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它是高铁和新能源汽车的大脑 被美日垄断 中国厂商正赶超

2023-12-11 产品中心

  IGBT作为电能变换的核心部件,是现代科学、工业和国防的重要核心技术,是功率变流装置的“CPU”。它大范围的应用于日常消费品、工业制造、电力输配、交通运输、航空航天、可再次生产的能源及军工等重点领域。只要涉及用电的地方,就离不开以功率半导体为核心的电力电子技术的应用,被誉为“中国芯”。

  近几年中国IGBT产业在国家政策及重点项目的推动及市场牵引下得到迅速发展,已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整产业链,IGBT国产化的进程加快,有望摆脱进口依赖。

  IGBT的特性使其非常适用于轨道交通、智能电网、电动汽车与新能源等战略性新兴起的产业的应用。轨道交通对IGBT的需求主要是高压系列,应用在高铁、干线机车等。高铁等轨道交通使用的IGBT模块, 电力机车通常要500个IGBT模块,动车组需要超过100个IGBT模块,一节地铁需要50-80个IGBT模块。这些高压应用领域市场容量还比较有限的,而中低压方面将支撑起未来IGBT的大发展。

  电动汽车正出现爆发式增长。IGBT模块是新能源汽车 电控系统和直流充电桩的核心器件,成本占到新能源整车成本的10%, 占到充电桩成本的20%。未来几年是新能源汽车及充电桩市场将进入爆发期, IGBT作为其核心器件也将迎来黄金发展期。另外,在风电、太阳能等新能源方面也有较大需求,预计每年风力发电领域大概需要32万只IGBT模块。

  中国是世界最大的功率半导体市场, 占世界市场的50%以上,但中高端MOSFET及IGBT做为功率半导体主流器件,基本被国外厂商垄断。欧美和日本企业凭借着产品质量好、技术领先,在IGBT市场中占据非常大的优势地位,也是中国IGBT市场的主要供应商。

  据调研机构IHS于2016年公布的报告,英飞凌(Infineon)以独占全球24.5%的份额高居榜首,日本三菱电机(Mitsubishi)则以24.4%的全球份额位列第二,另一日系大厂富士电机(FujiElectric)以12.2%的占有率夺得季军。

  英飞凌IGBT模块在中国工业应用领域的市场占有率遥居第一位。其中,通用变频器超过55%,中高压变频器超过80%,逆变电焊机超过50%,感应加热超过80%,运输领域超过70%。富士电机的IGBT几乎占领了全日本的电动汽车领域。

  国内的功率半导体技术包括芯片设计、制造和模块封装技术目前均处于起步阶段。功率半导体芯片技术探讨研究一般采取“设计+代工”模式,即由设计企业提出芯片设计的具体方案,由国内的一些集成电路公司代工生产。

  近几年中国IGBT产业在国家政策及重点项目的推动及市场牵引下得到迅速发展,已形成了IDM模式和代工模式的IGBT完整产业链。

  我国在IGBT产业链上从设计、芯片、分立元件到模组的主要厂商。设计有比亚迪、中科院微电子所、中车株洲时代电气等;芯片有比亚迪、中车株洲时代电气、华虹宏力、上海先进半导体等;分立元件有华微电子、江阴长电、江苏宏微等;模组厂有南京银茂微电子、科达半导体、嘉兴斯达半导体等。

  而目前国内能够量产高压大功率IGBT芯片并用于车辆生产的企业仅有两家,就是中车株洲时代及比亚迪,它们在国产IGBT打破国外垄断,填补国内空白上做出了杰出贡献,取得了傲人的成绩。

  20世纪90年代,受轨道交通应用需求的强力牵引,IGBT技术与性能得到了快速的提升。当时,IGBT产品主要是依靠进口,价格完全由卖方说了算,一片IGBT的价格折合人民币一万五千块钱,而且只卖成品,这样的技术是用多少钱都无法买到的。一个8列标准动车组就需要152个IGBT芯片,光这个芯片的成本就高达将近两百万元,每年中国高铁制造需要向国外采购十万个以上IGBT模块,采购资金超过12亿元人民币。

  在此情况下,中国中车旗下子公司株洲所通过并购整合、自主研发创新,逐步实现了功率半导体芯片-器件-装置-系统的完整产业链,2014年6月,经过6年的不懈努力,由我国自主研制具有完全知识产权的8英寸IGBT芯片成功下线,预示着高铁拥有了第一颗“中国心”。通过近几年的发展,中国中车IGBT已经应用到智能电脑、新能源汽车等多个领域。

  如今,中国自主研发的IGBT芯片,不仅成功应用在中国标准动车组“复兴号”上,还多次走出国门,出口印度、马来西亚等国家。

  而在新能源汽车方面,比亚迪在2006年就启动了IGBT的相关项目。通过与世界知名的欧洲芯片厂商和模组供应商合作,先从相对容易封装入手,之后再在深圳建立了国内首条车用IGBT模块生产线。再通过升级收购来的宁波中纬产线,打造芯片研发的工艺平台,在比亚迪人的攻坚下,终于在2009年6月拿出了比亚迪自身的1200V IGBT芯片样片。

  经过多年的充分验证,比亚迪IGBT已全面应用于新能源乘用车和电动客车的电驱动系统,车用IGBT模块累计装车数在国内排名第一。此外,比亚迪IGBT模块还大范围的应用于包括工业电器设备、家电、轨道交通、太阳能逆变等行业在内的各类电力电子设备中。

  “核心技术靠化缘是要不来的”,中国IGBT芯片厂商应坚持自主创新、自力更生,并带动我国半导体产业链上、下游技术与产业的一起发展,众志成城,齐心协力为解决我们泱泱大国“缺芯”局面不懈努力,为我国各领域产业高质量发展注入强“芯”剂。返回搜狐,查看更加多

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