加速進(jìn)口替代步伐大幅降低IGBT模塊成本

9月12日，由中國(guó)北車集團(tuán)所屬的上海北車永電電子科技有限公司設(shè)計(jì)制造的3300V/50AIGBT(絕緣柵雙極型晶體管)芯片及其配套3300V/100AFRD芯片在西安通過(guò)專家鑒定，宣布研制成功。IGBT芯片是自動(dòng)控制和功率變換的關(guān)鍵核心部件。中國(guó)北車的IGBT器件封裝業(yè)務(wù)自此將邁開使用自主IGBT高功率“芯臟”替代進(jìn)口的步伐，有望大幅降低公司IGBT器件封裝的成本，提高產(chǎn)品毛利率。

從股權(quán)關(guān)系上看，目前上海北車永電公司屬于中國(guó)北車集團(tuán)，從事IGBT模塊封裝業(yè)務(wù)的西安永電電氣有限責(zé)任公司則隸屬于中國(guó)北車股份有限公司。

成功自主研發(fā)出機(jī)車“心臟”

作為新一代功率半導(dǎo)體器件，IGBT器件具有驅(qū)動(dòng)容易、控制簡(jiǎn)單、開關(guān)頻率高、導(dǎo)通電壓低、通態(tài)電流大、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，是自動(dòng)控制和功率變換的關(guān)鍵核心部件，被廣泛應(yīng)用在軌道交通裝備行業(yè)、電力系統(tǒng)、工業(yè)變頻、風(fēng)電等產(chǎn)業(yè)中。在軌道交通領(lǐng)域，牽引傳動(dòng)系統(tǒng)是動(dòng)車組、機(jī)車等裝備的核心部件，而IGBT是牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的核心部件。采用IGBT進(jìn)行功率變換，能夠提高用電效率，提高用電質(zhì)量，節(jié)電30%以上。IGBT器件產(chǎn)業(yè)分為IGBT芯片設(shè)計(jì)、芯片制造和IGBT器件封裝三部分。其中芯片設(shè)計(jì)和制造又是最為尖端的環(huán)節(jié)，高端IGBT芯片的成本約占IGBT模塊的50%左右。

然而，由于起步較晚、研發(fā)難度大，此前國(guó)內(nèi)IGBT芯片設(shè)計(jì)主要集中在民用級(jí)的1200VIGBT上，多由民營(yíng)企業(yè)參與，毛利率較低。而工業(yè)級(jí)和牽引級(jí)的高壓大功率IGBT芯片，毛利率較高，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)主打產(chǎn)品出現(xiàn)。因而我國(guó)廣泛應(yīng)用的高端IGBT芯片基本上依賴進(jìn)口，在交貨周期和采購(gòu)價(jià)格上完全受制于國(guó)外ABB、英飛凌、三菱等歐洲和日本少數(shù)幾家公司。

中國(guó)北車成功自主研發(fā)出IGBT芯片后，可根據(jù)軌道牽引、智能電網(wǎng)、風(fēng)力發(fā)電、電動(dòng)汽車等各應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際需求進(jìn)行定制化的芯片特性設(shè)計(jì)。1200A/3300VIGBT模塊主要用于地鐵、鐵路機(jī)車和風(fēng)力發(fā)電變流裝置中。

正是鑒于IGBT的重要地位，中國(guó)北車、中國(guó)南車兩大行業(yè)巨頭都非常重視對(duì)其的國(guó)產(chǎn)化。不過(guò)，與中國(guó)北車進(jìn)行完全的自主研發(fā)不同，中國(guó)南車通過(guò)收購(gòu)海外公司獲得了IGBT技術(shù)。在2008年，中國(guó)南車收購(gòu)英國(guó)丹尼克斯半導(dǎo)體公司，掌握成熟的IGBT設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)技術(shù)。中國(guó)南車稱，其已掌握了從1700伏到6500伏等不同電壓等級(jí)的IGBT芯片及模塊封裝、測(cè)試、應(yīng)用技術(shù)，擁有IGBT芯片設(shè)計(jì)—芯片制造—模塊封裝—系統(tǒng)應(yīng)用完整產(chǎn)業(yè)鏈。

產(chǎn)業(yè)化前景廣闊

近年來(lái)，世界范圍內(nèi)IGBT器件發(fā)展迅速，特別是中國(guó)發(fā)展速度最快，成為IGBT器件最大消費(fèi)國(guó)。未來(lái)隨著國(guó)家節(jié)能減排、加強(qiáng)自主創(chuàng)新能力等政策的引導(dǎo)和支持，市場(chǎng)的需求量逐年迅猛增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)IGBT年需求量已超過(guò)75億元，而且每年以30%以上的速度增長(zhǎng)。我國(guó)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)對(duì)IGBT器件有著很強(qiáng)的依賴性，國(guó)內(nèi)IGBT市場(chǎng)供不應(yīng)求。有關(guān)資料預(yù)測(cè)，到2020年，僅軌道交通電力牽引每年IGBT模塊的市場(chǎng)規(guī)模不低于10億元;此外，智能電網(wǎng)市場(chǎng)也將不低于4億元。

由于此前IGBT業(yè)務(wù)基本由國(guó)外企業(yè)壟斷，價(jià)格昂貴。據(jù)介紹，近年來(lái)，中國(guó)北車逐漸介入IGBT器件封裝業(yè)務(wù)，獲得的毛利率仍然較為理想。中國(guó)北車IGBT器件封裝生產(chǎn)線最早于2010年10月投產(chǎn)，目前公司IGBT模塊產(chǎn)品品種已經(jīng)達(dá)到53種，17類產(chǎn)品處于國(guó)際領(lǐng)先水平。2013年8月，公司成功向瑞士ABB公司交付45套大功率IGBT產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)大功率IGBT產(chǎn)品進(jìn)軍國(guó)際市場(chǎng)的零突破。2013年底，西安永電公司產(chǎn)能將達(dá)到焊接型和壓接型IGBT模塊30萬(wàn)只、智能IGBT模塊400萬(wàn)只，滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)IGBT器件的需求。而中國(guó)南車人士則稱，該公司IGBT封裝業(yè)務(wù)也已實(shí)現(xiàn)銷售。

此次上海北車永電公司3300V/50AIGBT芯片及3300V/100AFRD芯片研發(fā)成功后，西安永電公司將采用北車自身的IGBT芯片，將大幅度降低IGBT模塊成本。據(jù)介紹，國(guó)產(chǎn)化后，中國(guó)北車IGBT模塊的成本將較進(jìn)口產(chǎn)品低20-30%，將從整體上為中國(guó)北車毛利率的提高做出貢獻(xiàn)。搭載自主芯片的IGBT器件，還可在風(fēng)電等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)銷售。而在機(jī)車領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)后，也將正式投入市場(chǎng)。