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IGBT的供不应求要到2024年中,碳化硅能否赶上车规级热潮?

发布时间:2023-03-31作者来源:微电子制造浏览:1407


据行业媒体报道,自疫情爆发以来,绝缘闸极双极性晶体管(IGBT)供不应求,随着车用、太阳能光伏、工控等所需用量大增,而产能扩增缓慢,认证需时间,考量长期客户关系,以及订单规模下,加上Tesla释出大砍碳化硅(SiC)用量75%消息,让可能成为替代方案之一的IGBT,缺货问题至少在2024年中前难以解决。


为何工规、车规IGBT至今仍会缺货、涨价,且估计一路缺到2024年中后,晶圆代工业者表示,主要原因就是2大领域采用IGBT的使用量、比重显著飙升,IDM厂自身扩产缓慢,如英飞凌(Infineon)、安森美(Onsemi)至今仍无法应付快速增长的需求。其中,安森美早在2022年中就释出车用IGBT订单满手,暂无法再接单满2023年产能已全部售罄的消息,而英飞凌投资50亿欧元在德国德勒斯登新建的12吋新厂,则至2026年才会正式量产,进度相当缓慢。


IGBT是第三代功率半导体技术革命的代表性产品,具有高频、高电压、大电流,易于开关等优良性能,被业界誉为电力电子装置的“CPU”,广泛应用于工业控制、轨道交通、白色家电、新能源发电、新能源汽车等领域。根据应用场景的电压不同,IGBT有超低压、低压、中压和高压等类型,其中新能源汽车、工业控制、家用电器等使用的IGBT以中压为主,而轨道交通、新能源发电和智能电网等对电压要求较高,主要使用高压IGBT


IGBT(绝缘栅双极型晶体管),是由 BJT(双极结型晶体三极管) 和 MOS(绝缘栅型场效应管) 组成的复合全控型-电压驱动式-功率半导体器件,其具有自关断的特征。简单讲,是一个非通即断的开关,IGBT没有放大电压的功能,导通时可以看做导线,断开时当做开路。IGBT融合了BJT和MOSFET的两种器件的优点,如驱动功率小和饱和压降低等。


从公司来看,国外研发IGBT器件的公司主要有英飞凌、 ABB、三菱、西门康、东芝、富士等。中国功率半导体市场占世界市场的50%以上,但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上,90%主要依赖进口,基本被国外欧美、日本企业垄断。


一方面,我国是全球[敏感词]的IGBT需求市场,产业具有较大的发展前景,但我国IGBT自给率不足20%,本土替代仍有较大的提升空间;另一方面,本土IGBT产品性能已经逐渐成熟,且部分产品性能可对标海外IGBT大厂产品,加速国产化IGBT产品市场渗透,逐步切入高端市场。国内一众厂商如扬杰科技、斯达半导、士兰微、新洁能、紫光国微等也在加快扩产和研发步伐。


据富昌电子2023年2月17日发布的《2023 Q1芯片市场行情报告》数据显示,ST(意法半导体)、Microsemi(美高森美)、Infineon(英飞凌)、IXYS(艾赛斯)、Fairchild(仙童半导体)这5大品牌的IGBT Q1与2022年Q4的交期基本维持一致,交期依旧紧张,最长为54周。


根据SEMI的12吋晶圆厂展望报告,2022年至2026年,模拟和功率半导体的产能将以30%复合年增长率居首位,其次为增长率12%的晶圆代工、光电的6%和存储器的4%。功率半导体在消费电子疲软的情况下,有望成为较为稳定的一个增长点,持续地为特色工艺产线带来业务。


与此同时,以碳化硅为代表的第三代半导体在功率器件方面的应用,性能的优越表现始终备受瞩目。但与硅基器件相比还不成熟的制作工艺,相对较高的成本,始终让碳化硅的市场无法完全打开。第三代半导体所需要的工艺产线流程验证周期长,例如碳化硅长晶速度较慢且难以控制,切割等也面临质料较脆等问题,新材料进入产线需要生产设备与工艺的不断迭代,最终才有可能降低成本。


据与非网报道,安森美中国区汽车碳化硅现场应用工程师牛嘉浩总结,新技术的发展并不意味着原有技术的消亡,这是一个迭代的过程。虽然碳化硅崛起迅速,在一些应用中替代硅基器件是主流趋势,但是硅基功率器件目前仍然占据大部分的市场,并且有着自身的优势,短时间内并不会退出舞台。总之,从安森美及英飞凌对于IGBT和碳化硅的态度来看,硅基IGBT本身的存量市场还很大,而碳化硅器件也尚处于偏早期的发展阶段,不论是起步还是加速出货,两者的市场总量还有一定差距,且两者并非零和博弈,甚至有不少新的应用领域,需要两者共同发挥,在交叉互补中前行。



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