机支付、物联网的炒作火爆相比,功率半导体已经被投资者逐渐关注的概念,不过,随着相关个股的骚动,IGBT这样一个陌生的专业名词已经被投资者逐渐关注。随着对“IGBT”从陌生、了解到深入分析,我们发现,由于产业策的滞后和相关基础的薄弱,IGBT等新型功率半导体应用的爆性前景与IGBT国产化的惨淡现状形成了极为鲜明的对比。可以说,目前国内企业,特别是上市公司,在IGBT核心技术产品方面值得挖掘,炒“IGBT”不仅仅是在炒预期,而是其发展趋势和前景。
二、前景
低碳时代的热门词少不了“新能源”、“高铁”、“电动汽车”、“智能电网”,而这些产业或产品无一例外地依赖于功率半导体的应用,IGBT在目前阶段成为它们不可或缺的功率核“芯”。
1.风力发电
风力涡轮发电我国引进法国Alstom公司的 200 km/h
动车组中,主变流器的开关使用耐压高达6 500 V/600 A的IGBT器件,辅助变流器采用开关频率为1 950 Hz的PWM技术,由3台双IGBT和相关反并联二极管组成,每台双IGBT组成三相中的一相;上海轨道交通3号线车辆是其辅助系统由电压等级为330 V的IGBT构成2点式逆变器直接逆变;广州地铁1号线车辆上的辅助系统采用IGBT双重直-直变换器带高频变压器实现电气隔离;深圳地铁一期采用6个用作牵引逆变器的IGBT模块和2个用于制动斩波器的IGBT模块完成牵引逆变功能:天津滨海动车组主电路采用IGBT电压型三相直
一交逆变器,辅助电源的逆变器采用IGBT元件的逆变器,开关容量为3 300 V/800 A。
4.电动汽车
电动汽车最关键的瓶颈是电机驱动控制和充放电,这些更离不开由IGBT组成的逆变桥。北京理工大学、天津大学、中科院等机构都在研究电动车的样车、仿真车时都采用了英飞凌(Infenion)HybdPACK 的IGBT功率模块,适用于最大电池电压为450V且功率高达20kW的轻度混合动力汽车。这种模块以英飞凌(Infenion)领先的IGBT沟槽栅场截止技术为基础,可实现较低的开关损耗.HybdPACK 1经过专门设计,长期工作结为150℃,采用六管三相桥结构,额定值高达400A/600V。
5.智能电网
广义上讲,风电、光伏发电等都是智能电网电源侧的重要组成部分。在电网部分的高压直流输电、FACTS柔性输电技术,负荷侧的电机变频控制、智能家电产品、LED照明驱动等方面也对IGBT等功率半导体形成了大量的需求。
三、现状
目前IGBT主流厂家:为德国Infineon(英飞凌),瑞士ABB,美国飞兆(Fairchild),本三菱、FUJI等。欧美品牌的产品主要用在电力电子和通讯行业,而本的品牌主要用于电磁炉、变频空调、冰箱、洗衣机等家电类居多。近几年英飞凌的IGBT单管也在家电类产品中占有一席之地,而三菱的 IGBT模块在也开始大量应用于军工、电力电子等行业。
IGBT的产业化在我国还属空白。无论技术、设备还是人才,我国都处于全方位的落后状态。虽然国家在“八五”和“九五”期间分别立项支持了IGBT的研发和产业化,但是由于各种客观原因,这些攻关的成果只是做出了技术样品,而没能把技术样品变为工程产品并且实现产业化生产。很长时间以来,在半导体行业中有相当一部分人认为我们国家已掌握了0.15微米、8英寸的集成电路技术,IGBT的0.5微米、6英寸的技术应没有太大难度。事实上它们的差别在于:集成电路的技术难点在于拓扑结构及版图设计,其生产工艺较为规范化和标准化,只要版图设计好了,在一条常规的线宽合适的IC流水线上流片应不会有太大的问题;而IGBT正好相反,其设计技术相对而言不太复杂,但由于其大电流、高电压、高频和高可靠的要求,加工工艺十分特殊和复杂。目前,全国还没有一条较完备的 IC工艺线可以从头到尾完成IGBT的生产。另外,对于不同电压等级和频率范围的IGBT,其主要工艺也有较大差异,从而增加了IGBT生产的特殊性和复杂性。
我国的IGBT器件之所以没能最终实现产业化还有一个重要原因是缺少产业化的技术经验和人才。随着近几年来海归派回国创业,这一状况在某种程度上得到了改善。此外,国内高校和研究机构的兴趣大多转移到SiC和GaN宽禁带半导体器件及电源管理芯片方向,目前国内只有两三家高校及院所还在进行与IGBT器件相关的研发,并且主要限于计算机仿真研究。这就导致了我国在IGBT设计和研发方面的人才奇缺。
IC的电热学特点是电流小、电压低、对散热没有太高要求,因此,IC的工艺特点是浅结、薄膜和片厚。而IGBT正好相反,其特点是电流大、电压高和频率高,因此对散热的要求非常高,这样,就必然导致IGBT的工艺特点是结深、膜厚和片薄。另外,应用系统对IGBT器件的可靠性要求也很高。
IGBT 作为一种主流器件,在国际上已经发展到了商业化的第五代,而我国只有少数企业从事中小功率IGBT的封装,而且尚未形成规模化生产。我国在IGBT芯片的产业化以及大功率IGBT封装领域的技术更是一片空白。因此,探索更加积极、有效的模式,促成电子器件企业的技术融合、取长补短,实现IGBT的产业化,才能尽快填补我国基础工业中先进电力电子器件的空白
值得关注的是,不少海龟利用民间资本已经试水IGBT的国产化,主要代表有嘉兴斯达半导体的沈华、南京银茂微的庄伟东、无锡凤凰的屈志军、东营科达的陈智勇等。但绝大多数尚处于实验室阶段或为人代工封测,真正意义的国产IGBT产业才刚刚起步,海龟们更多的体会是创业的艰辛而非创新的喜悦。
国外公司在IGBT的产业化技术方面对我国还是实行严密的封锁策。这就严重制约了IGBT器件在我国的产业化发展。
四、策
微电子技术是对信号的处理和转换,可以提高人们的工作效率和生活质量;而电力电子是对电能的控制和变换,可以提高用电效率和改善用电质量,也是工业化和信息化融合的关键技术。集成电路和电力半导体器件在国民经济发展中地位同样重要,两者相辅相成。然而,同样重要的技术并没有得到同样的重视,国家在2000 年出台了18号文件,重点支持集成电路和软件技术的发展,没有将新型电力半导体器件列入其中。国家十一五重大专项中,新型电力半导体器件又未能进入支持目录。
针对IGBT产业,必须运用系统工程打造产业化体系。在设计领域,应重点利用海归技术人员所掌握的国际先进技术和国内部分高校和研究所的前期经验;在芯片制造领域,应充分利用国内已有的IC和分立器件生产线,补充必要的生产设备;在封装领域,应重点发展单管大尺寸封装(TO-220以上)、标准功率模块、智能化功率模块和用户定制功率模块;在测试领域,应发展新型器件的动静态特性测试、可靠性试验及失效分析手段;在原材料领域,应重点发展高阻外延单晶、区熔单晶和磁场直拉单晶;在设备领域,应重点发展大面积减薄、微细刻蚀、大束流离子注入等设备;针对应用特性,应重点研究器件和电路接口方面的技术问题,如驱动和保护电路的设计等;针对人才培养,短期可以从国外引进一批有着丰富实践经验的高层次技术人才,长期则需要在国内高校培养新型电力半导体器件的设计和制造人才。
根据我国IGBT产业化的特点和需要,在产业化的进程中要给予相关策支持,如zf采购、财补贴、税收优惠、关税保护、国产化率考核、国产装备的风险补偿、大型节能减排项目示范工程等。不仅要对器件的研发给予重点支持,而且应在系统应用的源头利用策的杠杆来辅助,才会使国内的器件制造从弱势成长为强势。
标的
无论是智能电网还是物联网、手机支付,股市投资者的触角都比现实中普通公民要敏锐的多。当大多数股民已经对物联网津津乐道时,现实生活中的物联网还很少有人领会。IGBT概念同样如此。
前文分析已经阐明,目前中国IGBT的产业化还是空白,核心技术及主流市场被国外厂商垄断,IGBT的国产化存在不确定性。但正因为如此,找寻国内上市公司涉足IGBT的蛛丝马迹才更有yh性。
大功率 IGBT 国产将提升家电企业试用国产化IGBT 的积极性。而中国IGBT 企业技术成熟与产品良品率提升也将推动家电领域IGBT 国产化进程,毕竟中国家电企业对IGBT 国产化需求迫切!因此,目前是投资中国 IGBT 行业最佳时机,在所有本土企业中,最先实现技术突破的企业分别是南车时代电气、比亚迪、华微电子、科达股份与中环股份。我们继续推荐长电科技,并关注科达股份、台基股份;
IGBT 国产化已经临门一脚。我们再次建议投资者不要把注意力过多关注在IGBT 量产时间上,因为IGBT 的国产化不仅是技术突破问题,还需要与客户进行磨合,并非一蹴而就,特别是目前IGBT 市场几乎为国外企业垄断背景下。但IGBT 的进口替代指可待,在高铁与智能电网领域,今年下半年就有望实现量产突破;而家电节能领域的量产突破或将在2011 年实现。建议投资立足点在“谁是中国IGBT 突破第一人!”。
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