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IGBT芯片崛起,中國半導體突圍!

新星誕生

1948年4月28日,伴隨著一聲啼叫,小巴利加在印度馬德拉斯降生,32年后,小巴利長成了老巴利,老巴利當時在美國GE任職,他將已有的BJT和MOSFET“疊”在了一塊,然后他就發明了IGBT。

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脫胎于BJT和MOSFET的IGBT繼承了“父母”的優良基因,取其精華取其糟粕,同時擁有BJT和MOSFET的優點,特別是在電流頻率轉換和設備節能減排方面IBGT具有巨大的優勢。

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IGBT雖集眾之所長,但在僅幾年后便遇“挫折”。1988年,因GE半導體部門在業內并非“數一數二”,IGBT相關技術隨同GE半導體部門被出賣。

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但是金子不管在什么地方,總會發光,它需要的——是時間。

蟄伏成長

一方面,GE出賣半導體業務的之后的這段時間里,世界經歷巨變。
1988年6月,美國氣象學家詹姆士·韓森于1988年6月在參眾兩院的聽證會上提出了全球變暖的概念,節能減排開始進入全人類的視野,成為全人類共同的議題。2015年12月12日195個國家在巴黎簽訂《巴黎協定》,以法律的形式團結在一起共同對抗日益嚴重的氣候變暖問題。2020年9月22日,中國在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提出中國將于2030年前碳達峰,2060年碳中和,新能源相關成為資本關注行業。
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在人類認識到氣候問題危及生存后,使用綠色能源替代傳統能源成為亟待實現的問題。在產能端,光伏發電和風能發電成為現階段替代傳統石化能源發電的可行方案;在用能端,使用電動車替代燃油車、使用變頻電器代替全頻電器,都能有效減少碳排放。
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而以上涉及幾個行業都與電相關,電流分為直流和交流,在以上的三個行業中,都需要把電流在直流和交流間進行轉化(并順帶對交流電頻率做調整),這個過程中,一個不可或缺的元器件便是IGBT。
另一方面,GE出賣半導體業務的之后的這段時間里,IGBT技術經歷巨變。
IGBT經歷了從原始的第一代到2018年出現的第七代的“歷練”。技術上從平面穿通型進化到第七代的精細溝槽柵場截止型;體型上從第一代的面積100線寬5進化成第七代的面積20線寬0.3;速度上從第一代的關斷時間0.5進化到第七代的關斷時間0.12;功耗上從第一代的100進化成第七代的25;耐壓上從第一代的600進化到第七代的7000。
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社會需要,本身實力夠強悍,至此,IGBT成為功率半導體領域當之無愧的弄潮兒。
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新能源發電需要用到IGBT模塊、電動汽車需要用到IGBT模塊、工業控制需要用到IGBT模塊,IGBT的市場擁有廣闊的想象空間,據有關機構估計,到2025年,全球IGBT市場規模將達到435億元。
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巨大的市場引起多路豪杰追逐,這其中包括英飛凌、賽米控等德國企業(市占率約45%),三菱、富士等日本企業(市占率約30%),安森美、IXYS等美國企業(市占率約10%)。
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2019年,英飛凌(德國)以28.68%的市占率成為IGBT領域的一超,三菱(日本)、富士(日本)、安森美(美國)、賽米控(德國)分別以15.12%、9.68%、7.06%、5.52%的市占率占為IGBT領域的多強,整個IGBT領域是為德日美的天下。
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同其他半導體領域相同,中國在IGBT領域的的市場份額長期以來也并無起色——直到他們的出現。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 異軍突起
中國在半導體領域長期缺少競爭力,IGBT方面,許多需要用到IGBT的場景如曾經的高鐵IGBT模塊、工業控制中的IGBT模塊等都需要以高昂的價格從國外進口,甚至有時即使高價也無法購買到性能符合要求的產品。面對中國常年缺芯的局面,中國有三方力量發起突圍。
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1963年,沈華出生于中國浙江嘉興海寧,他是一個天才少年,14歲那年(中國1977年恢復高考)便考取了湖南大學機械系,往后又留學耶魯、麻省,是個不擇不扣的學霸。畢業后的沈華先后在西門子微電子部門(后來的英飛凌)、Xilinx做芯片相關研發工作。
2003-2005年期間,沈華關注到了中國半導體行業艱難的現狀,在IGBT領域,外商處于絕對的壟斷地位,中國則一片空白。對此,學歷優秀、工作順利、待遇優渥的沈華選擇在2005年4月2日,簽署《外商獨資經營嘉興斯達半導體有限公司章程》,成立斯達半導,成為在半導體領域一窮二白的中國大地上的IGBT領域開路人。2011 年,斯達半導成功獨立地研發出IGBT第四代 NPT 型芯片;2015年,第六代 FS-Trench 芯片研發成功,打破了國外跨國企業長期以來對 IGBT 芯片的壟斷;2020年2月4日,斯達半導在上海證券交易所敲響鐘聲,成為中國IGBT領域第一股。
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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?丁榮軍帶領的國資派——中車時代
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1961年,丁榮軍出生在中國江蘇宜興的一個偏遠山村,本科從西南交通大學電力機車專業畢業后他來到了中國南車集團株洲電力機車研究所。丁榮軍是一個典型的踏實刻苦的工程人,在株洲所擔任工程師期間他工作在科研攻關的第一線,不外出的時候總會有他在辦公司學習的深夜的身影。
剛開始時中車的所有IGBT模塊都是需要進口的,為此每年都要占用巨額開銷,中車一直在尋找突破的機會,2008年機會出現了。2008年,金融危機使丹尼克斯(一家掌握IGBT關鍵技術的英國大功率半導體企業)股價重挫、資金困窘,面臨破產,對此剛上市的中車株洲決定以大約一億元人民幣的價格收購了丹尼克斯,成功獲取IGBT領域入場券。2014年5月,世界第二條8英寸IGBT芯片生產線在丁榮軍的帶領下成功建成投產投產。2021年,時代電氣登陸上海證券交易所開啟了新的征程。
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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?王傳福帶領的民營派——亞迪半導
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1966年,王傳福出生在中國安徽蕪湖,不幸的是王的父母在他小的時候就離開了他,但王傳福自強不息,考上了中南工業大學冶金物理專業,在碩士從北京有色金屬研究院畢業后留院301室工作。
但王傳福自小就有一股敢闖敢拼的精神,1995年,王傳福辭職在深圳創辦了比亞迪公司,2002年比亞迪港股上市,2007年比亞迪電子獨立分拆港股上市,2020年比亞迪半導體從比亞迪拆分,開啟了王傳福第三個IPO的征程。
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雖然在全球的IGBT競爭中,中國企業并沒有德國英飛凌、日本三菱那般耀眼,但需要看到的是,斯達半導已經進入IGBT領域的前十,時代電氣進入動車用IGBT前五,亞迪半導進入汽車用IGBT前五,中國的IGBT企業正在快速崛起,成為IGBT具競爭力的一股新勢力!?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 問鼎中原
制約中國半導體產業發展的因素之一是中國半導體產業鏈不夠完善。例如在計算芯片領域,由于制程光刻膠主要是日本企業生產、制程光刻機主要由受美國影響的荷蘭企業ASML企業生產,中國計算芯片即使能夠設計出制程的芯片卻也因為設備精度不足無法產業化生產,制程光刻機也因此成為人所周知的亟待解決的卡脖子技術之一。
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幸運的是在IGBT模塊在尺寸上雖然也存在小型化趨勢,但高功率的運用場景并不要求其制程到達納米級別,因而至少在IGBT領域,中國企業沒有了制程光刻機的緊箍制約,使得中國企業問鼎IGBT行業的視野更加清晰。
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當然,現階段中國的IGBT企業尚處在做出和做大中間的階段。中國企業IGBT問鼎之路還漫漫其修遠,但中國半導體人要有問鼎的自信,因為我們有廣的市場、多的理工科畢業生、勤奮的一線半導體人。
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