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半导体

上下游协同提升车规级IGBT竞争力

近期,有关国产车规级IGBT方面的消息层出不穷,东风公司和中国中车战略合作成立的智新半导体的车规级IGBT模块实现量产;闻泰科技全资子公司安世半导体宣布已完成收购英国新港晶圆厂(Newport Wafer Fab),将提升车规级IGBT产品的供应能力;比亚迪子公司比亚迪半导体将于创业板上市,募投项目包括功率半导体的晶圆产线建设,将有效提升功率半导体的上下游产业链协同效应;华虹与斯达半导签订战略合作协议,携手打造的高功率车规级12英寸IGBT芯片实现量产;士兰微拟通过控股子公司成都集佳科技有限公司投资建设“汽车级和工业级功率模块和功率集成器件封装生产线建设项目一期”;赛晶科技首条IGBT生产线正式竣工开始投产等。在“缺芯潮”对市场的冲击所形成的历史机遇下,我国多家大型企业都在积极布局IGBT,形成了多条IDM模式和代工模式的 IGBT生产线,预示着国产IGBT正在崛起,并呈现出百家争鸣的态势。

各企业积极扩大产能

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。

我国一直是IGBT需求量最大的国家,占到全球近一半的份额。但国内制造的功率器件却占比很低,严重依赖进口。根据ASMC披露,我国90%以上的IGBT产品需要进口。目前我国各大IGBT制造企业都意识到了IGBT的重要性,纷纷扩大产能。下游客户也愿意给予国内半导体厂商更多的验证和进入机会,这对于我国功率半导体企业来说,既是机遇也是挑战。

日前,比亚迪发布公告称其旗下子公司比亚迪半导体将独立上市。比亚迪作为我国新能源汽车的领军企业,也是国内自研IGBT相当成功的企业。根据Omdia统计,以2019年IGBT 模块销售额计算,比亚迪在中国新能源乘用车电机驱动控制器用 IGBT 模块全球厂商中排名第二,仅次于英飞凌,市场占有率19%,在国内厂商中排名第一,2020年依旧保持全球厂商排名第二、国内厂商排名第一的领先地位。在自给自足的同时,还有余力和国内别的车企达成合作。

同样采取自研车用芯片的还有中车。中车是国内领先的IDM模式的功率半导体厂商,所研发的IGBT以成功运用于高铁“复兴号”,并且近期已完全掌握宽禁带半导体碳化硅技术。此外,他们近期与东风公司合作成立的智新半导体的车规级IGBT模块也实现了量产。

专攻IGBT芯片的斯达半导体经过多年的自主研发,实现了IGBT芯片和模块的产业化,已经具备中低压IGBT芯片设计能力。根据2020年国际著名研究及咨询机构IHS最新研究报告,斯达半导体在全球IGBT模块市场排名第七,是唯一一家进入全球前十的中国企业。产品已被成功应用于新能源汽车、变频器、逆变焊机、UPS、光伏/风力发电、SVG、白色家电等领域。近日他们与华虹半导体举办了“华虹半导体车规级IGBT暨12英寸IGBT规模量产仪式”,双方携手打造的高功率车规级IGBT芯片已通过终端车企产品验证,广泛进入了动力单元等汽车应用市场。

克服‘‘三不’’现象需要完善生态

目前国产IGBT研发的最大挑战在于如何提高稳定性和可靠性。新冠肺炎疫情的爆发对全球车规级半导体供应链冲击较大。由于车规级半导体对产品的可靠性、一致性、安全性、稳定性和长效性要求较高,还需要适应极热、极冷的高低温工况,承受频繁的物理颠簸和电流冲击,以及保持长时间的使用寿命,这导致各大车企在IGBT芯片的选择上都非常谨慎。国内做IGBT等功率器件的企业虽然很多,但是产品虽然研发出来了,却没有足够的实验和实际上路数据作为依据,即使已经获得了车规级的认证,一般车企都不敢用自己的整车做实验。此外,在整车厂的某一车型量产上市后,不再会轻易更换其使用的核心芯片。于是就形成了不会用不敢用不愿意用的“三不”现象。收集不到下游用户的应用体验和反馈,无法完成产品的迭代和升级,整个生态无法完善,从而形成一种恶性循环。

国家新能源汽车技术创新中心总经理、中国汽车芯片产业创新联盟秘书长原诚寅告诉《中国电子报》记者,在车上使用IGBT需要持续大电流高电压的稳定输出,所以可靠性能不能达到要求,需要通过AEC-Q101对半导体分立器件的车用可靠性要求进行验证。“之前测过一些国产的IGBT,虽然要求和指标都能合格,但在长时间使用时的可靠性,包括在各个器件之间的离散性上,与国际领军企业还存在一定差距。”原诚寅表示。

创道投资咨询总经理步日欣向《中国电子报》记者指出,我国功率半导体产业本身处在落后阶段,想要追赶,就不能完全采用市场化手段,特别是IGBT这种与下游设备需要紧耦合的产品,更需要下游设备厂商的配合。目前我国IGBT主要应用场景还局限在家电领域,而像汽车、工业等领域,出于风险控制的考虑,很难有企业愿意导入国产IGBT芯片,这也导致很多国产IGBT芯片和模组,即便产品测试性能可以媲美国外产品,也很难有机会通过下游厂商的认可。没有应用场景的验证和产品迭代,差距只会越来越大。

上下游协同提升产品竞争力

原诚寅建议,国产IGBT可以先在家用电器、工业等领域进行实验,一步步积累,先把工艺稳定下来,把品质控制住以后,再逐步进入汽车市场。

而且目前的“缺芯潮”让很多企业看到了IGBT的商机,都在一拥而上想从中分一杯羹,这也导致了国内企业比较分散,原诚寅主张还是要集中力量和优势干大事。

步日欣指出,缺芯现象让整个产业链重新认识了芯片的重要性,每个环节都在投入资金夯实技术基础,这是未来产业发展的必要条件。步日欣认为,像比亚迪、中车时代这样的产业链协同的模式,通过下游导入,不断迭代升级产品,提高产品的竞争力,将是我国IGBT产业崛起的希望所在。

责任编辑:许子皓


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