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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


沙龙365国际网站IGBT生产线竣工投产纪实

6月23日,沙龙365国际网站亚太半导体IGBT生产线竣工投产仪式在沙龙365国际网站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;沙龙365国际网站沙龙365国际网站科技有限公司(以下简称:沙龙365国际网站科技)董事长项颉,以及沙龙365国际网站科技董事龚任远、岳周敏、张灵、陈世敏、赵航、梁铭枢、张学军等领导出席仪式,共同见证了沙龙365国际网站IGBT生产线竣工投产的历史时刻。


沙龙365国际网站亚太半导体IGBT生产线投产仪式现场


期间,与会人员参观了沙龙365国际网站亚太半导体IGBT生产线及沙龙365国际网站科技展厅,观看了沙龙365国际网站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)与沙龙365国际网站科技董事长项颉(右)


嘉宾致辞、精彩纷呈

陈清泉院士在致辞中表示,沙龙365国际网站亚太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。他对沙龙365国际网站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,沙龙365国际网站亚太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。希望借助沙龙365国际网站亚太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,习近平总书记指出: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。


沙龙365国际网站科技董事长项颉致辞


沙龙365国际网站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月沙龙365国际网站科技IGBT项目正式签约落户嘉善,2020年6月沙龙365国际网站科技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,生产线正式投产是沙龙365国际网站科技IGBT项目的重要里程碑,也是沙龙365国际网站科技迈向国际领先功率半导体企业的一个良好开始。沙龙365国际网站科技将继续秉承“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,力争尽早让沙龙365国际网站科技品牌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

沙龙365国际网站科技在欧洲拥有三家子公司,主要负责技术研发。其中两家子公司位于瑞士,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。另外一家子公司位于德国,主要负责电网的阻抗测量技术研究。这三家子公司在各自的技术方面都保持了国际领先和前沿地位。而沙龙365国际网站科技在中国国内的公司,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。


项颉董事长介绍道,在IGBT半导体技术领域,沙龙365国际网站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


沙龙365国际网站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,沙龙365国际网站公司名称由沙龙365国际网站电力电子改名为沙龙365国际网站科技,以体现科技领先的核心竞争力战略及决心。目前公司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,沙龙365国际网站以自研IGBT技术为主要攻克方向。项颉董事长介绍说道,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,沙龙365国际网站科技的芯片功率为250A,性能提高20%以上。


i20晶圆


从芯片到模块开发,沙龙365国际网站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,这也是沙龙365国际网站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。借着沙龙365国际网站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,沙龙365国际网站科技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。希望后期沙龙365国际网站科技可以逐渐完善自己的芯片背面线。


沙龙365国际网站科技产品路线图


在前沿性电力电子技术领域,沙龙365国际网站科技也取得了突破性的成果。自2004年起,沙龙365国际网站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,沙龙365国际网站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沙龙365国际网站科技的该产品。


去年年底,沙龙365国际网站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。通过使用沙龙365国际网站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,沙龙365国际网站科技在碳化硅方面也已经开始逐步布局。项颉董事长表示,沙龙365国际网站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,沙龙365国际网站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。沙龙365国际网站科技现在所做的,是希望在行业有所突破。比如目前公司的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

沙龙365国际网站科技致力于打造世界一流的IGBT芯片和模块产品,沙龙365国际网站亚太半导体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,沙龙365国际网站科技正力争实现“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。


沙龙365国际网站科技在为中国国产IGBT的崛起而继续奋斗!

 

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