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焉知汽车科技|IGBT的国产代替和技术趋势( 二 )


IGBT产品更新慢 ， 价格稳定
从20世纪80年代至今 ， IGBT芯片经历了6代升级 ， 从平面穿通型(PT)到沟槽型电场—截止型(FS-Trench) ， 芯片面积、工艺线宽、通态饱和压降、关断时间、功率损耗等各项指标经历了不断的优化 ， 断态电压也从600V提高到6500V以上 。
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IGBT产品更新换代慢：目前英飞凌定义的IGBT4代是市场主流 ， 已应用了十年以上 ， 英飞凌于18年底推出IGBT7 ， 较4代面积减少25% ， 成本降低 ， 功耗降低 ， 预计大面积推广仍需要2-3年 。 IGBT更新换代相对比较慢 ， 芯片对于产品性能起决定性作用 ， 模块只能保证芯片性能发挥 。 IGBT芯片新一代和老一代各有优势 ， 老一代损耗和面积等指标不一定好 ， 但是稳定性是经过长时间验证的 ， 相当一部分客户在新一代出来时候还选择使用老一代芯片 。 国内和国际其他公司都有布局IGBT7代技术 ， 但是产品的验证周期较长 ， 一般客户需要5~10年验证可靠性和应用端的问题 ， 因此迭代速度较慢 。 目前最新代的IGBT斯达在和华虹共同研发 ， 预计年底试生产 。
IGBT的价格相对稳定：就算在行业下行的2019年大厂商的出厂价格都没有下降 ， 显示出很健康的价格浮动 。 总结来看 ， IGBT芯片的更新换代相对比较慢 ， 且是渐进式的创新 ， 不断优化升级 ， 具体到某款IGBT产品 ， 可以用到10年之久;同时供给端来看 ， IGBT行业巨头主要是德系和日系厂商 ， 风格相对比较保守 ， 不会激进扩张产能和打价格战 。 需求稳定且价格波动相对小 ， 即使在半导体整体需求不好的2019 。
电路的设计核心在于逻辑设计 ， 可通过EDA等软件 ， 而功率半导体和模拟IC类似 ， 需要根据实际产品参数进行不断调整与妥协 ， 因此 ， 对工程师的经验要求也更高 ， 优秀的设计师需要10年甚至更长时间的经验 。 大学里功率半导体和模拟IC部分教材也基本相当于是过去几十年从业者的“经验笔记” ， 并没有像数字集成电路那样相对有“标准范式” ， 而研发也是通过研发工程师团队不断修改参数权衡性能和成本的过程 。
具体来说 ， IGBT技术和壁垒极高 ， 主要体现在以下几个方面：
1)、IGBT芯片设计
IGBT芯片是IGBT模块的核心：其设计工艺极为复杂 ， 不仅要保持模块在大电流、高电压、高频率的环境下稳定工作 ， 还需保持开闭和损耗、抗短路能力和导通压降维持平衡 。 快恢复二极管芯片在IGBT模块中与IGBT芯片配合使用 ， 需要承受高电压、大电流的同时 ， 要求具有极短的反向恢复时间和反向恢复损耗 。 企业只有具备深厚的技术底蕴和强大的创新能力 ， 积累丰富的经验和知识储备 ， 才能在行业中立足 。 因此 ， 行业内的后来者往往需要经历一段较长的技术摸索和积累 ， 才能和业内已经占据技术优势的企业相抗衡 。
2)、模块设计及制造工艺
IGBT模块对产品的可靠性和质量稳定性要求较高 ， 生产工艺复杂 ， 生产中一个看似简单的环节往往需要长时间摸索才能熟练掌握 ， 如铝线键合 ， 表面看只需把电路用铝线连接起来 ， 但键合点的选择、键合的力度、时间及键合机的参数设置、键合过程中应用的夹具设计、员工操作方式等等都会影响到产品的质量和成品率 。 IGBT模块作为工业产品的核心器件 ， 需要适应不同应用领域中各种恶劣的工作环境 ， 因此对产品质量的要求较高 。 如电焊机行业 ， 考虑到逆变电焊机 。
工作环境较为恶劣 ， 使用负荷较重 ， 在采购核心部件IGBT模块时会优先考虑模块的耐久性 ， 因此芯片参数和模块制造工艺的可靠性是生产IGBT模块的核心 。 而且IGBT和下游应用结合紧密 ， 往往需要研发人员对下游应用行业较为了解才能生产出符合客户要求的产品 。 目前国内具有相关实践、经验丰富的研发技术人才仍然比较缺乏 ， 新进入的企业要想熟练掌握IGBT芯片或模块的设计、制造工艺 ， 实现大规模生产 ， 需要花费较长的时间培养人才、学习探索及技术积累 。


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