IGBT成就新能源汽车的未来

2017-08-29| 发布者: 顺宇电子| 分类: 产品资讯

   环能节保是当真世界的主调,而做为目前世界上最大空气污染源——汽车行业,是全世界一直想解决的问题。新能源汽车的出现,为未来的汽车行业指明了方向,而做为新能源汽车不可或缺的IGBT作为电能变换的关键部件,中国的技术目前还很薄弱。
 
  IGBT(绝缘栅双极晶体管)是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件,为世界公认的电力电子第三次技术革命的代表性产品,具有高频率、高电压、大电流,易于开关等优良性能,被业界誉为功率变流装置的“CPU”。
 
  IGBT能够实现节能减排,具有很好的环境保护效益,是未来应用发展的必然方向。IGBT可广泛应用于汽车电子、电力领域、消费电子、新能源等传统和新兴领域,市场前景广阔。
 
  IGBT具有的特性,使其非常适用于新能源汽车等战略性新兴产业的应用。IGBT模块是新能源汽车电控系统和直流充电桩的核心器件;成本占到新能源整车成本的10%,占到充电桩成本的20%。政策驱动下,我国新能源汽车及充电桩市场将进入爆发期,IGBT作为其核心器件也将迎来黄金发展期,预计未来5年国内新能源汽车和充电桩市场将带动200亿IGBT模块的需求。
 
  中国是世界最大的功率半导体市场,占世界市场的50%以上,但IGBT做为功率半导体主流器件,过去基本被国外厂商垄断。欧美和日本企业凭借着产品质量好、技术领先,在IGBT市场中占据绝对优势地位,也是中国IGBT市场的主要供应商。
 
  2008年,中国第一条高铁—京津城际铁路开通,随后又开通了武广高铁等更多的高铁线路,对IGBT的需求成倍增加。一个8列标准动车组就需要152个IGBT模块,光这个模块的成本就将近两百万元,每年中国高铁制造需要向国外采购十万个以上IGBT模块,采购资金超过12亿元人民币。
 
  一个IGBT模块的价格折合人民币1.5万元,而且只卖成品。即使是作为中国牵引电传动技术的领军企业,中车株洲所也依然要每年花费数亿元从国外采购IGBT产品。
 
  技术和市场被垄断,国外器件的采购又面临“长周期、高价格”。一个IGBT器件部件,采购周期长达数月甚至半年以上,如果不改变这一局面,将不仅影响我国电力电子产业的持续健康快速发展,而且严重阻碍我国战略性新兴产业的长远发展,特别是在轨道交通牵引装备、新能源、柔性直流输电等产业领域,这是一个非常尴尬的现实。
 
  自主设计制造中国人自己的IGBT芯片,打造一条从IGBT芯片研制—模块封装—系统应用测试的完整IGBT产业链,成为国家和产业界的共同诉求。
 
  IGBT,许多半导体圈内人士都以为就是一个分立器件,很有些瞧不上眼。然而它是目前功率电子器件技术最先进的产品,其应用非常广泛,小到电磁炉、大到飞机船舶、轨道交通、新能源汽车、智能电网等战略性产业,被称为电力电子行业里的“CPU”。
 
  半导体产业发展了30多年,集成度从微米级发展到了纳米级,晶圆尺寸从3英寸做到了12英寸,我们还得回头重新审视这个小小的分立器件。
 
  IGBT单从器件原理上讲并不是很复杂,但为什么IGBT的产品目前还是主要掌握在世界几大IDM厂商手中。其中IGBT的垂直整合至关重要,设计、制造、封测和系统应用紧密结合是关键,这就迫使各个环节中有实力的企业需要加强合作,也是IGBT发展门槛较高的原因之一。
 
  我们国家并不是不重视IGBT的开发,早在1996年,当时的国家计委(国家发改委的前身),即把发展IGBT芯片及模块产业化作为重点项目实施。2006年出台的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》就明确提出,功率器件及模块技术、半导体功率器件技术是未来5-15年15个领域发展的重要技术之一。“十一五”和“十二五”期间,国家也组织实施了众多的IGBT研发和产业化项目,和28nm/16nm集成电路制造一样,IGBT也被列为国家“02专项”的重点扶持项目。专项重点明确了以IGBT为代表的芯片和器件的设计开发及产业化、功率模块产业化等。这一方面体现中国政府对于IGBT的重视,另一方面也说明IGBT技术的难度。
 
  尽管很早受到政策重视与扶持,也曾投入巨资集中进行研发,但因为种种原因,进展缓慢,成效不大。转机在2008年,中车株洲所旗下的中车时代电气股份有限公司在欧洲金融危机爆发时,用不到1亿元收购了丹尼克斯半导体公司75%的股权,掌握了IGBT技术基础;随后在英国成立功率半导体海外研发中心,在国内建成电力电子器件重点实验室,培养出一支掌握IGBT核心技术的团队。这次收购,彻底改变了我国IGBT技术及产业长期受制于人的局面。
 
  2014年6月,第一片由我国自主研制具有完全知识产权的8英寸IGBT芯片在中车时代电气成功下线,预示着高铁拥有了第一颗“中国芯”。
 
  中国IGBT产业在国家政策及重大项目的推动及市场牵引下加快了国产化的进程,目前已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整产业链。国内厂商不仅实现技术突破,而且成功把国产化IGBT应用在新能源汽车中。
 
  比亚迪在2008年以1.71亿元资金收购宁波中纬六英寸生产线,拟在打造其汽车电子功率半导体的产业链,当时被看做是一场豪赌,现在看来这场豪赌更像是比亚迪专攻汽车电子交的入场费。
 
  比亚迪在这条生产线上先后流片600V、1200VIGBT芯片成功后,又与上海先进(ASMC)建立战略联盟,将具有自主知识产权的IGBT核心关键技术和半导体芯片制造技术进行“强强联合”,联手去占领IGBT的高端阵地。
 
  上海先进在和比亚迪合作后的短短一年的时间里,就在1200V平台上开发成功了2个产品。这2个产品都已正式进入了比亚迪的供应链。经过二十多年来引进和消化国外先进技术的磨练,上海先进在IGBT等特定半导体制造工艺领域处于国内领先地位。
 
  同时,上海先进是国内首家获得欧洲汽车电子VDA6.3(A级)资质的公司,也是国内最大的汽车电子芯片制造商和生产IGBT芯片最多的公司,至今已累计生产IGBT芯片70多万片。
 
  总结:高铁、新能源等领域的投资规模提振,具有自主知识产权、本土化的IGBT产业链也在不断完善,我们已经走过了IGBT研发最困难的阶段,但我们应该清醒地意识到,许多IGBT产业核心技术仍掌握在那几家发达国家企业手中。我们还须有耐心一步一个脚印去追赶。
 
  
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