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从梦想到现实,打造中国电力电子器件“国之重器”

以下文章来源于Bodos功率系统


赛晶IGBT生产线竣工投产纪实

6月23日,赛晶亚太半导体IGBT生产线竣工投产仪式在赛晶IGBT生产基地成功举办。世界电动汽车协会创始主席及轮值主席、中国工程院院士陈清泉;中国科学院电工研究所研究部主任温旭辉;中共嘉兴市委常委、嘉善县委书记洪湖鹏;嘉善县人民政府副县长郁晓凡;中共嘉善经济技术开发区管委会党委书记钱慧;赛晶科技集团有限企业(以下简称:赛晶科技)董事长项颉,以及赛晶科技董事龚任远、岳周敏、张灵、陈世敏、赵航、梁铭枢、张学军等领导出席仪式,共同见证了赛晶IGBT生产线竣工投产的历史时刻。


赛晶亚太半导体IGBT生产线投产仪式现场


期间,与会人员参观了赛晶亚太半导体IGBT生产线及赛晶科技展厅,观看了赛晶IGBT研发规划,见证了IGBT智能生产线,并与中国工程院院士陈清泉进行了深入交流,项颉董事长还接受了媒体采访。


中国工程院院士陈清泉(左)与赛晶科技董事长项颉(右)


嘉宾致辞、精彩纷呈

陈清泉院士在致辞中表示,赛晶亚太IGBT项目的落成是嘉善集成电路产业生态初步显现的生动缩影。他对赛晶科技在内的科技创新企业提出了前瞻性、独特性、高端性等三方面期许,要更加注重人才和核心技术的培育创新,重视政府政策的驱动。在经营方面,应该要更加了解市场,懂得市场,并善于利用金融的力量谋发展,为中国成为科技强国做出贡献。


中国工程院院士陈清泉致辞


洪湖鹏书记在致辞中表示,在中国共产党建党一百周年前夕,赛晶亚太IGBT大功率半导体项目作为嘉善发展数字经济领域引进的头部企业,对嘉善数字经济发展具有里程碑意义。希翼借助赛晶亚太IGBT等优质项目的带动,借势借力,努力引进更多优质的集成电路企业,逐步完善产业链。


中共嘉兴市委常委、嘉善县委书记洪湖鹏致辞


项颉董事长在致辞中说,习大大总书记指出:关键核心技术就是国之重器。IGBT正是这样的一项关键技术、大国重器。IGBT对新能源汽车、轨道交通、智能电网、节能环保等众多国家战略性新兴产业的发展,具有重要意义。国家“十四五”规划,也将IGBT列为了亟待攻关的科技前沿领域之一。


赛晶科技董事长项颉致辞


赛晶科技作为中国电力电子器件创新研发和国产化的先锋,依托深厚的行业积累和国际一流的技术团队,以打造国际领先水平的国产IGBT为使命,于2019年3月正式启动了自主技术IGBT项目。随后,2019年7月赛晶科技IGBT项目正式签约落户嘉善,2020年6月赛晶科技IGBT生产基地动工建设,同年9月首款IGBT芯片和模块产品正式推出。


他表示,生产线正式投产是赛晶科技IGBT项目的重要里程碑,也是赛晶科技迈向国际领先功率半导体企业的一个良好开始。赛晶科技将继续秉承“认真、务实”科技工匠精神,加快IGBT系列产品的研发,推进后续生产线的建设,力争尽早让赛晶科技品牌IGBT出现在千千万万的电动汽车、风力发电、光伏发电、工业变频设备中。


 

嘉善工厂制造流程


豪华研发阵容打造国际领先产品

赛晶科技在欧洲拥有三家子企业,主要负责技术研发。其中两家子企业位于瑞士,分别负责IGBT芯片和模块技术,以及固态开关、固态直流断路器技术。另外一家子企业位于德国,主要负责电网的阻抗测量技术研究。这三家子企业在各自的技术方面都保持了国际领先和前沿地位。而赛晶科技在中国国内的企业,除保留部分研发力量外,更多集中在应用层面,以及将来一些新芯片和模块的改型,以便快速满足国内市场客户的本地化需求。


项颉董事长先容道,在IGBT半导体技术领域,赛晶科技的研发团队以原ABB半导体技术团队为主,属于国际一流豪华阵容。如拥有22项专利,发表53篇学术论文的Raffel(拉弗尔,音译)、拥有6项专利,发表25篇学术论文的Sven(斯文,音译)、拥有22项专利,发表53篇学术论文的Arnost(阿诺斯特,音译)等等。


国际领先研发阵容


赛晶科技国内工厂的管理和技术人员也都来自于同行领先企业,在生产管理方面有着非常丰富的经验。


量产规划及未来发展

去年11月,赛晶企业名称由赛晶电力电子改名为赛晶科技,以体现科技领先的核心竞争力战略及决心。目前企业主要有两个发展方向,第一是核心电力电子元器件,以IGBT支撑电容、母排、IGBT驱动等核心电力电子元器件为主;第二是研发前沿性电力电子技术,包括快速交流、直流固态开关、固态直流断路器等产品。


在核心电力电子元器件领域,赛晶以自研IGBT技术为主要攻克方向。项颉董事长先容说道,嘉善IGBT功率半导体项目于去年6月份动工,今年三季度将开始试生产,预计在今年四季度进入批量正式生产。目前生产的是i20芯片,优于国际上主流的其它厂商的第4代芯片。且实测表明,与同行企业同样规格的芯片相比,赛晶科技的芯片功率为250A,性能提高20%以上。


i20晶圆


从芯片到模块开发,赛晶科技做到了完全自研,拥有众多专利,形成了自有的一套体系,这也是赛晶科技的核心半导体技术。同时,整个生产线集成了MIS系统,每道工艺都会进行采样与质量分析,是目前国内自动化程度最高的生产线,大大提高了产品质量与产能。


目前国内对IGBT功率半导体器件的需求日益增加,特别是受到疫情的影响,功率器件供货严重不足。再加之原材料上涨、中美之间的贸易战等因素,导致产品价格不断飙升。市场上的主流需求产品还是以1200V 750A模块为主,在该领域进口产品仍占大多数。借着赛晶IGBT生产线的投产契机,相信量产后对缓解行业缺货有所帮助,并加速进口替代。


谈到IGBT项目量产的后续扩展,项颉董事长表示,赛晶科技IGBT一期项目共计规划建设2条IGBT芯片背面工艺生产线、5条IGBT模块封装测试生产线,建成后年产能将达到200万件IGBT模块产品。IGBT芯片制造环节分为正面工艺和背面工艺。正面工艺比较标准,主要是光刻,而背面工艺是特色工艺,主要是离子注入、退火和剪包三道工艺,这些对IGBT芯片的性能,如安全工作区域、功率曲线等起着决定性作用。希翼后期赛晶科技可以逐渐完善自己的芯片背面线。


赛晶科技产品路线图


在前沿性电力电子技术领域,赛晶科技也取得了突破性的成果。自2004年起,赛晶科技自主研发了阳极饱和电抗器。从最早的50万伏3000安培换流阀到现在市场需求的110万伏6250安培,伴随着国内特高压技术不断进展,赛晶科技的阳极饱和电抗器技术也在随着市场的需求而不断提升。目前国内的40多个特高压直流项目均有使用赛晶科技的该产品。


去年年底,赛晶科技在西安铁路局进行了一项关于固态开关应用的实验项目——自动过分项。由于高铁采用交流电,无法实现互联,因此每50公里会有一个无电区。高铁开到无电区后会关掉动力系统,依靠惯性冲出无电区。进入无电区后高铁需要减速,这对载货运力有很大影响,比如高铁可以装载1万吨货物,因需要惯性冲出无电区,可能只能装载8000吨。通过使用赛晶科技的固态开关做的自动过分项,能够保证动车组安全惰行通过无电区,而无需进行升降弓。


迎接能源市场变革

从政策角度看,十四五规划将IGBT作为一个重要技术,碳中和、碳达标使能源的产生、消耗结构发生很大变化。


发电是碳排放最大的领域,以后肯定需要清洁化,并大量使用光伏、风电等。在碳中和、碳达标后,输电领域实现智能化,会通过特高压直流输电、柔性直流输电等技术输送清洁能源。在用电端,电气化越来越多,原以烧煤、烧油为主的主要供能,逐步被电取代,这是电气化道路的发展过程。


所以不管发电、输电、用电,只要跟电相关就需要使用大功率半导体,功率半导体领域最核心的便是IGBT。所以在碳中和和碳达标的大环境下,IGBT的重要性比以往更加凸显。未来10年内,项颉董事长个人认为,整个IGBT的市场有望在现有基础上翻五六倍。


第三代半导体进入研发阶段

第三代半导体主要以碳化硅、氮化镓等材料为主。与传统的第一代、第二代半导体材料硅和砷化镓相比,第三代半导体具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大等独特性能,使其在光电器件、电力电子、射频微波器件等方面展现出巨大的潜力。


《中国制造2025》提出,到2025年,第三代半导体材料实现在5G通信、高效能源管理中的国产化率达到50%;在新能源汽车、消费电子中实现规模应用,在通用照明市场渗透率达到80%以上。


在市场需求与良好政策的驱动下,赛晶科技在碳化硅方面也已经开始逐步布局。项颉董事长表示,赛晶科技的碳化硅产品研发将分两步走。第一步是推出碳化硅模块产品。在6月25日的第四届中国国际新能源汽车功率半导体关键技术论坛上,赛晶科技发布了下一代单面水冷IGBT模块—EV-Type模块。这是专门针对电动汽车的应用需求而设计的新型模块产品。该模块的发布,将为明年推出的第一代碳化硅模块做准备。第二步便是自主研发碳化硅芯片,由于其技术成本难度,预计3-4年后可实现。


电动汽车碳化硅模块


单纯的将IGBT芯片从模块中取出用碳化硅芯片替代,不足以让碳化硅芯片性能完全发挥。因此,同行企业都在开发单面水冷或双面水冷技术。赛晶科技现在所做的,是希翼在行业有所突破。比如目前企业的ED-Type模块里芯片,采用了全新的直列式芯片排列方法,使芯片均流性有了很大提高。即将推出的ST模块虽然在外观形式上跟现在市场主流的62mm模块一样,但其热阻、杂散电感、损耗方面却比同类产品提高25%-40%,模块内部设计了许多大的改变。


ED-Type模块


ED-Type模块实际产品图


国产IGBT崛起之路

2020年全球IGBT市场规模达到了530亿元,预计2027年将达到1449亿元,年复合增长率(CAGR)为15.5%1。特别是在新能源汽车以及充电桩领域,IGBT作为核心部件,需求量也得到进一步提升。现在中国IGBT应用市场已经占到了全球约40%,市场发展潜力巨大。


中美贸易战之前,国内用户只关心价格和及时供货。中美贸易战之后,用户对核心元器件安全性的重视程度提升到了史无前例的水平。另外,由于疫情原因,国际大厂交货也出了问题,整个IGBT市场供不应求,不停在涨价。这两点对国产IGBT企业来说是个很好的发展契机。


伴随着行业景气度的好转和政策的推动,中国很多其它城市签约功率半导体项目的数量逐年增加,国内IGBT在芯片设计、晶圆制造、模块封装等整个产业链基本都有布局。整体看来,国产IGBT崛起之路已不远。


任道而重远

赛晶科技致力于打造世界一流的IGBT芯片和模块产品,赛晶亚太半导体IGBT生产线采用了行业领先的技术和装备,代表了行业最先进的制造水平,作为世界范围内电力电子技术创新研发的领先企业,赛晶科技正力争实现“功率半导体及配套器件”和“新兴电力技术”两大产业集群的快速发展。


赛晶科技在为中国国产IGBT的崛起而继续奋斗!

 

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