На этой неделе новость о передовом массовом производстве IGBT-транзисторов в Китае привлекла большое внимание. 7 июля компания Zhixin Semiconductor начала массовое производство автомобильных IGBT-модулей. Это первый плодотворный результат стратегического сотрудничества между Dongfeng Corporation и CRRC по созданию компании Zhixin Semiconductor.

Согласно сообщениям, запущенный в производство на этот раз модуль IGBT обладает хорошим теплоотводом и устойчивостью к электромагнитным помехам, а также может соответствовать высоким требованиям к надежности автомобильной продукции. В результате у китайских компаний, занимающихся разработкой электромобилей, появилась еще одна возможность, что укрепляет местную цепочку поставок силовых полупроводников для автомобильной промышленности.

В последнее время не только компания Zhixin Semiconductor, но и в июне и начале июля, всего за месяц, неизменно появлялись новые китайские IGBT-чипы и модули, особенно в автомобильной промышленности, что свидетельствует о массовом всплеске интереса к этой продукции.

В июне компании Huahong и Star Semiconductor подписали соглашение о стратегическом сотрудничестве. Обе стороны совместно объявили о начале серийного производства разработанного ими высокопроизводительного 12-дюймового IGBT-чипа автомобильного класса, прохождении сертификации конечными производителями и широком проникновении на рынок силовых агрегатов, представленный автомобильными приложениями.

21 июня компания Silan Micro объявила о планах инвестировать через свою дочернюю компанию Chengdu Jijia Technology Co., Ltd. в строительство первой фазы проекта по созданию линии по производству силовых модулей и корпусов силовых интегральных схем автомобильного и промышленного класса. Общий объем инвестиций в проект составляет 758 миллионов юаней. Срок строительства проекта — 2 года, срок производства — также 2 года. После запуска в производство основной продукцией станут модули на основе IGBT-транзисторов.

23 июня компания Sunking Technology официально завершила строительство и ввела в эксплуатацию первую линию по производству IGBT-транзисторов, которая перешла в стадию опытного производства. Сообщается, что в рамках проекта по IGBT-транзисторам компания планирует построить 2 линии по обработке обратной стороны IGBT-чипов и 5 линий по упаковке и тестированию IGBT-модулей. После завершения строительства годовая производственная мощность достигнет 2 миллионов IGBT-модулей. Области применения IGBT-транзисторов будут охватывать средне- и низковольтные диапазоны от 600 В до 1700 В, ориентируясь на такие рынки, как электромобили, фотоэлектрическая ветроэнергетика и промышленное преобразование частоты.

5 июля компания Wingtech Technology объявила о приобретении всех акций британского производителя полупроводников Newport Wafer Fab через свою голландскую дочернюю компанию Nexperia. Компания Newport Wafer Fab была основана в 1982 году и в основном производит высокоэффективные силовые полупроводники для автомобилей. Nexperia является важным производителем автомобильных чипов и компонентов. Комментируя приобретение, председатель Wingtech Technology Чжан Сюэчжэн заявил, что добавление Newport эффективно расширит возможности Nexperia в области автомобильных IGBT, MOSFET, аналоговых и составных полупроводников.

Будь то открытие заводов, начало массового производства или слияния и поглощения, эти производители сосредотачиваются на рынке автомобильных IGBT-транзисторов, что отражает популярность этого рынка.

Высокий спрос на IGBT-транзисторы

В ближайшие несколько лет темпы роста продаж электромобилей, как ожидается, превысят 50%. Благодаря государственной поддержке и субсидиям, прогнозируется, что среднегодовой темп роста продаж новых электромобилей в мире и Китае достигнет 32%, что будет способствовать быстрому развитию соответствующих цепочек в полупроводниковой и электронной промышленности. Не секрет, что автомобили являются одной из трех движущих сил развития полупроводниковой промышленности (5G, Интернет вещей и автомобильная электроника считаются тремя основными двигателями, которые будут стимулировать развитие полупроводниковой промышленности в следующем этапе).

В автомобильной промышленности силовые полупроводники занимают второе место после микроконтроллеров, и их рыночная доля огромна.

Большая часть новых полупроводников, используемых в транспортных средствах на новых источниках энергии, приходится на силовые полупроводники. В традиционных автомобилях силовые полупроводники в основном используются в таких областях, как запуск двигателя, выработка электроэнергии и безопасность, составляя 20% от общего количества полупроводников в традиционных автомобилях. Стоимость одного такого автомобиля составляет приблизительно 60 долларов США.

Поскольку в электромобилях обычно используются высоковольтные цепи, при выдаче высокого напряжения от батареи требуется частое преобразование напряжения. В связи с этим значительно возрастает потребление преобразовательных цепей напряжения (DC-DC). Кроме того, требуется большое количество преобразователей постоянного тока в переменный, трансформаторов, преобразователей и т. д. Также значительно возрос спрос на полупроводниковые приборы, такие как IGBT, MOSFET и диоды. Все вышеперечисленное значительно увеличило потребность в силовых приборах для автомобильных электронных систем.

Согласно статистике McKinsey, стоимость полупроводников для электромобилей составляет 704 доллара США, что вдвое больше, чем 350 долларов США для традиционных автомобилей. При этом стоимость силовых устройств достигает 387 долларов США, что составляет 55%. В сравнении с традиционными автомобилями, стоимость новых полупроводников для электромобилей составляет приблизительно 269 долларов США, что составляет 76% от общей стоимости.

Процессы генерации и передачи энергии в электромобилях на новых источниках энергии существенно отличаются от процессов в бензиновых двигателях, требуя частого преобразования напряжения и преобразования постоянного тока в переменный. Кроме того, высокий спрос на дальность хода электромобилей привел к ужесточению требований к управлению питанием. Требования к дискретным силовым элементам, таким как IGBT, MOSFET и диоды, значительно выше, чем в традиционных автомобилях. Под влиянием автомобильного спроса IGBT-транзисторы будут демонстрировать взрывной рост.

Автомобильные силовые модули (в настоящее время наиболее распространены IGBT-транзисторы) определяют ключевые характеристики системы электропривода автомобиля и составляют более 40% стоимости инвертора двигателя, который является его основным компонентом.

На долю IGBT приходится примерно одна треть стоимости двигателя, а на долю двигателя приходится около 15-20% стоимости всего транспортного средства. Другими словами, на долю IGBT приходится 5-7% стоимости всего транспортного средства.

На техническом уровне чипы IGBT прошли ряд итеративных процессов, включая модернизацию от PT до NPT, а затем до FS, что позволило сделать чип тоньше, снизить тепловое сопротивление и улучшить Tj; внедрение IEGT, CSTBT и MPT позволило снизить Vce и ​​увеличить плотность мощности; благодаря оптимизации поверхностного металла и пассивирующего слоя, они могут соответствовать высоким требованиям надежности автомобилей.

В последние годы в конструкции IGBT-транзисторов происходят инновации, например, появились RC-IGBT-транзисторы и конструкции, объединяющие FWD-транзисторы и IGBT-транзисторы; кроме того, наблюдается функциональная интеграция, например, встраивание датчиков тока и температуры.

IGBT-транзисторы широко используются в системах управления автомобильными двигателями. В настоящее время для таких систем требуются десятки IGBT-транзисторов. В качестве примера возьмем Tesla: задний трехфазный асинхронный двигатель переменного тока использует 28 IGBT-транзисторов на фазу, что в сумме составляет 84 IGBT-транзистора. С учетом IGBT-транзисторов в других частях двигателя, Tesla использует в общей сложности 96 IGBT-транзисторов (два двигателя плюс 36 для переднего двигателя). При цене от 4 до 5 долларов США за единицу, стоимость IGBT-транзистора для двух двигателей составляет приблизительно 650 долларов США.

Несмотря на то, что SiC MOSFET более совершенен, чем IGBT, и обладает хорошим рыночным потенциалом (Tesla уже внедрила SiC MOSFET, и NIO также будет внедрять его в будущем), в настоящее время в силовых устройствах на основе SiC все еще существуют некоторые проблемы, которые проявляются в следующем: низкий выход годных изделий и высокая стоимость; множество дефектов на границе раздела SiC и SiO2, а также проблемы с долговременной надежностью затворного оксида; отсутствие данных о долговременной надежности SiC MOSFET.

Кроме того, SiC-устройства обладают низкой пропускной способностью по току, но при этом имеют высокую стоимость. Стоимость SiC MOSFET-чипов того же уровня в 8-12 раз выше, чем у кремниевых IGBT-транзисторов. С точки зрения энергопотребления, SiC MOSFET включается до кремниевого IGBT-транзистора, а затем выключается после него. IGBT-транзистор может обеспечить переключение при нулевом напряжении (ZVS), что значительно снижает потери.

В целом, электрические характеристики IGBT близки к 90% характеристик SiC MOSFET-чипов, а стоимость составляет 25% от стоимости SiC MOSFET. Поэтому гибридные коммутационные модули на основе SiC и кремния будут иметь большие перспективы на рынке, но потребуется время, чтобы устройства на основе чистого SiC получили широкое распространение в автомобильных силовых системах. IGBT по-прежнему остается основной силой на рынке.

Китайский рынок растет

Китай является одним из важнейших рынков для автомобилей на новых источниках энергии: на его продажи приходится более половины мирового объема продаж таких автомобилей.

На этом рыночном фоне крупные международные производители полупроводников установили стратегические партнерства с отечественными автопроизводителями. Например, в марте 2018 года SAIC и Infineon создали совместное предприятие — SAIC Infineon Semiconductor Company. Сообщается, что SAIC Infineon Semiconductor специализируется на производстве модулей IGBT, ориентированных на обслуживание SAIC и других отечественных производителей электромобилей, и планирует достичь годовой производственной мощности в 1 миллион комплектов.

Кроме того, компания Wingtech Technology приобрела контрольный пакет акций Nexperia, компании с обширными активами в области автомобильных силовых полупроводниковых приборов. Более 50% ее продукции используется в автомобильной промышленности. Согласно плану, Nexperia будет постепенно расширять производство в материковом Китае.

Сравнивая конкурентную среду в автомобильной полупроводниковой отрасли и историю развития зарубежных производителей, можно выделить два основных пути развития китайских отечественных производителей: первый — получение технологий и клиентских ресурсов путем приобретений в традиционной сфере производства микросхем; второй — разработка силовых полупроводников для электромобилей и микросхем для интеллектуальных автомобилей.

Электрификация не только привела к росту спроса на автомобильные полупроводники, но и открыла множество возможностей для отечественных производителей автомобильных полупроводников. В настоящее время все больше отечественных производителей начинают разрабатывать силовые полупроводники для электромобилей. К числу таких компаний относятся BYD, CRRC, Silan Microelectronics и упомянутые выше.

Однако китайский отечественный производитель силовых полупроводников для автомобильной промышленности по-прежнему относительно слаб и имеет сравнительно низкую долю рынка. В короткие сроки ему будет сложно установить реальные конкурентные отношения с крупными международными производителями, и ему необходимо продолжать расти.

Отказ от ответственности: Данная статья воспроизведена из издания "Semiconductor Industry Observation". Эта статья отражает только личное мнение автора и не представляет точку зрения компании Sacco Micro и отрасли в целом. Перепечатка и распространение предназначены исключительно для защиты прав интеллектуальной собственности. Пожалуйста, указывайте первоисточник и автора при перепечатке. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.

Номер телефона компании: +86-0755-83044319
Факс: +86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли

QQ: 332496225 Менеджер Цю

Адрес: Комната 809, корпус C, технологический корпус Чжаньтао, проспект Миньчжи, 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.