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一场关于IGBT国产替代的“战役”正在拉开帷幕
来源: 时代周报    时间:2019-12-11

 

 

如果将逻辑芯片比喻成人脑,解决计算、存储、学习的功能,那么功率半导体芯片负责的就是肌肉力量的控制和执行。

以IGBT为代表的功率半导体芯片是电能控制的核心,也是驱动现代社会的电气化装备发展和应用的关键器件。 小到白色家电,大到新能源汽车、新能源发电、智能电网,乃至智慧城市的运行,都离不开功率半导体芯片的支撑。 当我们放眼一条完整的从电能产生到电能最终应用的电力产业链时,功率半导体芯片在此过程中更类似于一名“厨师”的角色。 它负责将发电设备产生的电压和频率杂乱不一的电流“加工”成电压、频率统一的工频电,再将“加工好”的工频电“烹饪”成拥有不同电压、电流、频率等电能参数的“工况电”来满足各个用电终端的不同“口味”。 需要特别特别指出的是,这里提到的用电终端,并不是某一单一电器,而是电器中的各类终端功能。

可以说,当今世界一切跟发电、输电、用电有关的事情,都离不开功率半导体芯片。

社会工业领域的需求

功率半导体的应用领域非常广,作为典型的需求驱动型产业,虽然仍受到全球贸易不稳定等因素影响,但市场增幅仍将非常可观。 根据Yole数据显示,2017年全球功率半导体市场规模为327亿美元,预计到2022年这一数字将达到426亿美元,复合增长率为5.43%。 功率半导体每年的市场空间可以大致分为折旧带来的替换市场和社会电气化带来的新增市场,后者体量远大于前者。 而新增市场中又主要集中在清洁能源行业、新能源汽车行业和物联网行业,其中又以清洁能源行业和新能源汽车行业的可预见性更强。

由于社会电气化程度的加深合并及环境保护的需要,使得清洁能源发电对传统生物燃料发电的替代成为不可逆转和停滞的事实。 未来5-10年清洁能源领域占主导地位的仍将是光伏发电和风能发电。 相较于传统的煤炭发电,光伏和风力发电都在多个环节增加了功率半导体芯片的应用,并且是处于中高端产品线的IGBT。
功率半导体芯片在发电领域的应用示意图
2015-2020年全球、中国大陆光伏、风电市场分析(来源: 中国光伏行业协会、CWEA)自2017年后中国大陆风电、光伏功率模块市场规模增速低于全球水平,这与IGBT等主流器件进口受限相关。

新能源汽车是最快体现出对功率半导体需求增长的行业。 根据国际调研机构Strategy Analytics测算,纯电动汽车的半导体成本达到704美元,相对于传统汽车的350美元增加了1倍,其中功率器件成本为387美元,占比达到55%,占总增加成本的76%。 特斯拉(双电机全驱动版)共计使用了132个IGBT,总价值可达到650美元。

Strategy Analytics分析还表明,仅在新能源汽车领域微控制器和功率半导体将推动超过40%的收益需求,而到2021年中国的轻型汽车产量将带动20%的地区需求。 中国作为一个发展中的大国,对功率半导体芯片的整体需求已经占世界需求总量50%。 虽然近些年国内已有数家致力于IGBT芯片生产的企业,却均集中在中低端产品领域。 在中高端MOSFET及IGBT主流器件需求上,我国几乎全部依赖进口。

军备领域需求

国庆70周年阅兵的盛况尚在眼前,大家在欢呼各种新式武器亮相的时候可能并不知道,它们也需要大量高性能的IGBT芯片,而这些芯片同样是我国无法完全自主设计及规模化生产的。 针对IGBT的军备需求问题,记者采访了一位现役军备领域专家时对方表示: “当年某型号大型军舰下水的时候大家都欢呼雀跃,民族自豪感爆棚,但作为我们行业内部人开看还是很心酸的。 新型军舰上使用了数以十万计的高性能功率半导体芯片,基本上全部是进口的,主要是德国、日本和美国生产的芯片,其中以德国居首。 军舰只是个代表,我们航空航天、卫星通信无一例外都是在这类元器件上受制于人的。 尤其是航空航天领域,需要耐高温抗辐射的高可靠性功率半导体芯片。 我国的军工电子不算差,但在这个问题上还是受制于人,这其实是个威胁国家战略安全的问题。 ”在中美经贸摩擦的今天,美国的禁运威胁愈发严重,中国如果没有完全自主研发的高性能IGBT芯片,会产生‘牵一发而动全身’的被动后果,其经济和政治损失都不可估量。

作为一名拥有深厚的产业和技术背景的行业专家,张冬先生在2014年创办了丽晶美能(北京)电子技术有限公司。 他在接受记者采访时表示: “一只造价200元左右的IGBT芯片,在某些国家由于渠道封锁的缘故,黑市上可以炒到上万元,这就是弱渠道者的无奈。 中国拥有千亿级的市场,并且每年以8%-10%的速度增长着。 无论是从产业盈利的角度还是供应链安全的角度,都将吸引越来越多的企业和资本进驻。 ”这恐怕也是华为近期宣布将独立进行IGBT芯片研发的原因。

张冬先生也进一步坦言: “虽然国内的IGBT芯片行业尚属蓝海,也不乏运营得成功的企业,但是必须看到这个行业的卡位者们还有很长一段‘从高仿到原创’的路要走。