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【数读】打破IGBT枷锁 ,解除中国汽车真正的“紧箍咒”

【数读】打破IGBT枷锁 ,解除中国汽车真正的“紧箍咒”

导读

 

终有一天,我们会将“卡脖子”的枷锁全部击碎。工业之独立,在于供应链之独立;工业之强大,在于核心零部件无须假手于人。卷甲倍道,钳马衔枚,我们等待着完全胜利的那一天。

或许,不少读者对于IGBT还有些陌生。作类比的话,IGBT相当于电控系统中的CPU。

汽车离不开电控系统,电控系统离不开IGBT,但就是这么一个小玩意,一度依赖于对外进口。

正如脖子上的一道枷锁,平常可以“你好我也好”,但到了非常时期,冷不丁会被忽然勒紧。供应链的安全性一定会放在第一位。

值得欣慰的是,目前国内一些自主企业,正在加速推进IGBT国产化,“枷锁困境”正在被打破。

【数读】打破IGBT枷锁 ,解除中国汽车真正的“紧箍咒”

今年4月,总投资10亿元的长沙比亚迪IGBT项目正式开工。据悉该项目落地之后,可以年产25万片8英寸晶圆,解决电子核心部件“卡脖子”的问题。

5月,中车时代在赣州经开区兴建IGBT项目,一期计划投资80亿元,实现年产50万片IGBT的建设项目。

6月,天毅半导体IGBT项目落户绍兴,投资5亿元,计划建设IGBT、MOSFE模块、IPM模块一体机、变频一体机等电子产品的设计、研发和生产制造基地。

另有报道称,从去年11月开始,华为已开始低调研发IGBT部件,希望在英飞凌、三菱电机的巨头垄断中尽快破局。

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IGBT到底是什么?

IGBT是4个单词的首字母缩写,全称为“Insulated Gate Bipolar Transistor”,翻译为“绝缘栅双极型晶体管”。

就功能而言,IGBT是一个电路开关,要么通,要么断。如果将模型简单化,IGBT有3个接口,其中2个是集电极、发射极,要接在强电电路上,另外1个是门极,接收弱电电路,作为控制电信号。

如果给门极一个高电平信号,在集电极和发射极之间,处于导通状态;如果是一个低电平信号,则处于断开状态。

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开关通断,究竟有什么用呢?

在新能源汽车上,IGBT实现了直流电和交流电之间的转换。车载电池存储的是直流电,但驱动电机一般需要交流电,这个时候,IGBT就成为关键部件了。

按照相关工程师的说法,IGBT的调节性能,直接决定了车辆的功率和扭矩输出,在用电效率上也起到了至关重要的作用。

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除了驱动电机,车载空调控制系统、转向助力系统等均需要用到IGBT部件。

在充电桩上,也有直流电与交流电的转换需求,IGBT不可缺少。

引用中投证券的一组数据:IGBT模块占电动汽车成本的10%,占充电桩成本的20%。

未来十年,电动化是大趋势,充电桩更是新基建项目之一。所以,我们完全可以预见IGBT的巨大效益产值,也更能感受到击碎枷锁的紧迫性。

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IGBT为什么那么难?

上文我们主要以新能源汽车举例。事实上,IGBT的应用领域非常广泛,比如3C数码、智能电网、轨道交通等。

而且,IGBT按照电压等级进行划分,一般来说,电压越高,IGBT的技术要求越高,生产门槛也越高。比如,高铁、智能电网等需要的IGBT模块电压为6500V以上,技术壁垒非常高,主要被英飞凌和三菱电机等公司所垄断。

其实,围绕着IGBT是一个长链条的产业结构,包括产品设计、芯片制造、封装测试、可靠性试验、系统应用等多个环节。所以,但凡投资,皆是以产业化基地的形式。

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在自研IGBT的道路上,我们需要攻克“设计门槛高、制造技术难、资金投入大”等问题。比如,IGBT每道生产工艺需要专门的设备,最开始必须找国外进口,但他们未必卖,大家查一查恶名远播的《瓦森纳协定》就知道了。

简单科普一下:在二战结束之后,美苏冷战开始,为了防止苏联阵营发展高端武器,1949年11月,以美国为首的,包括英国、法国、日本在内的17个国家在巴黎成立了“巴黎统筹委员会”,限制成员国向对方阵营出口军事武器装备、尖端技术产品和稀有物资等三大类产品。

冷战结束,这个协会其实也被解散了。但是,1996年,以西方社会为主的33个国家在维也纳签署了一份《瓦森纳协定》,与当年的巴黎统筹委员会如出一辙,禁运禁售,明显有意针对我们国家。毕竟,现在的俄罗斯也是《瓦森纳协定》的成员之一了。

所以,我们的半导体行业发展艰辛,这是卡在我们脖子上的“原罪枷锁”。

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在文章开头,我们提到了一批IGBT国产项目正在加速落地,这是振奋人心的好消息。从2019年新能源汽车用IGBT数量格局来看,属于国产势力的比亚迪排在第二,市占率达到了18.0%。

2018年年底,比亚迪曾发布过车规级IGBT 4.0技术,电压规格达到1200V,整体功耗降低20%,电流输出能力提升15%。这些数据摆出来,算是对国外技术壁垒的一次突围。

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斯达是另一支国产势力,2019年新能源汽车用IGBT数量为17129套,市占率为1.6%。同时,斯达在工业控制及电源行业、变频白色家电及其他行业均有IGBT业务的延伸,呈欣欣向荣之势。

不过,需要注意的是,目前国产IGBT仍在追赶国际同行的脚步。因为IGBT自身也在迭代更新,他们发展得早,迭代也会更快。以三菱电机为例,最新的IGBT技术已经超过第7代。

对照国际,比亚迪车规级IGBT 4.0技术属于第五代,斯达有第六代技术可以推出。

翻过一座山,仍有另外的山头要翻过去。

再往远了看,IGBT是当前的刚需,但并不是终点,下一个争夺的机会点在SiC(碳化硅),有望进一步提高能源转化效率。

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创业者,筚路蓝缕,真心不易,而能突破国际技术壁垒,更加值得赞誉。终有一天,我们会将“卡脖子”的枷锁全部击碎,真正地强大起来。

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