2018年市場規模60億美元 國產IGBT產業化突破在即

2018年市場規模60億美元 國產IGBT產業化突破在即

絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是由功率mosFET和雙極晶體管(BJT)復合而成的一種新型半導體器件,它集兩者的優點于一體,具有輸入阻抗大、驅動功率小、控制電路簡單、開關損耗小、速度快及工作頻率高等特點,成為目前最有應用前景的電力半導體器件。在軌道交通、航空航天、新能源、智能電網、智能家電這些朝陽產業中,IGBT作為自動控制和功率變換的核心部件,是必不可少的功率器件“核芯”。

  電力電子行業里的“CPU

  IGBT(絕緣柵雙極晶體管)并不是一個新產品,日本東芝1985年就開始了抗閂鎖效應的IGBT商業化生產,美國IR公司在 1988年推出了系列化的IGBT產品。由于它的開關速度快,且沒有傳輸效率損失,立刻就引起了業界的青睞。

30年的發展,IGBT產品已經進入第六代、第七代,電壓也從起初的上百伏做到了幾千伏??墒沁@個既“簡單”又“古老”的器件進入我們的眼球,還源于近些年我國高速鐵路的發展。忽然間,我們發現可以造得了龐大的機車,卻做不了這個小小的器件。特別是用于軌道交通的高壓大功率IGBT,我們必須忍受10個月或更長的訂貨周期,去向歐洲公司訂貨。

  這是什么東西,太不可思議了!我們的半導體產業發展了30多年,集成度從微米級發展到了納米級,晶圓尺寸從3英寸做到了12英寸,可還是不得不回頭重新審視這個小小的分立器件。

  其實,我們國家并不是不重視IGBT的開發,2006年出臺的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》就明確提出,功率器件及模塊技術、半導體功率器件技術是未來5-1515個領域發展的重要技術之一?!笆晃濉焙汀笆濉逼陂g,國家也組織實施了眾多的IGBT研發和產業化項目,和28nm/16nm集成電路制造一樣,IGBT也被列為國家“02專項”的重點扶持項目。

  一說起IGBT,半導體制造的人都以為不就是一個分立器件嘛,很有些瞧不上眼。然而它是目前功率電子器件里技術最先進的產品,其應用非常廣泛,小到電磁爐、大到飛機船舶、軌道交通、新能源汽車、智能電網等戰略性產業,被稱為電力電子行業里的“CPU”。

  長期以來,該產品一直被歐美及日本幾家公司(IDM)壟斷,包括德國英飛凌、瑞士ABB、美國飛兆以及日本三菱、東芝、富士等公司。這些公司不僅牢牢控制著市場,還在技術上擁有著大量的專利。與國外廠商相比,我國功率半導體器件在器件設計,工藝和生產制造技術方面都有較大差距。

  海歸創業:出師不利身先卒

  構成本土IGBT市場需求的主體主要為智能電網、高鐵(軌道交通)、電機和家電這四大領域。中國在智能電網與高鐵建設領域擁有國際領先技術,但在其“核芯”IGBT的國產化方面卻很落后。

  中國家電企業具備了一定的國際競爭力,但在家電節能的“核芯”部件IGBT卻要依賴進口。龐大的市場基礎與需求方對 IGBT國產化的迫切需求共同推動了中國本土IGBT 的國產化進程。

  借助政府支持的強大東風,我們曾經有過一輪對IGBT的“沖擊”,這一輪的特點是企業(主要是民企)出錢、國家資助、海歸出技術。號稱“小IR”的一大批在IR(國際整流器公司)工作過的博士和研發人員回國,在各地組建了眾多以IGBT為專攻的創業公司。

  但幾年下來這場“沖擊”戰可以用“悲壯”兩個字來形容,除了個別一開始就兼做模塊的公司仍在苦苦支撐外,都陷入了一場發起人與投資人的不信任怪圈,最后這些海歸都落了個不得不離開的尷尬局面?!傍P凰”未展屏、“科達”被轉行,高科技竟不如做鏡框、造橋的賺錢。在當時被行業傳為“佳話”。(注:無錫鳳凰和山東科達是當時兩家有代表性的民營海歸IGBT企業,投資的企業分別是鏡框和路橋企業。)

  高鐵IGBT的新龍頭:南北車

  南車北車現已合并為中國中車,但在IGBT的研發方面卻各有特色。北車在IGBT模塊封裝上與ABB技術合作,建設了一條世界一流的高功率模塊生產線,成為國內第一個能夠封裝6500V大功率模塊及解決方案的提供商。為了研發自主“芯”收購了一家以海歸為背景的公司,并在不長時間內取得突破,研發出3300V/50AIGBT芯片,推出了裝有自主“芯”的IGBT封裝模塊。


南車則在一開始就齊頭并進,海外收購擁有50年功率器件研發歷史的Dynex公司建立自己的IGBT芯片設計中心,總投資14億元建設國內首條八英寸IGBT芯片生產線,除芯片生產線外,還建設9條滿足不同行業用的IGBT模塊生產線,這些產線開足馬力可年產12萬片8英寸IGBT芯片和100萬只IGBT模塊。

  產品電壓等級從600伏到6500伏,足以滿足軌道交通以及電動汽車、風力發電、太陽能發電、智能電網、高壓變頻、工業傳動等多個行業需求,成為了中國首個大功率IGBT產業化基地。

  這一波南北車的“聲東擊西”,可不可以看做是對IGBT的第二波戰役呢?這次戰役與海歸們的“創業”有很大的不同,他們是“集團式”作戰,具有國家意志。因為就其南北車的實力,與那些海歸創業公司不可同日而語。

  打游擊打不贏,集團作戰能不能贏?兩家車企采用了不同的作戰策略,一家收購了英國設計企業Dynex,自己建立芯片模塊生產線,全產業鏈介入;一家收購國內名不見經傳的創業公司,聯合曾長期給英飛凌代工的ASMC“借船出?!?。

  相同的是,兩家都有巨大的應用市場牽引,都是國內機車行業的領軍企業,這種潛在的對高壓高功率半導體器件的需求,是兩家相繼追逐競相進入IGBT領域的主要推動力。這種以市場應用帶動芯片研發的模式,也許能夠引領IGBT芯片實現真正產業化??梢哉f,未來的IGBT新龍頭企業非南北車莫屬。

  新能源汽車IGBT:比亞迪與上海先進結盟

  比亞迪在2008年以1.71億元資金收購寧波中緯六英寸生產線,擬在打造其汽車電子功率半導體的產業鏈,在當時被看做是一場豪賭,現在看來這場豪賭更像是王傳福專攻汽車電子交的入場費。

  在這條線上先后流片600V、1200V IGBT芯片成功后,比亞迪轉手去和上海先進(ASMC)建立戰略聯盟,聯手去占領IGBT的高端陣地。正如比亞迪微電子總經理陳剛表示,“與上海先進的攜手不僅是企業發展需要,更是對推動IGBT國產化的擔當?!?


隨著比亞迪超過特斯拉成為全球最大的新能源汽車制造商,其對IGBT的需求日益增加。從整體市場來看,我國也已成為IGBT最大的消費國,目前年需求量超過75億元,并以每年30%以上的速度增長。但是,國內尚未形成成熟的產業鏈和生產規模,廣泛應用的大功率IGBT器件一半以上依賴進口,在采購價格和交貨周期上都受制于外國公司,這也許是比亞迪進軍IGBT市場的最大原因。

  上海先進在和比亞迪合作后的短短一年的時間里,就在1200V平臺上開發成功了2個產品。這2個產品都已正式進入了比亞迪的供應鏈。經過二十多年來引進和消化國外先進技術的磨練,上海先進在IGBT、汽車電子、MEMS等特定半導體制造工藝領域已經處于國內領先地位。

  同時,上海先進是國內首家獲得歐洲汽車電子VDA6.3(A)資質的公司,也是國內最大的汽車電子芯片制造商和生產IGBT芯片最多的公司,至今已累計生產IGBT芯片70多萬片。

  IGBT產業化突破在即

  根據市場調研機構Yole的報告顯示,全球IGBT市場規模在未來幾年時間將繼續保持穩定的增長勢頭,市場規模至2018年將達到60億美元的數值。 在產品分布上,雖然600~900VIGBT是目前市場上的主流產品,但伴隨著軌道交通、再生能源、工業控制等行業市場在近幾年內的高速成長,對更高電壓應用的IGBT產品(1200V~6500V)提出了強烈的需求。

  在市場驅動下,國內外公司紛紛加大對IGBT產業的投入。國外研發IGBT器件的公司其IGBT技術成熟,有大規模商品化生產的經驗,形成了完善的IGBT產品系列。其中,西門康、仙童等企業在1700V及以下電壓等級的消費級IGBT領域處于優勢地位, ABB、英飛凌、三菱在1700V-6500V電壓等級的工業級IGBT領域占絕對優勢,3300V以上電壓等級的高壓IGBT技術更是被英飛凌、ABB、三菱三家公司所壟斷,它們代表著國際IGBT技術的最高水平。

  我國受高鐵、新能源等領域的投資規模提振,具有自主知識產權、本土化的IGBT產業鏈也在不斷完善,最近不時有IGBT芯片(600V6500V)研發成功的好消息傳來。

  可以說,我們已經走過了IGBT研發最困難的階段, IGBT產業化面臨最后的突破。是成功還是功虧一簣,考驗的是我們的耐心。我們應該清醒地意識到,IGBT芯片設計制造技術、IGBT模塊封裝設計制造技術、IGBT模塊可靠性與失效分析技術、IGBT測試技術等IGBT產業核心技術仍掌握在那幾家發達國家企業手中。我們必須迎頭剛上,必須有耐心一步一個腳印去追趕而不是超越,好大喜功、急功近利都是IGBT產業化的大敵。

  我們有理由相信,IGBT的產業化到了一個關鍵發展期。經過這些年國家對功率器件研發持續的投入和市場的培育,我們在IGBT研發方面已經積累了許多寶貴的經驗, IGBT的產業鏈越來越健全,已經朝IGBT產業化邁出了堅實的一步,IGBT產業化的腳步離我們越來越近了!

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