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2018年市場(chǎng)規(guī)模60億美元 國產(chǎn)IGBT產(chǎn)業(yè)化突破在即
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是由功率mosFET和雙極晶體管(BJT)復(fù)合而成的一種新型半導(dǎo)體器件，它集兩者的優(yōu)點(diǎn)于一體，具有輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、控制電路簡單、開關(guān)損耗小、速度快及工作頻率高等特點(diǎn)，成為目前最有應(yīng)用前景的電力半導(dǎo)體器件。在軌道交通、航空航天、新能源、智能電網(wǎng)、智能家電這些朝陽產(chǎn)業(yè)中，IGBT作為自動(dòng)控制和功率變換的核心部件，是必不可少的功率器件“核芯”。
電力電子行業(yè)里的“CPU”
IGBT(絕緣柵雙極晶體管)并不是一個(gè)新產(chǎn)品，日本東芝1985年就開始了抗閂鎖效應(yīng)的IGBT商業(yè)化生產(chǎn)，美國IR公司在 1988年推出了系列化的IGBT產(chǎn)品。由于它的開關(guān)速度快，且沒有傳輸效率損失，立刻就引起了業(yè)界的青睞。
近30年的發(fā)展，IGBT產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入第六代、第七代，電壓也從起初的上百伏做到了幾千伏。可是這個(gè)既“簡單”又“古老”的器件進(jìn)入我們的眼球，還源于近些年我國高速鐵路的發(fā)展。忽然間，我們發(fā)現(xiàn)可以造得了龐大的機(jī)車，卻做不了這個(gè)小小的器件。特別是用于軌道交通的高壓大功率IGBT，我們必須忍受10個(gè)月或更長的訂貨周期，去向歐洲公司訂貨。
這是什么東西，太不可思議了!我們的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展了30多年，集成度從微米級(jí)發(fā)展到了納米級(jí)，晶圓尺寸從3英寸做到了12英寸，可還是不得不回頭重新審視這個(gè)小小的分立器件。
其實(shí)，我們國家并不是不重視IGBT的開發(fā)，2006年出臺(tái)的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》就明確提出，功率器件及模塊技術(shù)、半導(dǎo)體功率器件技術(shù)是未來5-15年15個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的重要技術(shù)之一。“十一五”和“十二五”期間，國家也組織實(shí)施了眾多的IGBT研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，和28nm/16nm集成電路制造一樣，IGBT也被列為國家“02專項(xiàng)”的重點(diǎn)扶持項(xiàng)目。
一說起IGBT，半導(dǎo)體制造的人都以為不就是一個(gè)分立器件嘛，很有些瞧不上眼。然而它是目前功率電子器件里技術(shù)最先進(jìn)的產(chǎn)品，其應(yīng)用非常廣泛，小到電磁爐、大到飛機(jī)船舶、軌道交通、新能源汽車、智能電網(wǎng)等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，被稱為電力電子行業(yè)里的“CPU”。
長期以來，該產(chǎn)品一直被歐美及日本幾家公司(IDM)壟斷，包括德國英飛凌、瑞士ABB、美國飛兆以及日本三菱、東芝、富士等公司。這些公司不僅牢牢控制著市場(chǎng)，還在技術(shù)上擁有著大量的專利。與國外廠商相比，我國功率半導(dǎo)體器件在器件設(shè)計(jì)，工藝和生產(chǎn)制造技術(shù)方面都有較大差距。
海歸創(chuàng)業(yè)：出師不利身先卒
構(gòu)成本土IGBT市場(chǎng)需求的主體主要為智能電網(wǎng)、高鐵(軌道交通)、電機(jī)和家電這四大領(lǐng)域。中國在智能電網(wǎng)與高鐵建設(shè)領(lǐng)域擁有國際領(lǐng)先技術(shù)，但在其“核芯”IGBT的國產(chǎn)化方面卻很落后。
中國家電企業(yè)具備了一定的國際競(jìng)爭力，但在家電節(jié)能的“核芯”部件IGBT卻要依賴進(jìn)口。龐大的市場(chǎng)基礎(chǔ)與需求方對(duì) IGBT國產(chǎn)化的迫切需求共同推動(dòng)了中國本土IGBT 的國產(chǎn)化進(jìn)程。
借助政府支持的強(qiáng)大東風(fēng)，我們?cè)?jīng)有過一輪對(duì)IGBT的“沖擊”，這一輪的特點(diǎn)是企業(yè)(主要是民企)出錢、國家資助、海歸出技術(shù)。號(hào)稱“小IR”的一大批在IR(國際整流器公司)工作過的博士和研發(fā)人員回國，在各地組建了眾多以IGBT為專攻的創(chuàng)業(yè)公司。
但幾年下來這場(chǎng)“沖擊”戰(zhàn)可以用“悲壯”兩個(gè)字來形容，除了個(gè)別一開始就兼做模塊的公司仍在苦苦支撐外，都陷入了一場(chǎng)發(fā)起人與投資人的不信任怪圈，最后這些海歸都落了個(gè)不得不離開的尷尬局面。“鳳凰”未展屏、“科達(dá)”被轉(zhuǎn)行，高科技竟不如做鏡框、造橋的賺錢。在當(dāng)時(shí)被行業(yè)傳為“佳話”。(注：無錫鳳凰和山東科達(dá)是當(dāng)時(shí)兩家有代表性的民營海歸IGBT企業(yè)，投資的企業(yè)分別是鏡框和路橋企業(yè)。)
高鐵IGBT的新龍頭：南北車
南車北車現(xiàn)已合并為中國中車，但在IGBT的研發(fā)方面卻各有特色。北車在IGBT模塊封裝上與ABB技術(shù)合作，建設(shè)了一條世界一流的高功率模塊生產(chǎn)線，成為國內(nèi)第一個(gè)能夠封裝6500V大功率模塊及解決方案的提供商。為了研發(fā)自主“芯”收購了一家以海歸為背景的公司，并在不長時(shí)間內(nèi)取得突破，研發(fā)出3300V/50A的IGBT芯片，推出了裝有自主“芯”的IGBT封裝模塊。
南車則在一開始就齊頭并進(jìn)，海外收購擁有50年功率器件研發(fā)歷史的Dynex公司建立自己的IGBT芯片設(shè)計(jì)中心，總投資14億元建設(shè)國內(nèi)首條八英寸IGBT芯片生產(chǎn)線，除芯片生產(chǎn)線外，還建設(shè)9條滿足不同行業(yè)用的IGBT模塊生產(chǎn)線，這些產(chǎn)線開足馬力可年產(chǎn)12萬片8英寸IGBT芯片和100萬只IGBT模塊。
產(chǎn)品電壓等級(jí)從600伏到6500伏，足以滿足軌道交通以及電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、智能電網(wǎng)、高壓變頻、工業(yè)傳動(dòng)等多個(gè)行業(yè)需求，成為了中國首個(gè)大功率IGBT產(chǎn)業(yè)化基地。
這一波南北車的“聲東擊西”，可不可以看做是對(duì)IGBT的第二波戰(zhàn)役呢?這次戰(zhàn)役與海歸們的“創(chuàng)業(yè)”有很大的不同，他們是“集團(tuán)式”作戰(zhàn)，具有國家意志。因?yàn)榫推淠媳避嚨膶?shí)力，與那些海歸創(chuàng)業(yè)公司不可同日而語。
打游擊打不贏，集團(tuán)作戰(zhàn)能不能贏?兩家車企采用了不同的作戰(zhàn)策略，一家收購了英國設(shè)計(jì)企業(yè)Dynex，自己建立芯片模塊生產(chǎn)線，全產(chǎn)業(yè)鏈介入;一家收購國內(nèi)名不見經(jīng)傳的創(chuàng)業(yè)公司，聯(lián)合曾長期給英飛凌代工的ASMC“借船出海”。
相同的是，兩家都有巨大的應(yīng)用市場(chǎng)牽引，都是國內(nèi)機(jī)車行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，這種潛在的對(duì)高壓高功率半導(dǎo)體器件的需求，是兩家相繼追逐競(jìng)相進(jìn)入IGBT領(lǐng)域的主要推動(dòng)力。這種以市場(chǎng)應(yīng)用帶動(dòng)芯片研發(fā)的模式，也許能夠引領(lǐng)IGBT芯片實(shí)現(xiàn)真正產(chǎn)業(yè)化。可以說，未來的IGBT新龍頭企業(yè)非南北車莫屬。
新能源汽車IGBT：比亞迪與上海先進(jìn)結(jié)盟
比亞迪在2008年以1.71億元資金收購寧波中緯六英寸生產(chǎn)線，擬在打造其汽車電子功率半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)鏈，在當(dāng)時(shí)被看做是一場(chǎng)豪賭，現(xiàn)在看來這場(chǎng)豪賭更像是王傳福專攻汽車電子交的入場(chǎng)費(fèi)。
在這條線上先后流片600V、1200V IGBT芯片成功后，比亞迪轉(zhuǎn)手去和上海先進(jìn)(ASMC)建立戰(zhàn)略聯(lián)盟，聯(lián)手去占領(lǐng)IGBT的高端陣地。正如比亞迪微電子總經(jīng)理陳剛表示，“與上海先進(jìn)的攜手不僅是企業(yè)發(fā)展需要，更是對(duì)推動(dòng)IGBT國產(chǎn)化的擔(dān)當(dāng)。”
隨著比亞迪超過特斯拉成為全球最大的新能源汽車制造商，其對(duì)IGBT的需求日益增加。從整體市場(chǎng)來看，我國也已成為IGBT最大的消費(fèi)國，目前年需求量超過75億元，并以每年30%以上的速度增長。但是，國內(nèi)尚未形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和生產(chǎn)規(guī)模，廣泛應(yīng)用的大功率IGBT器件一半以上依賴進(jìn)口，在采購價(jià)格和交貨周期上都受制于外國公司，這也許是比亞迪進(jìn)軍IGBT市場(chǎng)的最大原因。
上海先進(jìn)在和比亞迪合作后的短短一年的時(shí)間里，就在1200V平臺(tái)上開發(fā)成功了2個(gè)產(chǎn)品。這2個(gè)產(chǎn)品都已正式進(jìn)入了比亞迪的供應(yīng)鏈。經(jīng)過二十多年來引進(jìn)和消化國外先進(jìn)技術(shù)的磨練，上海先進(jìn)在IGBT、汽車電子、MEMS等特定半導(dǎo)體制造工藝領(lǐng)域已經(jīng)處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。
同時(shí)，上海先進(jìn)是國內(nèi)首家獲得歐洲汽車電子VDA6.3(A級(jí))資質(zhì)的公司，也是國內(nèi)最大的汽車電子芯片制造商和生產(chǎn)IGBT芯片最多的公司，至今已累計(jì)生產(chǎn)IGBT芯片70多萬片。
IGBT產(chǎn)業(yè)化突破在即
根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole的報(bào)告顯示，全球IGBT市場(chǎng)規(guī)模在未來幾年時(shí)間將繼續(xù)保持穩(wěn)定的增長勢(shì)頭，市場(chǎng)規(guī)模至2018年將達(dá)到60億美元的數(shù)值。 在產(chǎn)品分布上，雖然600~900V的IGBT是目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，但伴隨著軌道交通、再生能源、工業(yè)控制等行業(yè)市場(chǎng)在近幾年內(nèi)的高速成長，對(duì)更高電壓應(yīng)用的IGBT產(chǎn)品(1200V~6500V)提出了強(qiáng)烈的需求。
在市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，國內(nèi)外公司紛紛加大對(duì)IGBT產(chǎn)業(yè)的投入。國外研發(fā)IGBT器件的公司其IGBT技術(shù)成熟，有大規(guī)模商品化生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，形成了完善的IGBT產(chǎn)品系列。其中，西門康、仙童等企業(yè)在1700V及以下電壓等級(jí)的消費(fèi)級(jí)IGBT領(lǐng)域處于優(yōu)勢(shì)地位， ABB、英飛凌、三菱在1700V-6500V電壓等級(jí)的工業(yè)級(jí)IGBT領(lǐng)域占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，3300V以上電壓等級(jí)的高壓IGBT技術(shù)更是被英飛凌、ABB、三菱三家公司所壟斷，它們代表著國際IGBT技術(shù)的最高水平。
我國受高鐵、新能源等領(lǐng)域的投資規(guī)模提振，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、本土化的IGBT產(chǎn)業(yè)鏈也在不斷完善，最近不時(shí)有IGBT芯片(從600V到6500V)研發(fā)成功的好消息傳來。
可以說，我們已經(jīng)走過了IGBT研發(fā)最困難的階段， IGBT產(chǎn)業(yè)化面臨最后的突破。是成功還是功虧一簣，考驗(yàn)的是我們的耐心。我們應(yīng)該清醒地意識(shí)到，IGBT芯片設(shè)計(jì)制造技術(shù)、IGBT模塊封裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)、IGBT模塊可靠性與失效分析技術(shù)、IGBT測(cè)試技術(shù)等IGBT產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)仍掌握在那幾家發(fā)達(dá)國家企業(yè)手中。我們必須迎頭剛上，必須有耐心一步一個(gè)腳印去追趕而不是超越，好大喜功、急功近利都是IGBT產(chǎn)業(yè)化的大敵。
我們有理由相信，IGBT的產(chǎn)業(yè)化到了一個(gè)關(guān)鍵發(fā)展期。經(jīng)過這些年國家對(duì)功率器件研發(fā)持續(xù)的投入和市場(chǎng)的培育，我們?cè)?span>IGBT研發(fā)方面已經(jīng)積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)， IGBT的產(chǎn)業(yè)鏈越來越健全，已經(jīng)朝IGBT產(chǎn)業(yè)化邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，IGBT產(chǎn)業(yè)化的腳步離我們?cè)絹碓浇?span>!