在位于浙江嘉善的賽晶科技半導體廠區，一臺臺全自動化機器正在緊張運轉，半導體晶圓器件通過全自動化產線依次完成貼片、鍵合、注膠、塑封等步驟，變成一個個IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)模塊。這些產品下線交付給客戶，有望緩解新能源汽車、光伏等領域IGBT芯片供應吃緊的情況。此前有報道稱，IGBT芯片缺貨可能持續至明年上半年。

　　IGBT被稱為電力電子領域的“CPU”，是電動汽車、光伏、儲能核心元器件。近年來，在電動汽車、光伏等新能源產業的驅動下，IGBT迎來新的發展高峰，我國也成為全球最大的IGBT需求市場。

　　當前，IGBT供應依然吃緊。業內普遍認為，未來，隨著越來越多中國IGBT廠商的加入，將有更多高性價比的國產IGBT產品進入全球供應鏈，從而緩解供應短缺問題。

　　新能源汽車的“心臟”

　　IGBT與動力電池電芯并稱為電動車“雙芯”，是影響電動汽車性能的關鍵元器件。據了解，電動汽車所使用的IGBT數量高達上百顆，是傳統燃油車的7~10倍。其成本占整車成本的7%~10%。

　　IGBT是由雙極型三極管(BJT) 和 MOSFET 組成的復合式功率半導體器件，被稱為電力電子領域的“CPU”。“功率半導體的主要功能是進行能量轉換，包括調節電流、電壓、電頻、直流或交流等。IGBT可以在低損耗的情況下，輸出相對高的電流，非常適合大電流和高電壓同時存在的場景，例如新能源汽車、風光儲充等。”復旦大學工程與應用技術研究院研究員雷光寅告訴《中國電子報》記者。車規級IGBT主要應用在新能源汽車電機控制器和充電樁中。

　　盡管一塊IGBT模塊最小不過巴掌大小，卻是“驅動”電機控制器的命脈。電動汽車加速能力怎么樣、最高時速多少、能源效率如何，關鍵取決于IGBT。“新能源汽車需要電力來驅動，IGBT的作用就是分配電流到電機。當我們深踩油門時，它就會分配更多的電流到電機上，使得電動機車加速更快。”比亞迪半導體功率半導體產品中心芯片研發總監吳海平介紹說。

　　雷光寅表示，IGBT是電機控制器中最核心的元器件，占其整體成本的40%~50%。它通過高頻、高速、高壓的開關控制電流，為電動車提供動力。

　　除了電機控制之外，IGBT還應用于電動汽車充電樁。雷光寅介紹：“來自電網的交流電，具有電壓高、電流大的特點，不適合直接給動力電池充電，需要經過一系列整流、升壓、變頻的過程，轉換成符合要求的輸出功率，才能進行充電。這個過程離不開功率半導體的支持，IGBT能夠控制高電壓和大電流，確保電池充電速度和效率最大化。”

　　近年來，新能源汽車產業產銷兩旺，成為IGBT最大的增量市場。中國汽車工業協會(以下簡稱“中汽協”)數據顯示，2022年，我國新能源汽車產業持續爆發式增長，產銷分別完成705.8萬輛和688.7萬輛，同比分別增長約97%和93%。中汽協預測，2023年我國新能源汽車總銷量有望超過900萬輛。相關數據顯示，2022年新能源汽車IGBT市場份額達39.7%，成為IGBT下游應用最大的市場，預計到2025年份額接近49%。

　　“光儲熱”帶火IGBT

　　光伏逆變器是太陽能光伏系統的心臟，而IGBT是光伏逆變器的核心器件。近年來，光伏裝機規模的快速增長，推動逆變器需求的大幅提升，進一步打開IGBT市場。

來源：中國光伏行業協會

　　光伏已成為我國可再生能源“第一名”。國家能源局發布的數據顯示，今年3月，我國光伏累計裝機達到426GW，超越水電，成為可再生能源發電裝機第一，和繼煤電之后的全國第二大電源。中國光伏行業協會預測，2023年，我國光伏新增裝機量將達到95-120GW，全球新增裝機將達到280-330GW;到2030年，我國光伏新增裝機量將達到120-140GW，全球新增裝機將達到436-516GW。

　　賽晶科技相關負責人表示，當前，“碳中和”已成為全球共識。為了達成這一目標，需要在發電、輸配電和用電等環節采取相關措施，以構建可持續發展的綠色能源發展體系。而IGBT作為光伏逆變器的核心元器件，一定會受到這一市場發展的直接帶動。“今年電動車對IGBT需求進入到增長平緩期，但光風儲(光伏、風電、儲能)的需求依然非常旺盛，市場規模增長很快。”該負責人說。

　　據了解，光伏逆變器的主要作用是將光伏系統發出的直流電轉化為符合電網電能質量要求的交流電，最終并入電網。它的性能可以影響整個光伏系統的平穩性、發電效率和使用年限。IGBT可控制各個功率器件輪流導通和關斷，再經由變壓器耦合升壓或降壓，最終實現交流直流的轉換。

　　值得一提的是，光伏逆變器中的IGBT等電子元器件的使用年限一般為10~15年，而光伏組件的運營周期是25年，因此逆變器在光伏組件的生命周期內至少需要更換一次。這進一步擴大了IGBT在光伏系統中的使用量。

　　中國光伏行業協會預測，2025 年全球光伏逆變器新增裝機量有望達 330GW。浙商證券分析稱，按照IGBT占組串式逆變器和集中式逆變器BOM成本(物料成本)的18%和15%計算，預計全球光伏逆變器用IGBT市場規模將以17.6%的增速擴大，到2025年市場規模將超過百億。

　　儲能的“高景氣”也為IGBT帶來新的市場機遇。雷光寅指出，目前，“光儲一體化”成為大勢所趨，配置儲能已經成為光伏電站并網的前提條件。和光伏逆變器只能將直流電單向轉變為交流電不同，儲能逆變器具有充電和放電的雙向能量控制功能。“‘光儲’原理和電動汽車充電樁‘充儲’原理相似，IGBT主要作用也是變壓、變頻和交變轉換等。”雷光寅介紹說。

　　“未來十年，電動化和數字化將成為產業和社會發展的重要推動力。電動化涉及發電、輸變電、儲能、用電在內的電力價值鏈各個環節。包括IGBT在內的功率半導體在整個電力價值鏈中扮演著重要角色。隨著電動化的推進，未來功率半導體的市場規模將會不斷成長。”英飛凌相關負責人表示。

　　電動化浪潮下的IGBT新周期

　　近期，有關IGBT缺貨的消息不時被爆出。甚至有消息稱，車規級IGBT供需缺口已接近50%。對此，雷光寅辟謠，IGBT雖然供不應求，但實際情況并沒有這么夸張。

　　事實上，IGBT缺貨問題此前就長期存在。早在2021年，就有數據顯示，我國IGBT供需缺口超過1億只。進入2023年后，IGBT缺貨情況仍未能好轉，目前車規IGBT產品供不應求，現有產能已基本售罄，保供壓力較大，新擴產訂單已被下游廠商提前鎖定。

　　業內普遍認為，供需錯配是造成IGBT持續缺貨的重要原因。首航新能源CEO印榮方指出，半導體產業每年以8%~10%的增速擴張，而光伏和儲能則是按照30~50%的增速擴張。再加上新能源汽車的爆發式增長，這就導致下游需求增速遠超上游供給增速，造成整個市場IGBT供需緊張。

　　芯謀研究總監李國強認為：“本輪IGBT缺貨的主要原因是新能源車興起，對高電壓需求大增，IGBT成為產業發展焦點。”

數據來源：Yole

　　IGBT產品供不應求的另一大“瓶頸”是上游晶圓廠、封裝產能吃緊。業內人士透露，本輪缺貨，并未吸引太多6英寸、8英寸晶圓廠加入IGBT擴產行列。大部分6英寸、8英寸的晶圓廠折舊，由于成本效益問題，很少有6英寸、8英寸晶圓廠會擴大IGBT的產能。此外，氮化鎵、碳化硅等寬禁帶半導體的市場火熱，也改變了晶圓廠的路線，使得IGBT產量受到擠壓。“雖然已有部分12英寸的晶圓廠已經開始生產IGBT，但產能調節仍需要時間，IGBT的短缺預計將持續到2024年。”該業內人士稱。

　　在雷光寅看來，中國企業未能深度參與到IGBT全球產業鏈供應鏈中是造成供需錯配的重要原因之一。“我國IGBT長期以來依賴進口，此前車規級IGBT進口產品一度占到9成。近年來，我國新能源產業發展迅猛，特別是新能源汽車產業在過去5到10年增長了近50%，去年產銷同比增長甚至超過90%。這是海外廠商所無法預料的，因此沒有辦法及時擴產。此外，海外廠商對市場擴張一般采取保守態度，也不會輕易擴產。”雷光寅指出。

　　“國外廠家的產能擴張跟不上行業的快速發展，也是供需失衡的原因。”一位光伏從業者告訴《中國電子報》記者。

　　此前，IGBT市場長期被積累深厚的國外公司占據，英飛凌、富士電機、安森美、東芝、意法半導體等公司占據了絕大部分市場。然而，IGBT市場的持續缺貨為中國企業提供了機遇，去年開始，中國的IGBT企業開始大量地接到來自新能源汽車側、光伏側的訂單。

　　業內人士表示：“半導體芯片聽起來好像很高端，實際上在IGBT，尤其是單管這塊本身的設計并不復雜。國產企業隨著出貨量的提升，工藝也比較穩定，生產制造環節高度自動化，跟外資品牌量產出來的基本上越來越接近了。”

比亞迪半導體光伏逆變專用IGBT應用場景

　　“目前，國內很多企業都在做IGBT，并取得一定的成績。小功率的戶用逆變器中的IGBT已經可以實現國內企業供給，大功率的集中逆變器IGBT國內供貨廠家也較多。但是大功率組串逆變器因為電流較大，開關頻率高、功率密度高，目前國內還沒合適的IGBT廠商，這或將成為IGBT最后攻關的方向。相信在1-2年后國內會有合格的供方。”上述光伏從業者說。

　　國內政策端的重視也是國產IGBT快速發展的重要推動力之一。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》要求，集中優勢資源攻關關鍵元器件零部件和基礎材料等領域關鍵核心技術，重點指出需要攻關IGBT和碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體的發展。

　　今年一月，工業和信息化部等六部門聯合發布的《關于推動能源電子產業發展的指導意見》指出，推動基礎元器件、基礎材料、基礎工藝等領域重點突破，研究小型化、高性能、高效率、高可靠性的功率半導體等基礎電子元器件。面向光伏、風電、儲能系統等，發展新能源用耐高溫、耐高壓、低損耗、高可靠性IGBT器件及模塊。

　　對于IGBT未來的供應情況，雷光寅樂觀地表示：“目前，越來越多的中國廠商開始研發、制造IGBT。經過這幾年的歷練，相信會有更多高性價比的國產IGBT產品進入全球供應鏈，緩解供應短缺問題。”

　　作者：張維佳　　來源：中國電子報、電子信息產業網