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(chǎng)的崛起,市場(chǎng)規(guī)模與日俱增。
數(shù)據(jù)顯示,2010年,全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模僅為30.36億美元,到了2018年,增長(zhǎng)到58.26億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了9.8%。而在各大市場(chǎng)中,尤以中國(guó)市場(chǎng)的增速最快,高達(dá)18.2%。
這主要是歸因于中國(guó)軌道交通和電動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速增長(zhǎng),這兩大市場(chǎng)不僅對(duì)于IGBT市場(chǎng)有著極大的需求,也因?yàn)槠湫枨笳粩嗟耐七M(jìn)IGBT市場(chǎng)和技術(shù)的快速發(fā)展。
以電動(dòng)汽車市場(chǎng)為例,中國(guó)政府的大力扶持和市場(chǎng)的高接受度正推動(dòng)IGBT市場(chǎng)的發(fā)展,數(shù)據(jù)顯示,2011年,中國(guó)電動(dòng)汽車年銷量?jī)H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(chǎng)面臨的問題
這一數(shù)字意味著IGBT市場(chǎng)蘊(yùn)含著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ荌GBT市場(chǎng)依然存在著諸多問題。
其中,IGBT市場(chǎng)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(jì)數(shù)據(jù)顯示,2017年英飛凌占全球市場(chǎng)份額的27.1%、三菱市場(chǎng)占有率為16.4%、日本富士電機(jī)市場(chǎng)占有率為10.7%,2017年全球前五大生產(chǎn)商占據(jù)了市場(chǎng)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(chǎng)第一,2500V以上的高壓則主要由三菱提供,中國(guó)中車受益于高鐵對(duì)大功率IGBT的需求在4500V以上的產(chǎn)品上市場(chǎng)份額位列全球第五。整體來講,中國(guó)IGBT產(chǎn)業(yè)非常薄弱。
此外,在國(guó)內(nèi)市場(chǎng),中高端IGBT產(chǎn)能嚴(yán)重不足,長(zhǎng)期依賴國(guó)際巨頭,導(dǎo)致“一芯難求”。有業(yè)內(nèi)人士表示,國(guó)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(chǎng)上站穩(wěn)了腳跟,逐漸一款一款地研發(fā)芯片。
而對(duì)于絕大多數(shù)國(guó)內(nèi)廠商而言,在IGBT技術(shù)方面依然與國(guó)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(jì)難度高。IGBT雖然是一個(gè)開關(guān)器件,但涉及到的參數(shù)多達(dá)十幾個(gè),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(jì)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(xiàng)指標(biāo)。
但是這并不意味著國(guó)內(nèi)廠商就無法追趕上國(guó)外廠商,并不意味著中國(guó)的IGBT市場(chǎng)就無法實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。
如何解決國(guó)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(shì)。
士蘭微董事長(zhǎng)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(dòng)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(shí)也正是如此,自1997年成立以來,士蘭微就堅(jiān)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(zhǎng)為國(guó)內(nèi)數(shù)一數(shù)二的IGBT廠商。
比如在專利方面,WIND統(tǒng)計(jì)顯示,自2012年以來,士蘭微研發(fā)費(fèi)用已連續(xù)6年增長(zhǎng),研發(fā)費(fèi)用占營(yíng)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(yíng)業(yè)費(fèi)用比例為10.37%。年報(bào)數(shù)據(jù)顯示,2018年,士蘭微新增專利申請(qǐng)數(shù)為89項(xiàng),新增專利數(shù)為136項(xiàng)。截至2018年底,公司累計(jì)專利數(shù)為957項(xiàng)。
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(jì)水平,提升產(chǎn)品的品質(zhì)和性能,同時(shí)也會(huì)在IGBT產(chǎn)品的模塊封測(cè)業(yè)務(wù)上保持投入和發(fā)展,力爭(zhēng)持續(xù)保持IGBT產(chǎn)品的業(yè)內(nèi)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
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(jì)、芯片工藝開發(fā)到模塊封裝的三大領(lǐng)域,同時(shí),針對(duì)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(chǎng)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(jì),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(shì),并結(jié)合行業(yè)評(píng)價(jià)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(chǎng)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(guó)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(jí)可靠性試驗(yàn),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(yàn),保證了其在IGBT市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì),這樣不僅僅能夠保證產(chǎn)品針對(duì)不同市場(chǎng)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(shí)能夠控制成本,保證供貨,從而能讓產(chǎn)品在價(jià)格、供貨以及技術(shù)支持方面有著一定的優(yōu)勢(shì)。
差異化發(fā)展,補(bǔ)足市場(chǎng)需求短板
縱觀當(dāng)前的新能源汽車市場(chǎng),新能源與智能化的發(fā)展趨勢(shì)火熱,我國(guó)新能源汽車用IGBT未來市場(chǎng)規(guī)模將有望達(dá)到百億級(jí),全球市場(chǎng)就更是巨大。
而由于IGBT產(chǎn)品主要集中在幾家國(guó)外廠商手中,這就很難滿足全球市場(chǎng)對(duì)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(guó)內(nèi)廠商也都開始尋找國(guó)內(nèi)的供應(yīng)鏈。
全球范圍內(nèi)IGBT供貨周期的延長(zhǎng)就是一個(gè)很好的例子,而隨著電動(dòng)汽車等新興市場(chǎng)的爆發(fā),未來,這種供不應(yīng)求的情況將會(huì)愈加明顯。
而一個(gè)優(yōu)質(zhì)的國(guó)內(nèi)IGBT廠商將能夠很好的解決市場(chǎng)需求的短板。在士蘭微看來,自身的制造優(yōu)勢(shì)能夠極大的滿足市場(chǎng)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(duì)物流車;B2和B3封裝針對(duì)乘用車;B4封裝針對(duì)電動(dòng)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(jì),在提升電流密度的同時(shí)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(guó)市場(chǎng),更加貼近客戶,就更能夠全方面了解不同市場(chǎng)的客戶需求,在把標(biāo)準(zhǔn)品做大做強(qiáng)的同時(shí)還可以針對(duì)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(zhǎng)期的客戶資源優(yōu)勢(shì)。
據(jù)士蘭微半年度報(bào)顯示,2019 年上半年,士蘭微8英寸芯片生產(chǎn)線總計(jì)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(gè)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(duì)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(guó)家發(fā)改委、科技部聯(lián)合發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》,2020年年和2025年,中國(guó)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(cè),2018-2020年和2020-2025年間,中國(guó)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(guó),IGBT的缺貨情況或?qū)⑤^全球市場(chǎng)更甚。而這對(duì)于國(guó)內(nèi)的IGBT廠商而言將會(huì)是巨大的機(jī)遇!
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