IGBT爆卖10KK!看这家国产功率器件厂商怎么做到的

来源:华强电子网 作者:Joey 时间:2023-07-03 15:39

IGBT 厂商

功率半导体作为电力电子装置中电能转换与电路控制的核心,能够实现变频、变相、变压、逆变等功能,在当前的大功率、大电流、高频高速等应用领域有着无法替代的关键作用。

最近,芯八哥“走进产业链”栏目记者采访了国内新兴的功率半导体厂商厦门芯达茂微电子有限公司(简称“芯达茂”)的CTO蔡铭进,探讨在新能源时代功率半导体快速发展的背景下,当前国内新锐厂商如何快速脱颖而出的成长之道。

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以工业场景作为切入点,IGBT年出货量已超千万颗

据了解,芯达茂成立于2018年,是一家专注于功率半导体的研发、设计和应用的新一代功率半导体企业。经过五年的产业化研发、量产改进及市场验证,公司已经向市场推出隔离式栅极驱动IC、IGBT单管/模块、SiC SBD/MOSFET等产品,广泛应用于电机控制、逆变器、UPS、新能源汽车、光伏逆变、工业电源、家电等领域。

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芯达茂产品主要应用场景及客户

资料来源:芯达茂

作为电力电子技术最具代表性的产品,IGBT是工业控制及自动化领域的核心元器件,能够根据工业装置中的信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等,以实现精准调控的目的,应用场景包括变频器、UPS电源、工业电源、逆变焊机、电磁感应加热等。从市场规模来看,根据集邦咨询数据,2021年全球工业控制IGBT市场规模约为150亿元,预计未来4年将保持在3%-5%的稳定增长,到2025年市场规模将达到170亿元。

作为当前芯达茂的主打产品,在IGBT领域公司已于2020年顺利完成IGBT单管和模块的量产。具体来看, 在IGBT单管品线上,芯达茂的IGBT产品电压以650V/1200V为主,电流覆盖5-100A;而在IGBT模块品线上,芯达茂的产品以1200V、15-600A为主,并且能够根据不同场景不同客户的需求,提供不同的封装形式。

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芯达茂IGBT模块系列产品

资料来源:芯达茂

蔡铭进表示:公司自主研发设计的IGBT系列产品,兼具高性能、高可靠度等优势,其中650V IGBT系列单管产品采用先进的微沟槽结构+场截止技术(Trench+FS),在提升芯片功率密度的同时,也能在开关频率和开关损耗上获得最佳平衡。而1200V IGBT系列单管产品采用晶圆元胞区和终端场板的特殊设计,具有高可靠性和电参数一致性优的特点,适用于工业变频器、伺服电机和UPS等领域。目前,在出货量上,IGBT单管系列产品可达300K/月,而IGBT模块出货量已达600K/月,主要客户包含厦门钨业、施耐德、科华技术、华联电子、爱维达、中航太克、普罗太克等。

业内周知,IPM模块将IGBT芯片、FRD芯片、驱动电路、保护电路、检测电路等集成在同一个模块内,通过调节输出交流电的幅值和频率控制电机的转速来实现变频,具有封装体积小、抗干扰能力强、应用便捷等优点,是当下非常具有发展前景的一个赛道。

尤其在变频家电领域,空调、冰箱、洗衣机等耗电较多的产品普遍具有节能、高效、降噪、智能控制的需求,因此对大功率IPM模块的需求量也在日益增长。根据产业在线的统计,2021年我国家用空调变频比例同比增加14%,对应增加4500万颗IPM模块,总量达2.5亿颗;冰箱变频增加2000万颗IGBT芯片需求,总量达1.2亿颗;而洗衣机的变频比例提升至45%,增加700万颗IPM需求,总量达3300万颗。

基于在IGBT领域深厚的技术积累,芯达茂研发出的IPM/PIM模块也已经在变频器、风机、水泵等家电领域批量应用。

蔡铭进指出:传统家电逐渐向变频化发展,不仅能够促进IPM市场的持续扩张,更能够给IGBT提供稳定的市场需求。芯达茂的IPM模块内置三相全桥高压栅极驱动和6个低损耗沟道栅-场截止IGBT。通过内部集成增强型滤波器,能够改善HVIC内部模块的输入/输出脉冲的一致性,有助于滤除尖峰干扰信号和窄脉冲;而公司的PIM模块采用沟槽结构的场截止技术(Trench+FS),内部集成整流、制动斩波器和温度传感器(NTC),即使在严酷的环境下,产品也具有稳定的一致性和高可靠性等特点。目前该系列产品已经在创维、长虹等知名客户中批量出货。随着市场推广力度的不断加大,预计这块销量未来将不断得到增长。

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芯达茂功率器件模块

资料来源:芯达茂

在IGBT领域取得一定的成功后,随着第三代半导体材料的兴起,芯达茂随即将目光转向到了具有禁带宽度更大(是硅的3倍)、热导率更高(是硅的4-5倍)、击穿电压更高(是硅的8-10倍)的碳化硅领域。

截止目前,芯达茂在碳化硅功率器件上已经研发出了一系列SiC SBD和SiC MOSFET产品。以SiC MOSFET为例,公司研发的650V RDS(ON)/Typ 30mΩ—60mΩ、1200V RDS(ON)/Typ 16mΩ—160mΩ、1700V RDS(ON)/Typ 650mΩ—1000mΩ等系列产品,具有栅极氧化层可靠性高、开关和导通损耗低、短路抗雪崩能力强等特点,已在DC-DC转换器、马达驱动、充电模块等领域实现小批量出货。

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芯达茂SiC MOSFET系列产品

资料来源:芯达茂

与硅IGBT器件相比,碳化硅器件具有耐高压、高速开关、低导通电阻、低损耗等众多优点,使得其在电动汽车、光伏和其他新能源产业应用上极有优势。不过,由于目前碳化硅功率器件技术和工艺尚不成熟,规模化应用整体较低,导致同等规格的SiC MOSFET的价格是IGBT的3-5倍左右,成本居高不下。我认为随着时间的推移和技术的进步,上述对碳化硅成本的不利因素将会日渐改善,其价格有望逐年下调。

蔡铭进说。

功率半导体景气度高企,芯达茂与时俱进将品线由工业向新能源汽车积极拓展

功率半导体是电力电子应用装备的基础和核心器件,几乎用于所有需要电能处理和转换的场景,下游应用领域广泛。近年来,随着新能源汽车、工业自动化、新能源发电、变频家电、轨道交通等新兴应用领域的兴起和快速发展,共同推动功率半导体市场空间持续增长。

根据Omdia的数据,2020年全球功率半导体市场规模达452亿美元,随着“双碳”政策的逐步推进,预计到2024年市场规模将达到522亿美元。中国市场方面,作为全球最大的功率半导体消费国,2020年中国功率半导体市场规模为172 亿美元,占全球市场的比例高达38%。Omdia预计,未来中国功率半导体将继续保持平稳增长,到2024年市场规模有望达到206亿美元。

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资料来源:Omdia

从竞争格局来看,2021年前十大功率半导体厂商为英飞凌、安森美、意法半导体、三菱电机、富士电机、东芝、威世、安世半导体、瑞萨、罗姆。其中,英飞凌以约20%左右的市占率排名第一,安森美紧随其后以9%的市占率排名第二,第3-10名市占率合计约30%,排名每年发生变化。

值得注意的是,功率器件前十企业中,有一半为日本企业,分别是三菱电机(第4)、富士电机(第5)、东芝(第6)、瑞萨(第9)、罗姆(第10),五家企业的营收在过去三年内大体保持在榜单总营收的32%~33%左右。而中国仅有安世半导体(闻泰科技)跻身前十之列,但整体市占率较小。

对于当前功率半导体的行业发展现状,蔡铭进表示:目前英飞凌、三菱电机、富士电机等国际大厂在功率半导体领域拥有技术及产能优势,占据了全球主要的高端市场。而我国虽然已在二极管、三极管、晶闸管等中低端功率器件上实现国产化,但是在IGBT、SiC MOSFET等对技术及工艺的复杂度要求较高的器件上,还较大程度依赖进口。芯达茂自成立以来,不断加大对IGBT等高端功率器件的研发投入,通过‘细分产品+性价比’的自主创新方式逐步形成了自身的竞争力,目前已在部分领域实现对国外大厂的进口替代,并获得了快速发展。

自2022年Q3以来,全球半导体市场由于经济下行、通胀上升、需求疲软等影响,正进入一轮库存调整的下行周期。不过,纵观功率半导体细分市场,由于下游光伏、储能、新能源汽车、工业等领域对IGBT、碳化硅、氮化镓等功率器件的需求仍然比较旺盛,所以整体来言行业面临的下行冲击非常有限。

具体来看,根据最新数据,2023年Q2英飞凌、安森美、意法半导体等功率器件大厂的IGBT交期保持在39-52周左右,并且货期和价格在2022年的基础上依然保持着相对稳定的趋势;而宽带隙Mosfet交期维持在42-52周左右,目前依然处于供不应求的局面。

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资料来源:富昌电子

在行业景气度持续高企的背景下,芯达茂将业务品线逐渐由工业市场向新能源汽车市场拓展,以加速公司的发展。

中国拥有全球最大的新能源汽车市场,近年来新能源汽车在销量大幅提升的同时,单车功率半导体价值量也从传统燃油车的71美元上升到550美元,这给功率半导体厂商带来了新的机遇。不过,该市场一直以来主要被国际巨头占据,国内自给率相对较低,因此存在的供需缺口较大。目前,在汽车领域,芯达茂正在进行600A-800A/1200V IGBT模块以及13mΩ/1200V碳化硅器件的研发,预计不久后就会投入市场。此外,为提高产品迭代速度,补齐委外代工模式的短板,公司也已经启动大功率模块封装生产线的建设,以为公司未来业绩的持续稳定增长进一步赋能。蔡铭进最后说。



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