從夢想到現(xiàn)實(shí)，打造中國電力電子器件“國之重器”

以下文章來源于Bodos功率系統(tǒng)

賽晶IGBT生產(chǎn)線竣工投產(chǎn)紀(jì)實(shí)

6月23日，賽晶亞太半導(dǎo)體IGBT生產(chǎn)線竣工投產(chǎn)儀式在賽晶IGBT生產(chǎn)基地成功舉辦。世界電動汽車協(xié)會創(chuàng)始主席及輪值主席、中國工程院院士陳清泉；中國科學(xué)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(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會黨委書記錢慧；賽晶科技集團(tuán)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(yuǎn)、岳周敏、張靈、陳世敏、趙航、梁銘樞、張學(xué)軍等領(lǐng)導(dǎo)出席儀式，共同見證了賽晶IGBT生產(chǎn)線竣工投產(chǎn)的歷史時刻。

賽晶亞太半導(dǎo)體IGBT生產(chǎn)線投產(chǎn)儀式現(xiàn)場

期間，與會人員參觀了賽晶亞太半導(dǎo)體IGBT生產(chǎn)線及賽晶科技展廳，觀看了賽晶IGBT研發(fā)規(guī)劃，見證了IGBT智能生產(chǎn)線，并與中國工程院院士陳清泉進(jìn)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I(xiàn)GBT項目的落成是嘉善集成電路產(chǎn)業(yè)生態(tài)初步顯現(xiàn)的生動縮影。他對賽晶科技在內(nèi)的科技創(chuàng)新企業(yè)提出了前瞻性、獨(dú)特性、高端性等三方面期許，要更加注重人才和核心技術(shù)的培育創(chuàng)新，重視政府政策的驅(qū)動。在經(jīng)營方面，應(yīng)該要更加了解市場，懂得市場，并善于利用金融的力量謀發(fā)展，為中國成為科技強(qiáng)國做出貢獻(xiàn)。

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(chǎn)黨建黨一百周年前夕，賽晶亞太I(xiàn)GBT大功率半導(dǎo)體項目作為嘉善發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域引進(jìn)的頭部企業(yè)，對嘉善數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有里程碑意義。希望借助賽晶亞太I(xiàn)GBT等優(yōu)質(zhì)項目的帶動，借勢借力，努力引進(jìn)更多優(yōu)質(zhì)的集成電路企業(yè)，逐步完善產(chǎn)業(yè)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(xí)近平總書記指出：關(guān)鍵核心技術(shù)就是國之重器。IGBT正是這樣的一項關(guān)鍵技術(shù)、大國重器。IGBT對新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、節(jié)能環(huán)保等眾多國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有重要意義。國家“十四五”規(guī)劃，也將IGBT列為了亟待攻關(guān)的科技前沿領(lǐng)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(chuàng)新研發(fā)和國產(chǎn)化的先鋒，依托深厚的行業(yè)積累和國際一流的技術(shù)團(tuán)隊，以打造國際領(lǐng)先水平的國產(chǎn)IGBT為使命，于2019年3月正式啟動了自主技術(shù)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(chǎn)基地動工建設(shè)，同年9月首款I(lǐng)GBT芯片和模塊產(chǎn)品正式推出。

他表示，生產(chǎn)線正式投產(chǎn)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(lǐng)先功率半導(dǎo)體企業(yè)的一個良好開始。賽晶科技將繼續(xù)秉承“認(rèn)真、務(wù)實(shí)”科技工匠精神，加快IGBT系列產(chǎn)品的研發(fā)，推進(jìn)后續(xù)生產(chǎn)線的建設(shè)，力爭盡早讓賽晶科技品牌IGBT出現(xiàn)在千千萬萬的電動汽車、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、工業(yè)變頻設(shè)備中。

嘉善工廠制造流程

豪華研發(fā)陣容打造國際領(lǐng)先產(chǎn)品

賽晶科技在歐洲擁有三家子公司，主要負(fù)責(zé)技術(shù)研發(fā)。其中兩家子公司位于瑞士，分別負(fù)責(zé)IGBT芯片和模塊技術(shù)，以及固態(tài)開關(guān)、固態(tài)直流斷路器技術(shù)。另外一家子公司位于德國，主要負(fù)責(zé)電網(wǎng)的阻抗測量技術(shù)研究。這三家子公司在各自的技術(shù)方面都保持了國際領(lǐng)先和前沿地位。而賽晶科技在中國國內(nèi)的公司，除保留部分研發(fā)力量外，更多集中在應(yīng)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(nèi)市場客戶的本地化需求。

項頡董事長介紹道，在IGBT半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，賽晶科技的研發(fā)團(tuán)隊以原ABB半導(dǎo)體技術(shù)團(tuán)隊為主，屬于國際一流豪華陣容。如擁有22項專利，發(fā)表53篇學(xué)術(shù)論文的Raffel（拉弗爾，音譯）、擁有6項專利，發(fā)表25篇學(xué)術(shù)論文的Sven（斯文，音譯）、擁有22項專利，發(fā)表53篇學(xué)術(shù)論文的Arnost（阿諾斯特，音譯）等等。

國際領(lǐng)先研發(fā)陣容

賽晶科技國內(nèi)工廠的管理和技術(shù)人員也都來自于同行領(lǐng)先企業(yè)，在生產(chǎn)管理方面有著非常豐富的經(jīng)驗。

量產(chǎn)規(guī)劃及未來發(fā)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(xiàn)科技領(lǐng)先的核心競爭力戰(zhàn)略及決心。目前公司主要有兩個發(fā)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(qū)動等核心電力電子元器件為主；第二是研發(fā)前沿性電力電子技術(shù)，包括快速交流、直流固態(tài)開關(guān)、固態(tài)直流斷路器等產(chǎn)品。

在核心電力電子元器件領(lǐng)域，賽晶以自研IGBT技術(shù)為主要攻克方向。項頡董事長介紹說道，嘉善IGBT功率半導(dǎo)體項目于去年6月份動工，今年三季度將開始試生產(chǎn)，預(yù)計在今年四季度進(jìn)入批量正式生產(chǎn)。目前生產(chǎn)的是i20芯片，優(yōu)于國際上主流的其它廠商的第4代芯片。且實(shí)測表明，與同行企業(yè)同樣規(guī)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(fā)，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(dǎo)體技術(shù)。同時，整個生產(chǎn)線集成了MIS系統(tǒng)，每道工藝都會進(jìn)行采樣與質(zhì)量分析，是目前國內(nèi)自動化程度最高的生產(chǎn)線，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)能。

目前國內(nèi)對IGBT功率半導(dǎo)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(yán)重不足。再加之原材料上漲、中美之間的貿(mào)易戰(zhàn)等因素，導(dǎo)致產(chǎn)品價格不斷飆升。市場上的主流需求產(chǎn)品還是以1200V 750A模塊為主，在該領(lǐng)域進(jìn)口產(chǎn)品仍占大多數(shù)。借著賽晶IGBT生產(chǎn)線的投產(chǎn)契機(jī)，相信量產(chǎn)后對緩解行業(yè)缺貨有所幫助，并加速進(jìn)口替代。

談到IGBT項目量產(chǎn)的后續(xù)擴(kuò)展，項頡董事長表示，賽晶科技IGBT一期項目共計規(guī)劃建設(shè)2條IGBT芯片背面工藝生產(chǎn)線、5條IGBT模塊封裝測試生產(chǎn)線，建成后年產(chǎn)能將達(dá)到200萬件IGBT模塊產(chǎn)品。IGBT芯片制造環(huán)節(jié)分為正面工藝和背面工藝。正面工藝比較標(biāo)準(zhǔn)，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(qū)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(chǎn)品路線圖

在前沿性電力電子技術(shù)領(lǐng)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(fā)了陽極飽和電抗器。從最早的50萬伏3000安培換流閥到現(xiàn)在市場需求的110萬伏6250安培，伴隨著國內(nèi)特高壓技術(shù)不斷進(jìn)展，賽晶科技的陽極飽和電抗器技術(shù)也在隨著市場的需求而不斷提升。目前國內(nèi)的40多個特高壓直流項目均有使用賽晶科技的該產(chǎn)品。

去年年底，賽晶科技在西安鐵路局進(jìn)行了一項關(guān)于固態(tài)開關(guān)應(yīng)用的實(shí)驗項目——自動過分項。由于高鐵采用交流電，無法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，因此每50公里會有一個無電區(qū)。高鐵開到無電區(qū)后會關(guān)掉動力系統(tǒng)，依靠慣性沖出無電區(qū)。進(jìn)入無電區(qū)后高鐵需要減速，這對載貨運(yùn)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(qū)，可能只能裝載8000噸。通過使用賽晶科技的固態(tài)開關(guān)做的自動過分項，能夠保證動車組安全惰行通過無電區(qū)，而無需進(jìn)行升降弓。

迎接能源市場變革

從政策角度看，十四五規(guī)劃將IGBT作為一個重要技術(shù)，碳中和、碳達(dá)標(biāo)使能源的產(chǎn)生、消耗結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化。

發(fā)電是碳排放最大的領(lǐng)域，以后肯定需要清潔化，并大量使用光伏、風(fēng)電等。在碳中和、碳達(dá)標(biāo)后，輸電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)智能化，會通過特高壓直流輸電、柔性直流輸電等技術(shù)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(fā)展過程。

所以不管發(fā)電、輸電、用電，只要跟電相關(guān)就需要使用大功率半導(dǎo)體，功率半導(dǎo)體領(lǐng)域最核心的便是IGBT。所以在碳中和和碳達(dá)標(biāo)的大環(huán)境下，IGBT的重要性比以往更加凸顯。未來10年內(nèi)，項頡董事長個人認(rèn)為，整個IGBT的市場有望在現(xiàn)有基礎(chǔ)上翻五六倍。

第三代半導(dǎo)體進(jìn)入研發(fā)階段

第三代半導(dǎo)體主要以碳化硅、氮化鎵等材料為主。與傳統(tǒng)的第一代、第二代半導(dǎo)體材料硅和砷化鎵相比，第三代半導(dǎo)體具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率大等獨(dú)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(xiàn)出巨大的潛力。

《中國制造2025》提出，到2025年，第三代半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)在5G通信、高效能源管理中的國產(chǎn)化率達(dá)到50%；在新能源汽車、消費(fèi)電子中實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用，在通用照明市場滲透率達(dá)到80%以上。

在市場需求與良好政策的驅(qū)動下，賽晶科技在碳化硅方面也已經(jīng)開始逐步布局。項頡董事長表示，賽晶科技的碳化硅產(chǎn)品研發(fā)將分兩步走。第一步是推出碳化硅模塊產(chǎn)品。在6月25日的第四屆中國國際新能源汽車功率半導(dǎo)體關(guān)鍵技術(shù)論壇上，賽晶科技發(fā)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(yīng)用需求而設(shè)計的新型模塊產(chǎn)品。該模塊的發(fā)布，將為明年推出的第一代碳化硅模塊做準(zhǔn)備。第二步便是自主研發(fā)碳化硅芯片，由于其技術(shù)成本難度，預(yù)計3-4年后可實(shí)現(xiàn)。

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(fā)揮。因此，同行企業(yè)都在開發(fā)單面水冷或雙面水冷技術(shù)。賽晶科技現(xiàn)在所做的，是希望在行業(yè)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(xiàn)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(chǎn)品提高25%-40%，模塊內(nèi)部設(shè)計了許多大的改變。

ED-Type模塊

ED-Type模塊實(shí)際產(chǎn)品圖

國產(chǎn)IGBT崛起之路

2020年全球IGBT市場規(guī)模達(dá)到了530億元，預(yù)計2027年將達(dá)到1449億元，年復(fù)合增長率(CAGR)為15.5%1。特別是在新能源汽車以及充電樁領(lǐng)域，IGBT作為核心部件，需求量也得到進(jìn)一步提升?，F(xiàn)在中國IGBT應(yīng)用市場已經(jīng)占到了全球約40%，市場發(fā)展?jié)摿薮蟆?/span>

中美貿(mào)易戰(zhàn)之前，國內(nèi)用戶只關(guān)心價格和及時供貨。中美貿(mào)易戰(zhàn)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(yīng)求，不停在漲價。這兩點(diǎn)對國產(chǎn)IGBT企業(yè)來說是個很好的發(fā)展契機(jī)。

伴隨著行業(yè)景氣度的好轉(zhuǎn)和政策的推動，中國很多其它城市簽約功率半導(dǎo)體項目的數(shù)量逐年增加，國內(nèi)IGBT在芯片設(shè)計、晶圓制造、模塊封裝等整個產(chǎn)業(yè)鏈基本都有布局。整體看來，國產(chǎn)IGBT崛起之路已不遠(yuǎn)。

任道而重遠(yuǎn)

賽晶科技致力于打造世界一流的IGBT芯片和模塊產(chǎn)品，賽晶亞太半導(dǎo)體IGBT生產(chǎn)線采用了行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)和裝備，代表了行業(yè)最先進(jìn)的制造水平，作為世界范圍內(nèi)電力電子技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)的領(lǐng)先企業(yè)，賽晶科技正力爭實(shí)現(xiàn)“功率半導(dǎo)體及配套器件”和“新興電力技術(shù)”兩大產(chǎn)業(yè)集群的快速發(fā)展。

賽晶科技在為中國國產(chǎn)IGBT的崛起而繼續(xù)奮斗！