今天小編分享的汽車經驗:從高鐵到汽車,IGBT被卡脖子的15年,歡迎閱讀。
文 | 翟芳雪
編輯 | 李皙寅
IGBT 被譽為電力世界的鑰匙,新能源汽車的 "CPU",如今正面臨卡脖子難題,為了自主可控,無數企業在攻堅克難。
在此間,出行一客(ID: carcaijing)看到一個特别的身影——株洲中車時代半導體有限公司(下稱,中車時代半導體)。誰曾想,如今的 " 新四大發明 " 中的高鐵,也曾面臨 IGBT 的卡脖子困擾。當年,中車時代半導體在合适的時間,選擇合适的企業,完成了收購吸收。從滿足國產需求,到開始向全球輸出產品,奪取市場份額。
如今,海外政策對半導體設備的限制也越來越嚴,有些手續也越來越麻煩。越來越多的關鍵設備的引入和使用受到較大影響。這對于產業鏈結構不完整的中國半導體企業,尤其是 Fabless 模式(無晶圓廠)的企業而言,無疑像懸在頭頂的達摩克利斯之劍。
" 脖子 " 被卡也不是一次兩次了。在中車時代半導體副總經理顏骥眼裡,即便挑戰不小,但仍顯得有些風淡雲輕,他對出行一客(ID: carcaijing)表示,在一路歷經的坎坷中,這樣的事情遇見的多了。每次都在不同的地方卡,一直卡到現在,要說最艱難的是,還是十五年前從零開始的時刻……
01
IGBT 是什麼?
2008 年,自中車時代半導體收購英國功率半導體廠商丹尼克斯(Dynex)的那一刻開始,中國高鐵 IGBT 芯片被國外廠商 " 卡脖子 " 的狀況,正式進入倒計時。
什麼是 IGBT 芯片?IGBT 的中文全稱是絕緣栅雙極型晶體管,從工作原理來講,IGBT 可以簡單理解為一個類似開關、轉換交流電和直流電的裝置。從應用場景來講,作為電力電子重要大功率主流器件之一,IGBT 已經廣泛應用于家用電器、交通運輸、電力工程、可再生能源和智能電網等領網域。尤其對于發展如日中天的新能源汽車而言,IGBT 更是 "CPU" 一般的存在。
IGBT 被譽為電力世界的鑰匙,研發和生產難度極高,這項技術也一直被日本、德國等發達國家所壟斷。可是 IGBT 對高鐵十分重要,直接決定了高鐵的起步制動速度、運行時速的調整和能源利用的效率高低。
沒有掌握核心技術,中國制造要使用 IGBT 芯片只能靠引進。單論高鐵的需求,我國每年就需要進口約 10 萬個 IGBT 芯片,一年進口額為 12 億元。中國從西門子進口的高鐵列車,一列就要 2.5 億人民币。而中車時代半導體收購 Dynex,交易金額只有約 1672 萬加元(約 1.09 億人民币)。
" 這是一次難得的收購機遇 ",一位分析人士對出行一客(ID: carcaijing)分析稱,當時剛上全球金融危機,打開了一個并購的視窗期;Dynex 是業内的老牌企業,雖然從量上看不是頭部,但底子特别扎實,中車可以通過收購了解相關技術發展的底層邏輯。
關于 Dynex 為什麼選擇中車,顏骥對出行一客(ID: carcaijing)解釋:" 收購 Dynex 是要看它願不願意的,它也可以賣給别的買家。其實這是單純行業金融基礎的一個問題,這個問題其實很真實,就是芯片一般跟電力結合才能長久的發展,否則它沒有前景和方向。"
Dynex 本身具備 6 英寸 IGBT 生產線,收購 Dynex 後,中車是否要急于突破技術,是一個在内部有争議的問題。" 不能總是追趕别人,我們要超越。" 中車時代半導體研究所董事長丁榮軍決定,要基于 Dynex 的技術,充分吸收 IGBT 的創新發展成果,更新建設 8 英寸 IGBT 生產線。
2014 年,中車時代半導體自主研制的 8 英寸 IGBT 芯片成功下線,這才讓人們看到了中國在高壓 IGBT 的可能性,從此國產 IGBT 芯片支持的電壓範圍為 650V~6500V 全覆蓋。
所謂高壓的範圍大致是 2500~6500V,主要用于軌道牽引(高鐵、動車組)、電網、大型工業裝備等,而高壓 IGBT 全球最大的供應商是日本三菱電機。
中車時代半導體的 8 英寸 IGBT 生產線完備後,在價格戰中逐漸搶奪外國廠商市場份額。從 2014 年至 2016 年,中車時代半導體的大功率半導體的中國市場市占率從 0 升至 60%,獲取了國内市場大部分訂單。此後,中車時代半導體布局海外,在印度、馬來西亞、俄羅斯等市場均有嘗試。
02
從高鐵到汽車,中車再次入局
在高鐵建設告一段落,新能源汽車站在風口之際,中車時代半導體果斷切分出子公司——時代電氣,從而更好地切入車規級 IGBT 市場。
顏骥在第 13 屆中國汽車論壇中的演講提到,到 2027 年,新能源汽車的滲透率将會超過 50%。IGBT 是新能源汽車裝置核心器件,尤其在電驅方面的技術門檻比較高。新能源汽車在 130KW 以上的電驅應用逐步會成為主流,對大功率器件的需求将會比較旺盛。
顏骥表示,中車時代半導體以前對應用于軌道交通以及電網的高壓 IGBT 投入較大,2017 年進入汽車領網域後快速發展,第二條產線建設完全基于汽車產品,去年年底在這一領網域又投資 111 個億,在株洲和宜興兩地全面擴展中低壓的功率半導體芯片產業。
關于這部分的產品開發,顏骥認為,主要還是構建底層的能力、平台能力、分層分級、持續創新。中車目前的重心還是最基礎的技術,因為往後做芯片是以創新為主,以前都是向國外瞄準,但現在更多是要實現突破。
在出行一客(ID: carcaijing)的訪談中,顏骥補充道:" 我們原來是研究所,所以技術創新的想法一直存在,底層技術是要自己做的。可以這樣講,今天是汽車的軌道,而軌道交通這一塊的傳統技術,我們是可以實現的。"
近年來,第三代半導體材料碳化矽(SiC)成為冉冉升起的新星。SiC 能夠有效提高系統效率、降低能耗、減小系統裝置體積與重量、提高系統可靠性,可使高速列車電力轉換損耗降低 30% 至 50%。缺點則在于成本較高,同等級别的 SiC MOSFET 芯片,其成本是矽基 IGBT 的 8-12 倍。
顏骥介紹,中車已經推出了 M、L 和 S 系列產品,覆蓋 30 千瓦到 360 千瓦的功率等級。S 系列的模塊是标準的封裝結構,能夠匹配目前主流市場的需求。L 的模塊就是平面轉模,比較适用于大功率段,并且可以兼容碳化矽和矽基 IGBT。碳化矽面向了未來新能源汽車的發展需求,中車在株洲的基地,之後的重點就是碳化矽的芯片建設。
03
提高國產率:完善產業鏈
盡管中車的 IGBT 技術已經達到國際領先水平,但我國半導體原材料仍然會被國外 " 卡脖子 "。顏骥在演講中提到,目前大部分原材料還是集中在日本、歐洲、美國等西方國家。特别是一些關鍵的原材料,像高阻的矽單晶、高性能的光刻膠以及高純的靶材等,還有封裝需要的鋁碳化矽基板、氮化鋁襯板、氮化矽襯板,矽凝膠、焊片等等。
此外,國外的一些政策對半導體設備的限制也越來越嚴,有些手續也越來越麻煩。光刻機、離子注入、封裝方面鍵合機、測試設備等部分都受到比較大的影響。這對于產業鏈結構不完整的中國半導體企業,尤其是 Fabless 模式(無晶圓廠)的企業而言,無疑像懸在頭頂的達摩克利斯之劍。
" 脖子 " 被卡也不是一次兩次了。顏骥對出行一客(ID: carcaijing)表示:" 我們一路歷經的坎坷中,這樣的事情遇見的多了。每次都在不同的地方卡,一直卡到現在,但也比不過最初那個時候。"
在新冠疫情時期,如斯達半導這樣的 Fabless 模式企業,由于產業鏈不完整風險較大,失去了理想、小鵬等眾多客戶,而這些客戶投入了中車的懷抱。顏骥介紹,中車是 IDM 模式(有晶圓廠),芯片和模塊作為中遊產業可以有效帶動上遊的原材料和下遊設備廠商的發展,并且中車願意跟友商一起協同資源,通過技術創新來促進上下遊的應用推廣,也希望有更多的機會支持國產化的芯片。
中車現在目前已經形成了基礎材料、功率芯片、傳感芯片、汽車三電系統以及新能源整車的完整布局,希望能夠推動產業鏈上下遊的協同發展,快速提升國產化的比率。
在協同行業資源上,2014 年,中車牽頭成立了功率半導體這方面的聯盟,聯盟覆蓋了半導體的專用材料、設備、芯片、器件模塊、裝置以及系統應用全產業鏈部門。2018 年,中車成立了湖南省功率半導體創新中心,類似于 " 公司 + 聯盟 " 方式運營模式,囊括材料、工藝、應用等功率半導體全產業鏈。
顏骥呼籲,要加強汽車功率半導體產業鏈建設,為打好汽車芯片為代表的 " 產業基礎高級化、產業鏈現代化攻堅戰 ",以行業協會、學會做樞紐,協同汽車行業上下遊企業重點發展產業鏈前端比較薄弱環節,打造完整的產業鏈,培育產業生态發展以支撐自主技術的創新迭代,構建協同發展的汽車功率半導體產業鏈生态圈。
the end
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