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IGBT为什么这么难?

2020/07/16
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内容精要:IGBT,需要大量的经验积累和技术储备,不是短时间内靠砸团队、砸资金就能突破的。市场层面,认证周期较长,替换成本高,壁垒更是很高。不管是技术还是市场,IGBT 行业对新进入者都极其不友好。毕竟我们起步晚了那么多年,要追赶,还是存在重重障碍。

IGBT 是一个难啃的骨头,这是一个公认的事实。

市场需求大,中国企业落后,这又是一个不争的事实。

根据市场研究机构的数据,中国目前 IGBT 市场规模约为 150 亿人民币,但 95%的市场被国外企业所垄断。唯一有突破希望的是之前文章里曾提到连续 22 个涨停下的中国 IGBT 过的,那个连续 22 个涨停的斯达半导(股票代码:603290)。

至于其他功率半导体器件的上市公司,产品还是以传统的 MOSFET二极管为主,号称有 IGBT 产品,也大都处在一个炒概念的阶段,产品不成熟,营收占比基本可以忽略。

斯达半导是国内 IGBT 领域的领军企业,IGBT 模块的市场份额占有率已经排到了全球第 10 位。

 

即便斯达半导的 IGBT 模块已经进入了全球 10 强,其 IGBT 芯片也有将近一半依赖外购,采购总金额比例也有 47.29%,采购方包括英飞凌(Infineon)、 Si-Chip(ABB 经销商)、艾塞斯(IXYS)等。

不过可喜的是,这个数据在一直下降,由 2016 年的 79.74%一直下降到目前的不足 50%。

为什么 IGBT 这么难?这是一个触及灵魂深处的问题。

首先,从 IGBT 原理来看,这是一个简单的不能再简单的电路,具备初级的大学本科模电知识储备就能看懂,一个 BJT+MOSFET,就构成了一个 IGBT 电路,实现“非通即断”的电路原理。

 

只是几个 pn 结而已,相比较数字逻辑芯片上面,密密麻麻几亿个晶体管,看起来费眼睛多了……

但需要注意的是,IGBT 芯片属于电力电子芯片,需要工作在大电流、高电压、高频率的环境下,对芯片的可靠性要求较高,同时芯片设计需保证开闭和损耗、抗短路能力和导通压降(控制热量)三者处于均衡状态,芯片设计与参数调整优化十分特殊和复杂。

所以,IGBT 芯片设计上很多时候是 knowhow 的东西,需要积累丰富的经验和知识储备。老师傅不出手,累死一万个徒弟。

所以,IGBT 原理简单,设计工艺上难,这是其一。

在芯片制造层面上,IGBT 芯片一般分为 IDM 模式和 Fabless 模式。

IDM 模式中,财大气粗的厂商自建产线进行芯片制造,主要目的除了产能可控之外,就是为了工艺可控,能够把高端核心工艺牢牢掌握在自己手中。

而没有财力自建产线的 IGBT 厂商,只有采用 Fabless 模式,需要寻找合作代工厂,并向代工厂商提供 IGBT 芯片设计和生产工艺。

国内采用 IDM 模式的,主要有比亚迪半导体,收购 LFoundry 的中科君芯也有往 IDM 转型趋势。

而以斯达半导为代表的 IGBT 厂商,还是以代工为主。斯达半导合作的代工厂是上海华虹和上海先进。

特别对于 Fabless 模式,要完成和代工厂的技术磨合,在别人产线上规模化生产出符合各项参数指标的芯片,谈何容易!

所以,IGBT 制造工艺难,费人,自建产线难,费钱,这是其二。

要实现 IGBT“非通即断”的功能,单靠一颗芯片是不够的,还需要像普通芯片一样,封装成模块。

 

IGBT 模块需要快恢复二极管芯片(FRT)和 IGBT 芯片配合,对集成度要求很高,各个器件之间通常只间隔几毫米的距离,又需要能承受较大的电压和电流及可能存在的恶劣运行环境。芯片位置、材料的热膨胀系数、回流炉回流曲线及其他参数的设置,都会直接影响封装完成的 IGBT 模块性能。

所以,IGBT 模块看似技术含量不高,但也有一堆不足为外人道也的 knowhow,这是其三。

最后,涉及到市场方面的问题。

一款产品好不好,需要和下游应用完成匹配验证,并最终被下游厂商广泛接受,才算成功,否则一堆理论上的先进,都是空谈。

IGBT 更是如此,而且 IGBT 往往应用于工业、电力等重要行业,属于工业产品的核心器件。

别的芯片行业,也许可以靠低价格取胜,但 IGBT 很难。

产品要进入下游客户采购目录,有很高的门槛,需要经过产品单体测试、整机测试、小批量试用等多个环节,采购决策周期较长。

当然,下游厂商一旦接受了某款产品,就产生了很强的用户忠诚度,不到万不得已,是不会贸然更换供应商和产品型号的,也对新进入者造成了不小的市场壁垒。

所以,对于 IGBT 新进入者,下游客户认证周期较长,替换成本高,这是其四。

综合来看,不管是技术还是市场,IGBT 行业都不是一个那么容易突破的领域,对新进入者极其不友好。

毕竟我们起步晚了那么多年,要追赶,还是存在重重障碍。

不过好在斯达半导已经树立了突破的榜样,相信在不久的将来,在不同的应用领域,中国的 IGBT 产业必将多点开花。

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斯达半导体

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嘉兴斯达半导体股份有限公司成立于2005年4月,是一家专业从事功率半导体元器件尤其是IGBT研发、生产和销售服务的国家级高新技术企业,股票简称:斯达半导,代码:603290。总部设于浙江嘉兴,占地106亩。在国内和欧洲均设有研发中心,是国内IGBT领域的领军企业。

嘉兴斯达半导体股份有限公司成立于2005年4月,是一家专业从事功率半导体元器件尤其是IGBT研发、生产和销售服务的国家级高新技术企业,股票简称:斯达半导,代码:603290。总部设于浙江嘉兴,占地106亩。在国内和欧洲均设有研发中心,是国内IGBT领域的领军企业。收起

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公众号科创之道主笔,标准的EE、CS专业理工男。从事研发、咨询、投资工作15年,主要关注领域为半导体、人工智能、物联网、云计算等,目前专注于风险投资和企业服务领域,平时喜欢把一些工作上的感悟随手记下来,希望通过自己的文字,融合IT产业和投融资行业知识,为跨行业沟通搭建一座桥梁。