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    從夢想到現實,打造中國電力電子器件“國之重器”


    賽晶IGBT生產線竣工投產紀實

    6月23日,賽晶亞太半導體IGBT生產線竣工投產儀式在賽晶IGBT生產基地成功舉辦。世界電動汽車協會創始主席及輪值主席、中國工程院院士陳清泉;中國科學院電工研究所研究部主任溫旭輝;中共嘉興市委常委、嘉善縣委書記洪湖鵬;嘉善縣人民政府副縣長郁曉凡;中共嘉善經濟技術開發區管委會黨委書記錢慧;賽晶科技集團有限公司(以下簡稱:賽晶科技)董事長項頡,以及賽晶科技董事龔任遠、岳周敏、張靈、陳世敏、趙航、梁銘樞、張學軍等領導出席儀式,共同見證了賽晶IGBT生產線竣工投產的歷史時刻。


    賽晶亞太半導體IGBT生產線投產儀式現場


    期間,與會人員參觀了賽晶亞太半導體IGBT生產線及賽晶科技展廳,觀看了賽晶IGBT研發規劃,見證了IGBT智能生產線,并與中國工程院院士陳清泉進行了深入交流,項頡董事長還接受了媒體采訪。


    中國工程院院士陳清泉(左)與賽晶科技董事長項頡(右)


    嘉賓致辭、精彩紛呈

    陳清泉院士在致辭中表示,賽晶亞太IGBT項目的落成是嘉善集成電路產業生態初步顯現的生動縮影。他對賽晶科技在內的科技創新企業提出了前瞻性、獨特性、高端性等三方面期許,要更加注重人才和核心技術的培育創新,重視政府政策的驅動。在經營方面,應該要更加了解市場,懂得市場,并善于利用金融的力量謀發展,為中國成為科技強國做出貢獻。


    中國工程院院士陳清泉致辭


    洪湖鵬書記在致辭中表示,在中國共產黨建黨一百周年前夕,賽晶亞太IGBT大功率半導體項目作為嘉善發展數字經濟領域引進的頭部企業,對嘉善數字經濟發展具有里程碑意義。希望借助賽晶亞太IGBT等優質項目的帶動,借勢借力,努力引進更多優質的集成電路企業,逐步完善產業鏈。


    中共嘉興市委常委、嘉善縣委書記洪湖鵬致辭


    項頡董事長在致辭中說,習近平總書記指出:關鍵核心技術就是國之重器。IGBT正是這樣的一項關鍵技術、大國重器。IGBT對新能源汽車、軌道交通、智能電網、節能環保等眾多國家戰略性新興產業的發展,具有重要意義。國家“十四五”規劃,也將IGBT列為了亟待攻關的科技前沿領域之一。


    賽晶科技董事長項頡致辭


    賽晶科技作為中國電力電子器件創新研發和國產化的先鋒,依托深厚的行業積累和國際一流的技術團隊,以打造國際領先水平的國產IGBT為使命,于2019年3月正式啟動了自主技術IGBT項目。隨后,2019年7月賽晶科技IGBT項目正式簽約落戶嘉善,2020年6月賽晶科技IGBT生產基地動工建設,同年9月首款IGBT芯片和模塊產品正式推出。


    他表示,生產線正式投產是賽晶科技IGBT項目的重要里程碑,也是賽晶科技邁向國際領先功率半導體企業的一個良好開始。賽晶科技將繼續秉承“認真、務實”科技工匠精神,加快IGBT系列產品的研發,推進后續生產線的建設,力爭盡早讓賽晶科技品牌IGBT出現在千千萬萬的電動汽車、風力發電、光伏發電、工業變頻設備中。


     

    嘉善工廠制造流程


    豪華研發陣容打造國際領先產品

    賽晶科技在歐洲擁有三家子公司,主要負責技術研發。其中兩家子公司位于瑞士,分別負責IGBT芯片和模塊技術,以及固態開關、固態直流斷路器技術。另外一家子公司位于德國,主要負責電網的阻抗測量技術研究。這三家子公司在各自的技術方面都保持了國際領先和前沿地位。而賽晶科技在中國國內的公司,除保留部分研發力量外,更多集中在應用層面,以及將來一些新芯片和模塊的改型,以便快速滿足國內市場客戶的本地化需求。


    項頡董事長介紹道,在IGBT半導體技術領域,賽晶科技的研發團隊以原ABB半導體技術團隊為主,屬于國際一流豪華陣容。如擁有22項專利,發表53篇學術論文的Raffel(拉弗爾,音譯)、擁有6項專利,發表25篇學術論文的Sven(斯文,音譯)、擁有22項專利,發表53篇學術論文的Arnost(阿諾斯特,音譯)等等。


    國際領先研發陣容


    賽晶科技國內工廠的管理和技術人員也都來自于同行領先企業,在生產管理方面有著非常豐富的經驗。


    量產規劃及未來發展

    去年11月,賽晶公司名稱由賽晶電力電子改名為賽晶科技,以體現科技領先的核心競爭力戰略及決心。目前公司主要有兩個發展方向,第一是核心電力電子元器件,以IGBT支撐電容、母排、IGBT驅動等核心電力電子元器件為主;第二是研發前沿性電力電子技術,包括快速交流、直流固態開關、固態直流斷路器等產品。


    在核心電力電子元器件領域,賽晶以自研IGBT技術為主要攻克方向。項頡董事長介紹說道,嘉善IGBT功率半導體項目于去年6月份動工,今年三季度將開始試生產,預計在今年四季度進入批量正式生產。目前生產的是i20芯片,優于國際上主流的其它廠商的第4代芯片。且實測表明,與同行企業同樣規格的芯片相比,賽晶科技的芯片功率為250A,性能提高20%以上。


    i20晶圓


    從芯片到模塊開發,賽晶科技做到了完全自研,擁有眾多專利,形成了自有的一套體系,這也是賽晶科技的核心半導體技術。同時,整個生產線集成了MIS系統,每道工藝都會進行采樣與質量分析,是目前國內自動化程度最高的生產線,大大提高了產品質量與產能。


    目前國內對IGBT功率半導體器件的需求日益增加,特別是受到疫情的影響,功率器件供貨嚴重不足。再加之原材料上漲、中美之間的貿易戰等因素,導致產品價格不斷飆升。市場上的主流需求產品還是以1200V 750A模塊為主,在該領域進口產品仍占大多數。借著賽晶IGBT生產線的投產契機,相信量產后對緩解行業缺貨有所幫助,并加速進口替代。


    談到IGBT項目量產的后續擴展,項頡董事長表示,賽晶科技IGBT一期項目共計規劃建設2條IGBT芯片背面工藝生產線、5條IGBT模塊封裝測試生產線,建成后年產能將達到200萬件IGBT模塊產品。IGBT芯片制造環節分為正面工藝和背面工藝。正面工藝比較標準,主要是光刻,而背面工藝是特色工藝,主要是離子注入、退火和剪包三道工藝,這些對IGBT芯片的性能,如安全工作區域、功率曲線等起著決定性作用。希望后期賽晶科技可以逐漸完善自己的芯片背面線。


    賽晶科技產品路線圖


    在前沿性電力電子技術領域,賽晶科技也取得了突破性的成果。自2004年起,賽晶科技自主研發了陽極飽和電抗器。從最早的50萬伏3000安培換流閥到現在市場需求的110萬伏6250安培,伴隨著國內特高壓技術不斷進展,賽晶科技的陽極飽和電抗器技術也在隨著市場的需求而不斷提升。目前國內的40多個特高壓直流項目均有使用賽晶科技的該產品。


    去年年底,賽晶科技在西安鐵路局進行了一項關于固態開關應用的實驗項目——自動過分項。由于高鐵采用交流電,無法實現互聯,因此每50公里會有一個無電區。高鐵開到無電區后會關掉動力系統,依靠慣性沖出無電區。進入無電區后高鐵需要減速,這對載貨運力有很大影響,比如高鐵可以裝載1萬噸貨物,因需要慣性沖出無電區,可能只能裝載8000噸。通過使用賽晶科技的固態開關做的自動過分項,能夠保證動車組安全惰行通過無電區,而無需進行升降弓。


    迎接能源市場變革

    從政策角度看,十四五規劃將IGBT作為一個重要技術,碳中和、碳達標使能源的產生、消耗結構發生很大變化。


    發電是碳排放最大的領域,以后肯定需要清潔化,并大量使用光伏、風電等。在碳中和、碳達標后,輸電領域實現智能化,會通過特高壓直流輸電、柔性直流輸電等技術輸送清潔能源。在用電端,電氣化越來越多,原以燒煤、燒油為主的主要供能,逐步被電取代,這是電氣化道路的發展過程。


    所以不管發電、輸電、用電,只要跟電相關就需要使用大功率半導體,功率半導體領域最核心的便是IGBT。所以在碳中和和碳達標的大環境下,IGBT的重要性比以往更加凸顯。未來10年內,項頡董事長個人認為,整個IGBT的市場有望在現有基礎上翻五六倍。


    第三代半導體進入研發階段

    第三代半導體主要以碳化硅、氮化鎵等材料為主。與傳統的第一代、第二代半導體材料硅和砷化鎵相比,第三代半導體具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率大等獨特性能,使其在光電器件、電力電子、射頻微波器件等方面展現出巨大的潛力。


    《中國制造2025》提出,到2025年,第三代半導體材料實現在5G通信、高效能源管理中的國產化率達到50%;在新能源汽車、消費電子中實現規模應用,在通用照明市場滲透率達到80%以上。


    在市場需求與良好政策的驅動下,賽晶科技在碳化硅方面也已經開始逐步布局。項頡董事長表示,賽晶科技的碳化硅產品研發將分兩步走。第一步是推出碳化硅模塊產品。在6月25日的第四屆中國國際新能源汽車功率半導體關鍵技術論壇上,賽晶科技發布了下一代單面水冷IGBT模塊—EV-Type模塊。這是專門針對電動汽車的應用需求而設計的新型模塊產品。該模塊的發布,將為明年推出的第一代碳化硅模塊做準備。第二步便是自主研發碳化硅芯片,由于其技術成本難度,預計3-4年后可實現。


    電動汽車碳化硅模塊


    單純的將IGBT芯片從模塊中取出用碳化硅芯片替代,不足以讓碳化硅芯片性能完全發揮。因此,同行企業都在開發單面水冷或雙面水冷技術。賽晶科技現在所做的,是希望在行業有所突破。比如目前公司的ED-Type模塊里芯片,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。即將推出的ST模塊雖然在外觀形式上跟現在市場主流的62mm模塊一樣,但其熱阻、雜散電感、損耗方面卻比同類產品提高25%-40%,模塊內部設計了許多大的改變。


    ED-Type模塊


    ED-Type模塊實際產品圖


    國產IGBT崛起之路

    2020年全球IGBT市場規模達到了530億元,預計2027年將達到1449億元,年復合增長率(CAGR)為15.5%1。特別是在新能源汽車以及充電樁領域,IGBT作為核心部件,需求量也得到進一步提升?,F在中國IGBT應用市場已經占到了全球約40%,市場發展潛力巨大。


    中美貿易戰之前,國內用戶只關心價格和及時供貨。中美貿易戰之后,用戶對核心元器件安全性的重視程度提升到了史無前例的水平。另外,由于疫情原因,國際大廠交貨也出了問題,整個IGBT市場供不應求,不停在漲價。這兩點對國產IGBT企業來說是個很好的發展契機。


    伴隨著行業景氣度的好轉和政策的推動,中國很多其它城市簽約功率半導體項目的數量逐年增加,國內IGBT在芯片設計、晶圓制造、模塊封裝等整個產業鏈基本都有布局。整體看來,國產IGBT崛起之路已不遠。


    任道而重遠

    賽晶科技致力于打造世界一流的IGBT芯片和模塊產品,賽晶亞太半導體IGBT生產線采用了行業領先的技術和裝備,代表了行業最先進的制造水平,作為世界范圍內電力電子技術創新研發的領先企業,賽晶科技正力爭實現“功率半導體及配套器件”和“新興電力技術”兩大產業集群的快速發展。


    賽晶科技在為中國國產IGBT的崛起而繼續奮斗!


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