汽车行业分析公司AFS的最新数据显示，由于芯片短缺，今年全球汽车市场累计减产量约为281.02万辆。AFS预测，到今年年底，全球汽车制造商将减产368.06万辆。

在过去的两年里，全球范围内的芯片短缺令所有人措手不及，其中最受影响的就是汽车芯片，导致各大汽车厂商陷入“停产待芯”的境地，纷纷放出了减产的消息。而近期，消费电子类的芯片需求大幅降低，出现减产砍单的现象，各大芯片厂商也将产能偏移向了更热门的汽车芯片，并且更多的厂商也加入了汽车芯片的生产行列，于是就有“汽车芯片已经不再紧缺”的消息传出。但据记者了解，仅仅是部分汽车芯片得到了缓解，整个汽车芯片市场正在往结构性紧缺上转变。这其中最为紧俏的，甚至被称为卡住汽车生产喉咙的就是IGBT功率芯片。

新能源汽车中IGBT的具体应用

新能源汽车作为发展可替代性能源，是建设可持续发展低碳社会的重要一环，并且越来越受到世界各国的高度重视。那么IGBT在新能源汽车中又是如何具体发挥其作用。

IGBT主要应用于电动汽车的汽车电机驱动控制系统、车载空调控制系统、充电桩三大方面。

1、汽车电机驱动控制系统

新能源汽车中电机驱动控制系统的主要作用在于能量的转换，即从电池直流电转换到电机交流电或者从电机交流电转换到电池直流电，其中从直流电转到交流电称为逆变且主要用到的功率器件就是IGBT。

IGBT作为功率转换器件，其实更常用于高压功率的转换。电动汽车在转换过程中，电池电压一般在200V以上，过流能力在300A以上，功率器件的击穿电压在600-1200V左右，开关频率在20KHZ以内，因此可通过 IGBT模块来实现高压、大电流的操作。

2、车载空调控制系统

电动汽车车载空调的工作原理与电动驱动相同，即通过逆变器将高压电池的直流电转换成交流电后，驱动空调压缩机电机进行工作，但同比电动驱动系统功率较小。而车载空调控制系统中击穿电压和额定电流的选定主要通过IGBT来实现。

3、充电桩

充电桩有直流和交流两种类型。以直流充电桩为例，其工作原理是充电桩一端与交流电网相连，交流电通过整流功率模块转换成直流电，流经电容稳压滤波器后通过IGBT功率模块逆变为高频交流电，最后变压器耦合及整流单元将它转换成不同的直流电压等级，为不同的电动汽车充电。

在电动汽车中，电机驱动系统占整车成本的15%-20%，而IGBT模块占电机驱动系统的50%，也就是说IGBT占整车成本的7-10%，是除电池之外成本第二高的元件，可以说决定了整车的能源效率。除此之外，IGBT占直流充电桩中约30%的原材料成本。

需求大、扩产难、周期长，车用IGBT紧缺

据了解，虽然汽车产销量同比下跌，但是新能源汽车却同比大幅增长。而对于芯片的需求，新能源车要比传统燃油车用量多很多，这也是导致汽车芯片需求，与汽车产量趋势不匹配的原因之一。

与消费级、工业级产品相比，车规级芯片的安全性和稳定性要求高、研发周期长、技术门槛高、资金投入大，因此，发展车规级芯片面临的挑战也更多。汽车芯片可分为MCU、AI芯片、IGBT、模拟芯片、传感器、存储器等多种类型。此前最紧缺的MCU，在各大厂商的积极扩产下，目前已经得到了缓解，现在缺芯的主角也换成了IGBT。创道投资咨询总经理步日欣在接受《中国电子报》记者采访时表示，新能源汽车的电气特性更加明显，需要用到更多的功率器件，以IGBT和碳化硅功率器件为代表，扮演着非常核心的角色。

IGBT是指绝缘栅双极型晶体管芯片，是目前大功率开关元器件中最为成熟也是应用最为广泛的功率器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低，是能源变换与传输的核心器件，被称为“电子电力装置的CPU”，发展潜力巨大。

赛迪顾问集成电路中心高级咨询顾问池宪念表示，由于新能源汽车及汽车向智能化发展，汽车芯片市场近两年一直保持需求旺盛状态，其中作为新能源汽车核心零部件的IGBT是最为紧缺的产品之一。

甚至此前有车企表示，能够生产多少辆车，主要取决于IGBT功率芯片有多少的供应量，有的IGBT功率芯片的交付周期已经长达50周以上。芯谋研究高级分析师张彬磊向《中国电子报》记者表示,其主要原因有两点：一是需求大幅增长。汽车电动化趋势加速，充放电模块以及电池、电控、电驱三电系统对车规功率器件的需求快速增长，超出了其他芯片类型。二是车规功率器件扩产难、周期长。汽车功率器件的工艺制程相对较为落后，通常都是1um级以上制程，这种制程的芯片多数在8英寸线生产。当前8英寸线扩产或者新建面临一些比较尴尬的问题，生产效率、成本、自动化程度、人力成本都远不及12英寸线，因此无论是晶圆厂还是设备厂商都不愿意投入太多资源在8英寸上。甚至晶圆企业考虑到未来可能的产品组合和发展空间，宁可投入更多资金兴建更加先进节点的12英寸晶圆线。

国产企业发挥重要替代作用

由于车用IGBT的散热效率要比工业级的高很多，稳定性和技术要求相当之高，因此在2016年，全球90%以上的电动汽车IGBT市场都是英飞凌的天下，而当时中国还处于车用IGBT起步阶段，国内开展这项业务的只有比亚迪，并且早在2010年，比亚迪就将自产的IGBT模块用在了比亚迪F3E车型。

不过，由于中国和欧美日在芯片研发以及制造工艺乃至产业链方面存在着巨大的差距，因此2016年全球电动车销量200万辆，其中90%来自英飞凌、三菱电机、富士电机、赛米拉和日立等企业。2015年以前，实际上比亚迪用的也是英飞凌的IGBT，国产电动车基本上采用的都是英飞凌。

不过从2017年开始，国内车用IGBT开始全面爆发，首先就是比亚迪推出了IGBT4.0，开始全面用于自家型号的汽车，并且开始给外部商用车供货。

国内另一个IGBT巨头斯达半导2017年也切入市场，推出了对标英飞凌4代IGBT的产品，为国内的A00级、大巴以及物流车供货。此外，时代电气在2017年也切入车规级IGBT，并且还给比亚迪供货，士兰微2018年凭借IDM优势也切入市场，并且快速迭代，很快获得了市场的响应。

如今从国际上市场来看，IGBT缺货要达到50周以上，供需短缺也达到50%以上。其中因为英飞凌仍然是全球车规级IGBT龙头，供货时间较长，因此让很多国际车企如鲠在喉。

但是，不同于过去，如今的2022年，IGBT市场已经出现了巨大的变化，5年前几乎100%依赖于进口IGBT车用芯片的状况，一去不复返了。

过去由于国产IGBT技术与国际巨头存在较大的差异，因此国内汽车厂商普遍倾向于采购进口芯片，但是如今国内的斯达半导、比亚迪、士兰微、时代电气已经逐渐壮大，相关产品可以导入B级别和C级汽车了。

根据最新的消息显示今年一季度，国内装机量最大的IGBT模块是英飞凌，出货量达到25.3万套，第2名和第3名是斯达半导和比亚迪半导体，分别是18.2万套和16.1万套，此外时代电气的出货量也达到了10万套，而且国产IGBT出口量增速基本上都在200%以上，国产的市场份额占据了40%。

这个消息可以说让很多人感到振奋，因为国产汽车品牌的支持，带动了国内IGBT芯片产业的发展，通过对国产IGBT芯片的支持，既可以降低国际品牌在中国市场的价格，又能够培养中国芯片技术人才，同时国内的IGBT产业壮大，未来有可能打入欧美日韩汽车品牌，两者相辅相成的作用可以说不言而喻，这也不得不让人想要为国产汽车点赞，更多地支持国产电动汽车品牌。

扩产难解燃眉之急，产能调配和碳化硅功率器件才是正解

据悉，尽管各大厂商都在积极扩产功率半导体，但当前的形势依旧严峻。张彬磊指出，IGBT仍然没有恢复正常交货周期的原因比较复杂。有技术层面的原因，也有战略层面的原因。技术层面来说，扩产还在路上。首先从项目评估、落地、厂房建设、设备采购到产线启动生产运营需要3年左右时间，并且过去两年设备交期也长达半年至一年左右；其次车规级芯片认证工作最快也需要2年左右的时间。战略层面上，英飞凌、意法、瑞萨等几个主要功率器件的头部企业，都是在扩产上非常谨慎的，扩产力度和执行都没有跟上需求增长。

现有产能调配是一个快捷和可行的方法。但是对于已经满产的制造产线而言是不会轻易更换产品类型的，同时功率器件被普遍认为毛利低，一旦需求稳定，价格回落，晶圆线还要转换产品类型，因此晶圆线也没有特别大的动力将现有产能转给功率器件。但是其中消费电子功率器件的产线可以经过车规认证和提升芯片技术来缓解汽车功率器件短缺的问题。

池宪念预测，当下功率器件的短缺预计会持续到2023年底，因为随着新建产线的扩产以及新能源汽车需求量的降低，功率器件的需求量会达到相对稳定的水平。此外，随着碳化硅功率半导体的技术成熟及成功投产使用，也会对功率半导体的短缺起到一定的缓解作用。

张彬磊也认为，受疫情和国际合作环境的影响，汽车功率器件的短缺还将持续一段时间，预期在半年到一年之间，主要是扩产和调配的双重因素。碳化硅对硅基功率器件有较强的替代性，但是当下价格仍然更高，工艺还不稳定，供应量少，远远低于需求，因此碳化硅对于功率器件短缺只有非常有限的缓解作用。

步日欣则非常看好碳化硅功率器件，他认为碳化硅功率器件确实在新能源汽车中会有很大的用武之地，也是IGBT的补充和竞争者，随着碳化硅新势力的逐步崛起，也会有效缓解车规级功率器件供应不足的问题。

文章来源：中国电子报，佳恩半导体，科技野武士