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IGBT长期依赖国外巨头 新能源行业一“芯”难求

发布人:adminbuy.cn     发布时间:2019-07-14

本报记者 梁锶明 童海华 广州报道

2018年来,新能源汽车一直保持较为高速的发展。12月10日,全国乘用车市场信息联席会(以下简称“乘联会”)发布了11月我国乘用车产销数据。11月的新能源车批发销量达到13.6万辆,环比增长19.1%,同比增长69%;其中插混同比增长87%,纯电动同比增长65%。1~11月新能源乘用车批发88万辆。

然而,在新能源汽车高速发展的同时,其上游零部件的产能不足则容易造成“卡脖子”。比亚迪第六事业部兼太阳能事业部总经理陈刚介绍道,在产能方面,新能源汽车的发展会受限于电池以及IGBT产品的产能现状。

相关数据显示,中国IGBT市场一直被国际巨头垄断,90%的份额掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手中。中国半导体行业协会IC设计分会副理事长周生明表示,国内单一产品进口最大的是芯片,企业对国外产品具有依赖性,但是这种依赖性并不可取,特别是当产品形成竞争时影响更甚。

车企“挥金”发展IGBT

据了解,IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)是一种大功率的电力电子器件,主要用于变频器逆变和其他逆变电路,将直流电压逆变成频率可调的交流电,俗称电力电子装置的“CPU”。IGBT是能源变换与传输的核心器件,采用IGBT进行功率变换,能够提高用电效率和质量,是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键技术。

12月10日,比亚迪股份有限公司(002594.SZ,以下简称“比亚迪”)发布IGBT4.0技术。就在当天下午,《中国经营报》记者到宁波比亚迪半导体有限公司,参观了IGBT制造中重要的四大区:扩散区、薄膜区、黄光区和蚀刻区。比亚迪第六事业部高级研发经理吴海平向记者介绍时提到,IGBT4.0电流输出能力较当前市场主流的IGBT高15%;同等工况下IGBT4.0综合损耗较当前市场主流的IGBT降低了约20%。

对于比亚迪在IGBT上的发展,陈刚表示,2005年比亚迪就组建了IGBT研发团队,并于2008年10月收购宁波中纬半导体晶圆厂。“目前,比亚迪是中国唯一一家拥有完整产业链的车企:包含IGBT芯片设计和制造,模组设计和制造,大功率器件测试应用平台,电源及电控等。”

此外,陈刚介绍道,比亚迪已投入巨资布局性能更加优异的第三代半导体材料SiC(碳化硅),有望于2019年推出搭载SiC电控的电动车。预计到2023年,比亚迪旗下的电动车将全面搭载SiC电控。

据了解,在国内市场,仅有中车时代电气、比亚迪等企业掌握IGBT的研发生产。近两年来,上汽、北汽等整车企业开始通过与其他企业合作掌握相关技术。

国际巨头垄断严重

作为主流的新型电力电子器件之一,IGBT在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源装备,以及工业领域(高压大电流场合的交直流电转换和变频控制)等应用极广,是上述应用中的核心技术。

然而,数据显示,中国IGBT市场一直被国际巨头垄断,90%的份额掌握在英飞凌、三菱等海外巨头手中。周生明表示,国内单一产品进口最大的是芯片,对国外产品具有依赖性,但是这种依赖性并不可取,特别是当产品形成竞争时影响更甚。

中信建投的研究显示,2017年,中国国内的IGBT市场规模约121亿元,约占全球总需求的50%。但我国IGBT起步较晚,国内市场份额主要被国际巨头垄断,国产化率只有11%,进口依赖程度较高,国产替代空间巨大。

国内研发IGBT的企业较少,或与IGBT研发生产的高难度有关。比亚迪相关技术人员表示,IGBT芯片仅有人的指甲大小,但却要在其上蚀刻十几万乃至几十万的微观结构电路,仅能在显微镜下查看。

从IGBT芯片设计上,涉及到的参数多达十几个,很多参数之间是相互矛盾的,需要根据应用折中考虑。而在晶圆制造工艺上,采用最新的1200V FS技术的IGBT,需要将晶圆减薄到120um(约两根头发丝直径)的厚度,再进行10余道工序加工。“晶圆制造的厂房洁净度要求非常高,需要一级净化。一个零点几微米的微尘掉落在晶圆上,就会造成一颗IGBT芯片失效。”上述技术人员如是说。

此外,IGBT模块设计也有非常大的难度,需要考虑材料匹配、散热、结构、功率密度、外观、重量等多项指标。

陈刚表示,半导体研发的门槛较高,并非单靠资金就能做好,研发过程中也需要下游的拉动。“如果上下游不能进行良好的沟通融合,可能耗费巨额资金生产的产品并不适用于应用端,造成与下游脱节的可能性。”比亚迪第六事业部产品总监杨钦耀也向记者表示,应用拉动、人才培养、产品标准化是IGBT生产中三个要素。

征战IGBT市场

2018年来,新能源汽车产销量爆发。2018~2020年,中国新能源汽车产量年复合增长率将超过40%,2018年中国新能源汽车产量有望达到100万辆。

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