當前位置:首頁 > 資訊中心 > 業內新聞
中國IGBT不再“一芯難求”
發布時間:2018-12-17
瀏覽次數:1780

  國內汽車界中,“一芯難求”的現狀被打破了。
  
  IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管),是能源變換與傳輸的核心器件。采用IGBT進行功率變換,能夠提高用電效率和質量,是解決能源短缺問題和降低碳排放的關鍵技術。IGBT約占電機驅動系統成本的一半,而電機驅動系統占整車成本的15-20%,也就是說,IGBT占整車成本的7-10%,是除電池之外成本第二高的元件,也決定了整車的能源效率。
  
  然而,一個不得不提的業內現實是,這樣重要的功率器件,卻長期來基本被英飛凌、三菱、富士電機、仙童等國外巨頭壟斷全球市場。在國內市場,中高端IGBT產能嚴重不足,長期依賴國際巨頭,導致“一芯難求”。
  
  現在,這種“外資寡頭壟斷”的市場格局正在被逐漸瓦解。隨著以比亞迪為代表的本土新能源汽車廠商在IGBT領域實現技術的突破,中國的新能源汽車配套產業格局正在悄然生變。據了解,截至2018年11月,比亞迪累計申請IGBT相關專利175件,其中授權專利114件。
  
  “我們可以很自豪地說,在IGBT這個領域中國可以與歐洲、日本三分天下。” 比亞迪第六事業部總經理陳剛如是說。

  “指甲”般大小,“心臟”般重要
  
  一說起IGBT,有些制造半導體的人內心并不十分重視,他們常想:不就是一個分立器件嗎?然而和28nm/16nm集成電路制造一樣,IGBT是國家“02專項(《極大規模集成電路制造技術及成套工藝》項目,因次序排在國家重大專項所列16個重大專項第二位,在業內被稱為02專項)”的重點扶持項目。
  
  IGBT芯片只有人的指甲蓋那么大小,其上蝕刻十幾萬乃至幾十萬的微觀結構電路,只有借助顯微鏡才能看清。然而,就是這個指甲蓋大小的東西,卻在能源轉換與傳輸中起著心臟般的重要作用,它被稱為電力電子裝置的“CPU”。
  
  相較于早期的各種電力電子器件相比,IGBT具有高輸入阻抗、高速開關特性、導通狀態低損耗等特點。采用IGBT進行功率變換,能夠提高用電效率和質量,其高效節能和綠色環保的特點,是解決能源短缺問題和實現低碳排放的關鍵技術支撐。
  
  IGBT是什么?簡單來說,它是一個非通即斷的開關:導通時可以看做導線,斷開時即為開路。IGBT融合了MOSFET以及BJT兩種器件的優點,如驅動功率小,飽和壓降低等。
  
  雖然IGBT中文翻譯為“絕緣柵雙極型晶體管”,但其最常見的形式是模塊(Module),并非單管。模塊是由多個IGBT芯片并聯,電流規格更大。
  
  IGBT模塊在電動汽車中發揮著至關重要的作用,它是電動汽車及充電樁等設備的核心技術部件。例如,在電動控制系統,大功率直流/交流(DC/AC)逆變后驅動汽車電機;車載空調控制系統,小功率直流/交流(DC/AC)逆變,使用電流較小的IGBT和FRD;智能充電樁中,IGBT模塊被作為開關元件使用。
  
  IGBT模塊的優勢顯而易見,然而令人意外的是,全球電動汽車龍頭特斯拉卻只使用IGBT單管。因為單就價格而言,單管要遠低于模塊。據了解,全球的新能源車企中,除特斯拉和國內少數低速電動外,大部分品牌的新能源汽車都在使用IGBT模塊。
  
  IGBT有望迎來黃金發展期,中國市場卻被國外巨頭壟斷多年
  
  近年來,全球新能源汽車發展如火如荼。業內一致認為,電動化、智能化、網聯化、共享化會是未來新能源汽車的發展趨勢。電動化平臺是這些技術的重要基礎。而IGBT作為新能源汽車動力、電源系統中的核心器件,也將迎來黃金發展期。
  
  數據顯示,2017年,全球共銷售新能源汽車超過120萬輛,占全球汽車銷量的1.2%。同時,新能源汽車用IGBT的市場規模占IGBT市場的17%,達到7億美元。
  
  2016年全球電動車銷量大約200萬輛,共消耗了大約9億美元的IGBT管,平均每輛車大約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,大功率的純電公交車用的IGBT可能超過1000美元。
  
  巨大的市場潛力,吸引了全球各路電子巨頭前來淘金。據統計,全球IGBT市場主要競爭者包括德國英飛凌、日本三菱、富士電機、美國安森美、瑞士ABB等,前五大企業的全球市場份額超過70%。
  
  同時,這些國際巨頭的兼并重組正在加速。前年,恩智浦與飛思卡爾兩大巨頭合并,行業集中度進一步提高。此外,高通、英特爾等電子巨頭都在競相進軍汽車芯片市場。
  
  有分析稱,未來的新能源汽車市場變革中,中國會承擔引領者的角色。據BNEF的長期預測顯示,隨著新能源汽車對內燃機汽車在成本方面逐漸建立起領先優勢,到2025年全球新能源汽車的銷量有望增至1100萬輛。其中,中國占全球市場份額中將接近50%。在新能源汽車快速發展的大勢下,GGII預估,國內新能源汽車和充電樁市場將出現200億IGBT模塊的需求量。
  
  然而,一個令人心酸的事實是,在國內市場,中高端IGBT產能嚴重不足,汽車IGBT市場被英飛凌、意法半導體、瑞薩電子、恩智浦等國際巨頭所壟斷。“國內用的芯片大多依靠進口,尤其是核心汽車電子控制芯片基本都掌握在外國人手中,國內的汽車電子芯片技術還差得很遠。”中國汽車工程學會裝備部部長陳長年曾這樣感慨。
  
  和中國形成鮮明對比的是日本。以豐田為例,盡管在已有本土IGBT巨頭,但其在開發混合動力車時,還是選擇將IGBT管完全控制在自己手中,成為了全球唯一能夠自產IGBT管的汽車廠家。普銳斯也因此獲得強大的生命力,成為目前全球唯一的強混合動力車。
  
  突破技術壁壘,本土廠商發力IGBT市場
  
  瀏覽器關鍵詞一搜,“中國IGBT技術到底有多落后?”諸如此類的言論總是鋪天蓋地,仿佛技術落后成了“一芯難求”的最根本因素。
  
  事實上,國內的技術壁壘正在被逐漸打破。知乎上一位高贊答主說:“作為一名IC民工,身處世界前三的儲存器工廠,明顯感覺近兩年業內行情見好,國家開始大力扶持芯片產業了。確實,目前中國半導體技術還處于起步階段,但是有錢有人,還是能成功的。連我們公司的外國老大都說,中國的半導體行業肯定會起來,但是還需要幾年。這幾年就是交學費的過程。良品率就是一點一點試出來的。路還是要靠我們這一批半導體工程師自己趟出來”。

  這段回答,和陳剛在比亞迪IGBT4.0發布會上的講的一段話很像。陳剛說,比亞迪的團隊經歷了十三年的積累,才在2017年開始研發出了IGBT4.0。
  
  目前,新能源車用IGBT方面,比亞迪研發出的全新車規級產品IGBT4.0,其芯片損耗、模塊溫度循環能力、電流輸出能力等關鍵指標,達到了全球領先水平。具體體現在,產品的綜合損耗相比當前市場主流產品降低了約20%,使得整車電耗降低;產品模塊的溫度循環壽命可以做到當前市場主流產品的10倍以上;搭載IGBT4.0的V-315系列模塊在同等工況下較當前市場主流產品的電流輸出能力提升15%。
  
  瞄準車用IGBT的車企不止比亞迪。2017年年底,江蘇宏微科技股份有限公司就與北汽新能源汽車股份公司聯合成立宏微-北汽新能源IGBT聯合實驗室,以實現提高車用IGBT性能;今年3月,上汽集團股份有限公司與英飛凌以51:49股比合資成立的上汽英飛凌汽車功率半導體(上海)有限公司正式開業;今年4月,針對新能源市場,中科君芯推出新能源汽車領域DCS-IGBT芯片。
  
  據分析,2018-2025年期間,中國新能源汽車及相關產業帶動的IGBT市場規模共計超過1200億元。華虹宏力集成一部研發總監楊繼業認為,新能源汽車既是節能環保的迫切需求,也是我國汽車產業轉型升級的一個突破口。IGBT作為新能源汽車動力、電源系統中的核心器件,將隨之迎來絕佳的發展機遇。
  
  新能源汽車帶給國產IGBT的發展機遇不言而喻,挑戰也不容小覷。
  
  業內專業人士分析稱,從應用的角度出發,車用IGBT對其技術發起了更高的挑戰。首先,汽車的大眾消費屬性對IGBT的使用壽命提出了更高要求,需要滿足使用壽命內數十萬次甚至百萬次的功率循環要求;其次,汽車需要面臨著例如爬坡涉水、頻繁啟停等更為復雜的工況,這對其裝配體積和散熱效率都提出了更高的要求。
  
  從行業的角度出發,據了解,目前國際主要的IGBT廠商采用的均為IDM模式。IDM商業模式是國際整合元件制造商模式。IDM廠商的經營范圍涵蓋了IC設計、IC制造、封裝測試等各個環節,甚至也會延伸到下游電子終端。采用這一模式的一般有美國、日本和歐洲半導體產業。例如,Intel、三星、TI、東芝、意法半導體等。IDM企業注重技術積累,具有領先優勢的頭馬會不斷提高技術門檻,后來者追趕難度隨之增大。
  
  對此,比亞迪IGBT產品中心產品總監楊欽耀表示,做IGTB的研發團隊要多跟下游溝通進行融合,去做適合于應用端的產品實現,這樣才能實現IGBT產業化。
  
  “人才培養和產品的標準化也是實現IGBT產業化的必需條件。” 楊欽耀分析。(來源第一電動網:安小曼)

猫头鹰乐园电子游戏