IGBT是能源轉換與傳輸?shù)暮诵钠骷捎肐GBT進行功率變換,能夠提高用電效率和質量,具有高效節(jié)能和綠色環(huán)保的特點。目前,傳統(tǒng)IGBT市場已經被歐美、日本國際巨頭占據,而新能源汽車的出現(xiàn),對國產IGBT的崛起具有特殊的意義。
有數(shù)據顯示,2016年全球電動車銷量達到200萬輛,共消耗了大約9億美元的IGBT管,平均每輛車大約消耗450美元,是電動車里除電池外最昂貴的部件。其中,混合動力和PHEV大約77萬輛,每輛車需要大約300美元的IGBT,純電動車大約123萬輛,平均每輛車使用540美元的IGBT,而大功率的純電公交車用的IGBT可能超過1000美元。
杭州士蘭微電子器件產品產品線總經理張科鋒認為,新能源汽車的出現(xiàn)和快速發(fā)展,給了國內相關企業(yè)與國際車企同臺競爭的機會,而且因為中國政府的特別支持,在某些政策和資源方面,國內車企更具競爭優(yōu)勢,新的政策規(guī)定2018年起本地品牌的新能源汽車出貨比重需達到兩位數(shù),且要求逐年增長,這就給國產IGBT創(chuàng)造了非常好的機遇。
華虹宏力集成一部研發(fā)總監(jiān)楊繼業(yè)同樣認為,新能源汽車既是節(jié)能環(huán)保的迫切需求,也是我國汽車產業(yè)轉型升級的一個突破口。IGBT作為新能源汽車動力、電源系統(tǒng)中的核心器件,將隨之迎來絕佳的發(fā)展機遇。第三方調研機構數(shù)據顯示,純電動汽車(EV)半導體元器件用量達到673美元,相較傳統(tǒng)汽車半導體用量的297美元增加了127%,其中大部分新增用量是功率器件。
據楊繼業(yè)介紹,國務院在發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出,至2020年,我國純電動汽車和插電式混合動力汽車年生產能力將達200萬輛,等效為8英寸IGBT晶圓年需求100萬片。受惠于新能源汽車及其配套設施發(fā)展,預計到2020年,中國IGBT銷售額將達近200億元??梢姡履茉雌噹Ыo國產IGBT的發(fā)展機遇不言而喻。不過,目前國產IGBT產業(yè)鏈的搭建還不夠完善,與國際巨頭的技術差距仍較大。
楊繼業(yè)告訴記者,我國功率半導體與國外IDM廠商相比在設備投入上還有待加強,在器件設計、工藝技術方面仍有差距,供應鏈也不夠完善。究其原因,一是作為后進者,國內IGBT缺乏時間考驗來建立品牌效應;二是IGBT國產化的進程開始得相對較晚,而且當時,市場應用前景還不太明朗,終端應用方案商對于推動IGBT技術國產化的意愿并不強,一直以來就只有少數(shù)幾家國外老牌的專業(yè)IGBT廠商占據著這一市場。從制造水平來看,華虹宏力場截止型IGBT(Field Stop,F(xiàn)S IGBT)技術參數(shù)可比肩國際領先企業(yè),但想要全面提升國產IGBT實力,還需要上下游產業(yè)鏈企業(yè)的全面參與和共同努力。
“國內IGBT在設備、材料、芯片設計和晶圓制造上與國際大廠仍有一定的差距,國產IGBT芯片的主要工藝設備、襯底片都還要從國外采購,特別是在大功率模塊封裝方面,在產品的功率密度、散熱性能、長期可靠性以及模塊設計創(chuàng)新方面,技術差距仍然較大。不過,在后道封測環(huán)節(jié),因國內封測廠有給國際大廠代工的經驗,后道技術差距正逐漸縮小?!庇惺茉L人表示。
記者獲悉,IGBT產品最具競爭力的生產線是8英寸和12英寸,目前國際最為領先的是英飛凌,已在12英寸生產線量產IGBT產品; 目前國內8寸線實現(xiàn)IGBT產品量產的是株洲中車和上海華虹宏力,而士蘭微電子在剛剛建成的8英寸生產線上投資上億元,購買了IGBT產品工藝專業(yè)研發(fā)的高能離子注入設備,激光退火設備和薄片Taiko設備,預計在未來的3-5年內,會大力發(fā)展和提高IGBT產品的設計和工藝研發(fā)水平。
2017年12月18日,杭州士蘭微電子與廈門半導體投資集團簽署投資合作協(xié)議,擬在廈門市海滄區(qū)建設兩條以MEMS、功率器件為主要產品的12英寸集成電路制造生產線,預計在2-3年內建成投產,這將促進IGBT產品工藝和技術的不斷提升。
除了技術差距,IGBT核心專利和高端人才也幾乎被英飛凌、三菱等國際廠商絕對壟斷。張科鋒表示,IGBT產品的高端工藝研發(fā)和高端產品設計人員非常少,國內已量產的芯片廠家,其技術研發(fā)人員都是通過多年的試驗摸索、不斷學習總結成長起來的。要改善高端人才缺乏的現(xiàn)狀有兩點:一是從高校和IGBT的企業(yè)出發(fā),多投入和培養(yǎng)相關人員,要能耐得住磨練;還有一條捷徑,是利用高薪或利好政策引進國際巨頭的高端技術人才,或引進和收購他們的企業(yè)團隊。對于技術專利,一方面要依托自身的工藝生產設備,根據應用實踐的要求,有一些工藝和設計技術的創(chuàng)新;另一方面是購買國外IGBT設計和制造技術的專利,但這個很難且費用昂貴。
在記者看來,國產IGBT發(fā)展起步晚、終端推動乏力、人才缺乏以及品牌效應淡薄等共同導致了國內與國際廠商的差距。不過近幾年,隨著利好政策的推動和新能源汽車、高鐵、風力發(fā)電等新興應用市場的崛起,國產IGBT即將得到快速發(fā)展的“春天”已經到來。