
此外,其SiC单管和主驱模块也已经在给客户送样过程中。
长期看,士兰微拥有国内产能规模领先的12寸产线,大尺寸晶圆+产能规模带来成本优势,长期有望充分受益功率和模拟芯片国产化进程。
宏微科技:车规级IGBT厚积薄发
宏微科技自2006年成立以来,一直从事IGBT、FRED为主的功率半导体芯片、单管、模块和电源模组的设计、研发、生产和销售,同时为客户提供功率半导体器件的解决方案。目前,产品已涵盖IGBT、FRED、MOSFET芯片及单管产品100余种,IGBT、FRED、MOSFET、整流二极管及晶闸管等模块产品400余种;应用于工业控制(变频器、电焊机、UPS 电源等),新能源发电(光伏逆变器和风能变流器),电动汽车(电控系统、空调系统和充电桩)等领域。
在汽车领域,2021年宏微科技的400A/750V车用6单元IGBT模块产品成功通过客户认证,已进入小批量交付阶段;820A750V车用6单元IGBT模块产品已完成设计定型,客户认证及全自动模块生产线的导入工作,为大批量订单交付做好了准备;1500A/1200VSiC模块产品已完成设计开发并通过客户端测试验证。
结语
相较于去年,车用功率器件的国产化的程度已经大幅提升,随着各车企产能的提升,预计2022年下半年至2023年,将会迎来新能源汽车功率器件的国产替代高峰期。
另外,随着800V高压平台在新能源汽车领域的采用,SiC等第三代半导体器件的应用也将会水涨船高,目前SiC还没有大规模装车的原因,一是成本,现在SiC成本是IGBT成本的3~5倍;另一个是技术难度,目前很多电控厂商还没有研究到位,电驱不好控制,另外模块厂在封装上也要继续研究。总的来说,SiC应用是一个系统性问题。
据市场反馈,应用于高压的超结MOSFET和IGBT需求旺盛,安森美已经停止了车用IGBT的接单,英飞凌、ST等IGBT交期超过了一年。根据富昌电子2022Q2市场行情报告,功率器件(MOSFET,IGBT)多数货期在30~60周,且仍有上升的趋势。
SiC MOSFET则出现了供不应求的情况,特别是随着蔚来ET5、ET7、小鹏G9等搭载了SiC车型的交付和放量,对SiC MOSFET的需求将会激增,而衬底和晶圆厂技术壁垒高,产能扩张慢,需求将可能难以被满足。毕竟积塔、台湾汉磊、X-Fab等SiC MOSFET晶圆代工厂的产能已经很紧张了,需求增大,只能进一步加剧紧缺。
国际厂商的车规级功率器件紧缺已经是不可避免,据小编所知,英飞凌的IGBT自2018年新能源汽车起来后,就没有哪一年不紧张过。那么国产的车规级功率器件有哪些厂商可以提供,目前是什么状态了呢?
根据NE时代数据,2022年1~6月我国新能源汽车中,仅上险汽车的电控装机就有231万套,比去年同期增加了近1倍,其中有29万多套的低压MOSFET车型,201万套的中高压功率模块车型。这就意味着今年半年,功率模块企业就要交付去年一整年的交付量,交付压力可想而知。根据统计数据,排名前十的交付企业有,英飞凌53.3万套、比亚迪半导体39.3万套、斯达半导体34.2万套、时代电气22.6万套、ST 19.8万套、安森美12.4万套、博世(含联合电子)8.2万套、富士电机4.7万套、博格华纳3.1万套、日立1.5万套。
斯达半导体:A级车出货占比提升,SiC布局初现成果
电机驱动系统是新能源汽车的心脏,而IGBT是其核心器件,IGBT可将直流电转换为交流电后,驱动汽车电机,其成本占电机控制器总成本的40%左右。根据车型的不同,单车IGBT价值在800元~4000元之间,当前平均价值约为1800元。
2021年,斯达半导体在新能源汽车业务营收约为5亿元,主要配套为A00级汽车,数量在20万左右。今年车规级IGBT持续放量,配套车型也覆盖到了A00级到B+级车型,且今年有望逐步提高A+级车型配套占比。
2021年,斯达半导提新增了多个使用全SiC MOSFET模块的800V系统的主电机控制器项目定点,而SiC模组的价格是同等硅基IGBT的3~5倍,SiC模块的布局将丰富斯达半导体产品结构,提升产品单价。
据此前斯达半导体发布的公告,截至2021年9月,SiC产品在手订单达3.4亿元,交货期在2022~2023年,故2022年斯达半导体车规SiC产品有望大规模起量。斯达半导体的SiC模块采用的是罗姆的芯片,目前在给小鹏P9和宇通客车供货,且与蔚来、理想、红旗也在谈合作,目前主要在测试阶段。
而且,斯达半导体在2021年公告了35亿定增项目方案,用于大功率IGBT芯片、SiC芯片产线等项目的建设。项目完成有望使得:1)公司具备3300V及以上IGBT模块的供应能力,可进一步拓宽公司在轨交、电网领域的产品实力;2)公司将拥有自主的车规SiC MOSFET芯片,从而提升车规级SiC模块的产能保障能力。2023年项目达产后有望一方面助力公司在大功率IGBT领域的拓展,一方面巩固公司在新能源车/SiC领域的优势。
从客户方面来看,斯达半导体的主要客户包括汇川技术、上海电驱动、巨一动力等电控领域的主要玩家,而这些电控厂商的服务客户包括小鹏、理想、奇瑞、长城、广汽、长安和宇通客车等。
新洁能:汽车MOSFET快速上量
新洁能的主要产品为MOSFET和IGBT等功率器件。近年来,其营收结构中,低压的沟槽型MOSFET占比逐渐降低,更高端的屏蔽栅(SGT)MOSFET占比逐渐提高,且IGBT业务在2021年取得突破,营收占比大幅增加至5.4%。
在汽车电子领域,2021年,新洁能导入了比亚迪,实现了十几款产品的大批量供应;光伏领域,IGBT和MOSFFET产品在光伏逆变器,光伏储能国内主要的头部企业均实现大批量销售,有望成为今年重要增长点。
产品机构化升级方面,新洁能12寸1200V IGBT产品已经量产,在光伏逆变器行业多家典型客户大批量应用;1200V新能源车用SiC MOSFET产品首次流片验证完成;多款车用功率器件产品获得了AEC-Q100标准的认证。
此外,在未来投入方面,2021年11月12日公司发布公告,拟募集资金总额不超过145,000.00万元,投入建设SiC&GaN功率器件及封测/功率驱动IC及IPM研发,及产业化/SiC&IGBT&MOS等功率集成模块(含车规)研发及产业化。该募投项目在2022年5月17日获证监会核准批复。
时代电气:车规IGBT开始供货
时代电气是中国中车旗下股份制企业,涵盖轨交装备、新兴装备等业务,形成了“基础器件+装置与系统+整机与工程”的完整产业链结构。在轨交装备中,其产品主要包括轨道交通电气装备、轨道工程机械、通信信号系统等。
时代电气的新兴装备业务包括功率半导体、新能源汽车电驱、工业变流产品、传感器件等,且营收占比快速提升。新兴装备业务2021年收入占比达17%,环比增加5%。IGBT二期产能释放将推动新能源业务进一步发展。时代电气的IGBT模块产品覆盖电压等级广,并主要以高电压等级的电网、新能源汽车、风电、光伏应用为主。截至2021年末,时代电气拥有两条8寸IGBT产线,一期和二期产线的设计产能分别为1、2万片/月。
其IGBT二期产能在逐步爬坡中,预计在今年将释放主要增量,从而推动新能源领域业务快速发展。有机构预计2022年时代电气新能源汽车用模块出货量将超100万,且客户不止国内造车新势力,可能会积极突破海外大厂。同时,时代电气的SiC产能和技术也在持续升级,据悉,他们已经开发出1200V SiC六单元模块和基于该模块的电机控制器。有望在年内开始获得小批量定单。
不久前发布的理想L9搭载的增程式动力系统,采用了智能四驱,前驱动电机最大功率130kW,后驱动电机最大功率为200kW。总功率330kW;CLTC工况综合续航里程1315km,纯电续航里程215km,百公里加速5.3s。其车内的IGBT模块供应商之一就是时代电气。
士兰微:大幅扩产见成效
士兰微在2003年就已经上市,当时就开始建设特殊工艺的生产线。其第一条生产线是5英寸的,2004年建了6英寸生产线,2017年3月,建成了8英寸的生产线,现在在厦门投资建设了12寸生产线。 是国内为数不多的IDM厂商之一。
在IGBT方面,士兰微在2017年8英寸生产线建好,2018年IGBT相关设备到场后,就开始积极推进了,尤其是汽车模块。其实IGBT芯片的开发,国内大概有两类,一类叫HP one,一类叫HPD。其中,HP one对标英飞凌第四代IGBT,HPD对标英飞凌第五代IGBT。虽然仅是相差一代,但技术难度却非常大。士兰微2018年开始开发HPD芯片,2019年底左右,完成开发,目前开发平台已经拓展到了1200V。
其车规级IGBT主要量产的是HP one封装模块,HPD车规模块推出比较晚,还没有量产,预计10月份才开始有产能,不过HPD模块已经通过了比亚迪的验证。其车规IGBT产品还得到了英搏尔、吉利等客户的认可,公司规划在成都新建年产720万只车规模块产线。
SGT MOSFET方面,已经在五菱宏光MINI上有应用,据说一辆车至少要用72颗,多的甚至到了96颗,而士兰微占了供应的80%。
此外,其SiC单管和主驱模块也已经在给客户送样过程中。
长期看,士兰微拥有国内产能规模领先的12寸产线,大尺寸晶圆+产能规模带来成本优势,长期有望充分受益功率和模拟芯片国产化进程。
宏微科技:车规级IGBT厚积薄发
宏微科技自2006年成立以来,一直从事IGBT、FRED为主的功率半导体芯片、单管、模块和电源模组的设计、研发、生产和销售,同时为客户提供功率半导体器件的解决方案。目前,产品已涵盖IGBT、FRED、MOSFET芯片及单管产品100余种,IGBT、FRED、MOSFET、整流二极管及晶闸管等模块产品400余种;应用于工业控制(变频器、电焊机、UPS 电源等),新能源发电(光伏逆变器和风能变流器),电动汽车(电控系统、空调系统和充电桩)等领域。
在汽车领域,2021年宏微科技的400A/750V车用6单元IGBT模块产品成功通过客户认证,已进入小批量交付阶段;820A750V车用6单元IGBT模块产品已完成设计定型,客户认证及全自动模块生产线的导入工作,为大批量订单交付做好了准备;1500A/1200VSiC模块产品已完成设计开发并通过客户端测试验证。
结语
相较于去年,车用功率器件的国产化的程度已经大幅提升,随着各车企产能的提升,预计2022年下半年至2023年,将会迎来新能源汽车功率器件的国产替代高峰期。
另外,随着800V高压平台在新能源汽车领域的采用,SiC等第三代半导体器件的应用也将会水涨船高,目前SiC还没有大规模装车的原因,一是成本,现在SiC成本是IGBT成本的3~5倍;另一个是技术难度,目前很多电控厂商还没有研究到位,电驱不好控制,另外模块厂在封装上也要继续研究。总的来说,SiC应用是一个系统性问题。
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