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國產(chǎn)IGBT走上快車道

發(fā)布時(shí)間:2022-03-17作者來源:薩科微瀏覽:2082

本周,一則中國本土IGBT新銳量產(chǎn)的消息吸引了不少眼球,7月7日,智新半導(dǎo)體車規(guī)級IGBT模塊實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),這是東風(fēng)公司和中國中車戰(zhàn)略合作成立智新半導(dǎo)體公司后結(jié)出的[敏感詞]個(gè)碩果。

 

據(jù)報(bào)道,此次投產(chǎn)的IGBT模塊,具有良好的散熱性和抗電磁干擾性,能夠滿足車規(guī)級產(chǎn)品的高可靠性要求。這樣一來,中國新能源汽車企業(yè)又多了一個(gè)選擇,為本土汽車功率半導(dǎo)體供應(yīng)鏈增添了砝碼。

 

近期,不僅智新半導(dǎo)體,在剛剛過去的6月份,以及7月上旬,短短一個(gè)多月時(shí)間內(nèi),中國本土的IGBT芯片和模塊,特別是車用產(chǎn)品,不約而同地冒了出來,呈現(xiàn)出集體爆發(fā)的態(tài)勢。

 

6月,華虹與斯達(dá)半導(dǎo)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議,雙方共同宣布,攜手打造的高功率車規(guī)級12英寸IGBT芯片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),已通過終端車企產(chǎn)品驗(yàn)證,廣泛進(jìn)入了以汽車應(yīng)用為代表的動(dòng)力單元市場。

 

6月21日,士蘭微公告稱,公司擬通過控股子公司成都集佳科技有限公司投資建設(shè)“汽車級和工業(yè)級功率模塊和功率集成器件封裝生產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目一期”。該項(xiàng)目總投資為7.58億元。該項(xiàng)目建設(shè)期2年,達(dá)產(chǎn)期2年。投產(chǎn)后,IGBT模塊將是主力產(chǎn)品。

 

6月23日,賽晶科技首條IGBT生產(chǎn)線正式竣工投產(chǎn),IGBT生產(chǎn)線進(jìn)入試生產(chǎn)階段。據(jù)悉,該公司IGBT項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)2條IGBT芯片背面工藝生產(chǎn)線、5條IGBT模塊封裝測試生產(chǎn)線,建成后年產(chǎn)能達(dá)200萬件IGBT模塊產(chǎn)品。其IGBT產(chǎn)品應(yīng)用將涵蓋600V至1700V的中低壓領(lǐng)域,面向電動(dòng)汽車、光伏風(fēng)電、工業(yè)變頻等市場。

 

7月5日,聞泰科技宣布通過荷蘭子公司安世半導(dǎo)體收購英國半導(dǎo)體廠商N(yùn)ewport Wafer Fab的全部股票。Newport Wafer Fab成立于1982年,主要生產(chǎn)車用高能效功率半導(dǎo)體,而安世半導(dǎo)體是車用芯片和元器件的重要廠商,對于該收購案,聞泰科技董事長張學(xué)政表示,Newport的加入,將會(huì)有效提升安世半導(dǎo)體在車規(guī)級IGBT、MOSFET、Analog和化合物半導(dǎo)體等產(chǎn)品領(lǐng)域的能力。

 

無論是工廠開工,還是開始量產(chǎn),或是并購,以上這些廠商都是聚焦在以車用為主的IGBT產(chǎn)品市場,體現(xiàn)出了該市場的火爆程度。

 

IGBT需求旺盛



未來幾年,電動(dòng)汽車的銷量增速有望超過50%。受益于政策支持及銷售補(bǔ)助,預(yù)計(jì)全球及中國新能源電動(dòng)車銷量的復(fù)合年增長率將達(dá)到32%,這將帶動(dòng)相關(guān)半導(dǎo)體,電子產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展,汽車作為拉動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三駕馬車之一絕非虛言(5G、物聯(lián)網(wǎng)和汽車電子被認(rèn)為是下一波帶動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大引擎)。

 

在汽車應(yīng)用中,功率半導(dǎo)體用量僅次于MCU,其市場份額巨大。

 

新能源汽車新增半導(dǎo)體用量中大部分是功率半導(dǎo)體。在傳統(tǒng)汽車中,功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用在啟動(dòng)與發(fā)電、安全等領(lǐng)域,占傳統(tǒng)汽車半導(dǎo)體總量的20%,單車價(jià)值約為60美元。

 

由于新能源汽車普遍采用高壓電路,當(dāng)電池輸出高電壓時(shí),需要頻繁進(jìn)行電壓變換,這時(shí)電壓轉(zhuǎn)換電路(DC-DC)用量大幅提升,此外,還需要大量的DC-AC逆變器、變壓器、換流器等,這些對IGBT、MOSFET、 二極管等半導(dǎo)體器件的需求量也有大幅增加。以上這些極大帶動(dòng)了汽車電子系統(tǒng)對功率器件需求的增加。

 

根據(jù)麥肯錫的統(tǒng)計(jì),純電動(dòng)汽車的半導(dǎo)體成本為704美元,比傳統(tǒng)汽車的350美元增加了1倍,其中功率器件成本高達(dá)387美元,占55%。純電動(dòng)汽車相比傳統(tǒng)汽車新增的半導(dǎo)體成本中,功率器件成本約為269 美元,占新增成本的76%。

 

新能源電動(dòng)車動(dòng)力產(chǎn)生和傳輸過程與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)有較大差異,需要頻繁進(jìn)行電壓變換和直流-交流轉(zhuǎn)換。加之純電動(dòng)車對續(xù)航里程的高需求,使得電能管理需求更精細(xì)化,這些對IGBT、MOSFET、二極管等功率分立器件的需求遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車。而IGBT在汽車需求的帶動(dòng)下,將出現(xiàn)爆發(fā)式增長。

 

車用功率模塊(當(dāng)前的主流是IGBT)決定了車用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵性能,同時(shí)占電機(jī)逆變器成本的40%以上,是核心部件。

 

IGBT約占電機(jī)驅(qū)動(dòng)器成本的三分之一,而電機(jī)驅(qū)動(dòng)器約占整車成本的15~20%,也就是說,IGBT占整車成本的5~7%。

 

在技術(shù)層面,IGBT芯片經(jīng)歷了一系列的迭代過程,包括從PT向NPT,再到FS的升級,這些使芯片變薄,降低了熱阻,并提升了Tj;IEGT、CSTBT和MPT的引入,持續(xù)降低了Vce,并提高了功率密度;通過表面金屬及鈍化層優(yōu)化,可滿足車用的高可靠性要求。

 

近些年,IGBT在結(jié)構(gòu)上也一直在創(chuàng)新,如出現(xiàn)了RC-IGBT,以及將FWD與IGBT集成到一起的設(shè)計(jì);此外,在功能上也有集成,如集成電流、溫度傳感器等。

 

IGBT 廣泛運(yùn)用于汽車電機(jī)控制系統(tǒng),目前,汽車電機(jī)控制系統(tǒng)需要用到數(shù)十個(gè)IGBT。以特斯拉為例,特斯拉后三相交流異步電機(jī)每相要用到28個(gè)IGBT,總計(jì)要用84個(gè)IGBT,加上電機(jī)其他部位的IGBT,特斯拉共計(jì)使用了96個(gè)IGBT(雙電機(jī)還要加前電機(jī)的36個(gè))。按照 4~5美元/個(gè)的價(jià)格計(jì)算,雙電機(jī)IGBT價(jià)值大概在650美元左右。

 

雖然SiC MOSFET比IGBT更先進(jìn),且市場發(fā)展?jié)摿芎茫ㄌ厮估呀?jīng)采用SiC MOSFET,蔚來汽車也將陸續(xù)采用)。但就目前來看,SiC功率器件還存在著一些問題,具體表現(xiàn)在:成品率低,成本高;SiC和SiO2界面缺陷多,柵氧長期可靠性是個(gè)問題;SiC MOSFET缺少長期可靠性數(shù)據(jù)。

 

另外,SiC器件載流能力低,而成本過高,同等級別的SiC MOSFET芯片,其成本是硅基IGBT的8~12倍。功耗方面,SiC MOSFET先于硅基IGBT開通,后于IGBT關(guān)斷,而IGBT可以實(shí)現(xiàn)ZVS(零電壓開關(guān)),可大幅降低損耗。

 

總體來看,IGBT的電氣特性接近SiC MOSFET芯片的90%,而成本則是SiC MOSFET的25%。因此,SiC和硅混合開關(guān)模塊會(huì)有很大的市場應(yīng)用前景,而純SiC器件要想在汽車功率系統(tǒng)當(dāng)中普及,還需要時(shí)間。IGBT依然是市場主力。

 

中國市場在成長



中國是新能源汽車最重要的市場之一, 中國新能源車銷售量占全球銷量一半以上。

 

在這樣的市場背景下,國際半導(dǎo)體大廠紛紛與國內(nèi)汽車主機(jī)廠建立戰(zhàn)略合作關(guān)系,例如,在2018年3月,上汽集團(tuán)與英飛凌成立合資企業(yè)——上汽英飛凌半導(dǎo)體公司。據(jù)悉,上汽英飛凌半導(dǎo)體聚焦IGBT模塊封裝業(yè)務(wù),旨在服務(wù)上汽集團(tuán)及其他國內(nèi)新能源汽車廠商,計(jì)劃實(shí)現(xiàn)100萬套的年產(chǎn)能。

 

另外,聞泰科技取得安世半導(dǎo)體控股權(quán),后者在汽車功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域有著深厚的積累,其超過50%的產(chǎn)品應(yīng)用在汽車領(lǐng)域,按照規(guī)劃,安世半導(dǎo)體將在中國大陸逐步擴(kuò)產(chǎn)。

 

對比汽車半導(dǎo)體的競爭格局和國外廠商的發(fā)展史,中國國內(nèi)廠商主要有兩種發(fā)展路徑:一是在傳統(tǒng)芯片領(lǐng)域通過收購獲得技術(shù)和客戶資源;二是在新能源汽車功率半導(dǎo)體和智能汽車芯片上發(fā)力。

 

電動(dòng)化為汽車半導(dǎo)體市場帶來新增需求的同時(shí),也為國內(nèi)汽車半導(dǎo)體廠商提供了不少機(jī)遇。目前,越來越多的國內(nèi)廠商開始在新能源汽車功率半導(dǎo)體上布局,代表廠商包括比亞迪、中國中車、士蘭微電子,以及前文提到的那幾家廠商等。

 

不過,中國本土的汽車功率半導(dǎo)體廠商還比較弱,市占率比較低,短時(shí)間內(nèi)難以與國際大廠形成真正的競爭關(guān)系,還需要不斷成長。

 





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