IGBT作為功率半導(dǎo)體器件第三次技術(shù)革命的代表性產(chǎn)品,近年來,隨著新能源汽車以及軌道交通等市場的崛起,市場規(guī)模與日俱增。
數(shù)據(jù)顯示,2010年,全球IGBT市場規(guī)模僅為30.36億美元,到了2018年,增長到58.26億美元,年復(fù)合增長率達(dá)到了9.8%。而在各大市場中,尤以中國市場的增速最快,高達(dá)18.2%。
這主要是歸因于中國軌道交通和電動汽車市場的快速增長,這兩大市場不僅對于IGBT市場有著極大的需求,也因為其需求正不斷的推進(jìn)IGBT市場和技術(shù)的快速發(fā)展。
以電動汽車市場為例,中國政府的大力扶持和市場的高接受度正推動IGBT市場的發(fā)展,數(shù)據(jù)顯示,2011年,中國電動汽車年銷量僅為8000輛,而到了2018年,這一數(shù)字已經(jīng)達(dá)到了125.6萬輛。
IGBT市場面臨的問題
這一數(shù)字意味著IGBT市場蘊(yùn)含著巨大的發(fā)展?jié)摿?,但是IGBT市場依然存在著諸多問題。
其中,IGBT市場的高集中度的問題尤為突出。金智創(chuàng)新行業(yè)研究中心的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2017年英飛凌占全球市場份額的27.1%、三菱市場占有率為16.4%、日本富士電機(jī)市場占有率為10.7%,2017年全球前五大生產(chǎn)商占據(jù)了市場總量的67.5%。
從電壓上分類,英飛凌占據(jù)了600-1700V范圍中IGBT的頭把交椅,而恩智浦則是占據(jù)了低壓 IGBT 的市場第一,2500V以上的高壓則主要由三菱提供,中國中車受益于高鐵對大功率IGBT的需求在4500V以上的產(chǎn)品上市場份額位列全球第五。整體來講,中國IGBT產(chǎn)業(yè)非常薄弱。
此外,在國內(nèi)市場,中高端IGBT產(chǎn)能嚴(yán)重不足,長期依賴國際巨頭,導(dǎo)致“一芯難求”。有業(yè)內(nèi)人士表示,國內(nèi)能真正做IGBT芯片的廠商總共也沒有幾家,真正做的比較好的,基本都是從封裝做起的,靠封裝在市場上站穩(wěn)了腳跟,逐漸一款一款地研發(fā)芯片。
而對于絕大多數(shù)國內(nèi)廠商而言,在IGBT技術(shù)方面依然與國外廠商有著不小的差距,在技術(shù)成熟度和先進(jìn)性上還存在不足。
要知道,IGBT芯片設(shè)計難度高。IGBT雖然是一個開關(guān)器件,但涉及到的參數(shù)多達(dá)十幾個,很多參數(shù)之間相互矛盾,需要根據(jù)應(yīng)用折衷考慮。此外,IGBT模塊設(shè)計難度也很大,需要考慮材料匹配、散熱、結(jié)構(gòu)、功率密度、外觀、重量等多項指標(biāo)。
但是這并不意味著國內(nèi)廠商就無法追趕上國外廠商,并不意味著中國的IGBT市場就無法實現(xiàn)國產(chǎn)替代。
如何解決國產(chǎn)IGBT難題
眾所周知,IDM模式是當(dāng)前IGBT生產(chǎn)制造的主流趨勢。
士蘭微董事長陳向東曾表示,近十年來,士蘭微電子在高壓電源電路、MEMS傳感器、電力電子器件在內(nèi)的產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域走特色工藝和產(chǎn)品技術(shù)緊密互動的模式,已具備了持續(xù)的工藝技術(shù)和器件結(jié)構(gòu)開發(fā)能力,已能做到特色工藝技術(shù)和產(chǎn)品技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。
事實也正是如此,自1997年成立以來,士蘭微就堅持自主研發(fā),從MCU開始到HVIC、IGBT芯片,再到功率模塊的研發(fā),目前已經(jīng)成長為國內(nèi)數(shù)一數(shù)二的IGBT廠商。
比如在專利方面,WIND統(tǒng)計顯示,自2012年以來,士蘭微研發(fā)費(fèi)用已連續(xù)6年增長,研發(fā)費(fèi)用占營收比重約9.8-14.9%。其中,公司2018年研發(fā)費(fèi)用3.14億元,占營業(yè)費(fèi)用比例為10.37%。年報數(shù)據(jù)顯示,2018年,士蘭微新增專利申請數(shù)為89項,新增專利數(shù)為136項。截至2018年底,公司累計專利數(shù)為957項。
在制造工藝方面,士蘭微已持續(xù)加大IGBT產(chǎn)品方面的投入,一方面在8英寸和12英寸芯片生產(chǎn)線上,不斷提升IGBT產(chǎn)品的工藝和設(shè)計水平,提升產(chǎn)品的品質(zhì)和性能,同時也會在IGBT產(chǎn)品的模塊封測業(yè)務(wù)上保持投入和發(fā)展,力爭持續(xù)保持IGBT產(chǎn)品的業(yè)內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)勢。
士蘭微電子杭州錢塘新區(qū)(下沙)制造基地
據(jù)介紹,士蘭微電子的IDM模式整合了從芯片設(shè)計、芯片工藝開發(fā)到模塊封裝的三大領(lǐng)域,同時,針對新能源汽車的應(yīng)用模塊,可以很好的進(jìn)行質(zhì)量管控以及技術(shù)迭代,快速響應(yīng)市場需求。
在此基礎(chǔ)之上,目前,士蘭微的IGBT器件已經(jīng)推進(jìn)到第五代Field-Stop工藝,采用了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的Narrow mesa元胞設(shè)計,將器件的功率密度較上一代產(chǎn)品提升了30%,最大單芯片電流提升至270A。
此外,士蘭微IGBT Modules憑借其IDM模式,充分發(fā)揮生產(chǎn)、制造、封裝一體化的優(yōu)勢,并結(jié)合行業(yè)評價標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品一經(jīng)推出就受到業(yè)內(nèi)認(rèn)可,現(xiàn)量產(chǎn)銷售市場包括變頻器、感應(yīng)加熱、電焊機(jī)等。
其中士蘭EV Modules采用的是國際先進(jìn)封裝工藝和低損耗芯片技術(shù),該系列產(chǎn)品已通過汽車級可靠性試驗,并取得諸多知名汽車廠商的認(rèn)可。
可以說,正是士蘭微在研發(fā)和制造方面積累的經(jīng)驗,保證了其在IGBT市場的優(yōu)勢,這樣不僅僅能夠保證產(chǎn)品針對不同市場和應(yīng)用的需求提供穩(wěn)定質(zhì)量和優(yōu)異性能的產(chǎn)品,同時能夠控制成本,保證供貨,從而能讓產(chǎn)品在價格、供貨以及技術(shù)支持方面有著一定的優(yōu)勢。
差異化發(fā)展,補(bǔ)足市場需求短板
縱觀當(dāng)前的新能源汽車市場,新能源與智能化的發(fā)展趨勢火熱,我國新能源汽車用IGBT未來市場規(guī)模將有望達(dá)到百億級,全球市場就更是巨大。
而由于IGBT產(chǎn)品主要集中在幾家國外廠商手中,這就很難滿足全球市場對于IGBT的需求,以及不同應(yīng)用所提出的定制化要求。在這種情況之下,很多國內(nèi)廠商也都開始尋找國內(nèi)的供應(yīng)鏈。
全球范圍內(nèi)IGBT供貨周期的延長就是一個很好的例子,而隨著電動汽車等新興市場的爆發(fā),未來,這種供不應(yīng)求的情況將會愈加明顯。
而一個優(yōu)質(zhì)的國內(nèi)IGBT廠商將能夠很好的解決市場需求的短板。在士蘭微看來,自身的制造優(yōu)勢能夠極大的滿足市場的需求。
比如,士蘭微面向新能源汽車應(yīng)用開發(fā)了使用槽柵FS-IV/V工藝IGBT芯片的EV系列模塊,其可靠性完全符合最新的AQG-324標(biāo)準(zhǔn)。其中B1封裝針對物流車;B2和B3封裝針對乘用車;B4封裝針對電動大巴。
Silan 400A 650V(B1)
Silan 820A 750V(B3)
Silan 600A 650V (B4)
Silan 160A 650V (TO-247P)
不僅如此,士蘭微的槽柵FS-V工藝也臻于成熟,它進(jìn)一步優(yōu)化了IGBT芯片的元胞設(shè)計,在提升電流密度的同時大幅降低其密勒電容,采用此款芯片的B3封裝雖然有比B2封裝更高的功率密度,表現(xiàn)卻能更勝一籌,從而滿足乘用車希望模塊更加緊湊的需求。
除此之外,士蘭微由于靠近中國市場,更加貼近客戶,就更能夠全方面了解不同市場的客戶需求,在把標(biāo)準(zhǔn)品做大做強(qiáng)的同時還可以針對性的提供差異化的產(chǎn)品,為終端制造商提供一站式服務(wù),建立了長期的客戶資源優(yōu)勢。
據(jù)士蘭微半年度報顯示,2019 年上半年,士蘭微8英寸芯片生產(chǎn)線總計產(chǎn)出芯片 17.6 萬片,比去年同期增加 74.25%,并且已有大功率 IGBT、高壓集成電路、高壓超結(jié) MOS 管、高密度低壓溝槽柵 MOS 管、TRENCH 肖特基管等多個產(chǎn)品導(dǎo)入量產(chǎn)。2019 年下半年,士蘭微將進(jìn)一步加大對8英寸芯片生產(chǎn)線的投入,提高芯片產(chǎn)出能力。
按照此前工信部、國家發(fā)改委、科技部聯(lián)合發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》,2020年年和2025年,中國新能源汽車的年產(chǎn)量將分別達(dá)到200萬輛和700萬輛。由此預(yù)測,2018-2020年和2020-2025年間,中國新能源汽車的增速將分別達(dá)到40%和28.47%。
在這樣的大背景下,主要依賴進(jìn)口的中國,IGBT的缺貨情況或?qū)⑤^全球市場更甚。而這對于國內(nèi)的IGBT廠商而言將會是巨大的機(jī)遇!
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