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IGBT专家电话会议【天风机械】
千岛湖的柚子 / 2021-11-03 19:33 发布
1.请专家介绍下车规级功率半导体相比其他类别的半导体难在哪里?是否芯片制造环节一样,而主要体现在封装技术的要求更高?
IGBT国内做的比较早,10年前开始开发,车规级功率半导体对寿命要求比较高,效率和可靠性要求也比较高。设计和封装要求都比较高, 14-15年英飞凌也没有专门的车规级的芯片,都是英飞凌来用工业级的芯片改造来的。早先也有很多的问题,做了改造如增加了面积1-2平方毫米,工业级逐步演变成了ST2-3-4,形成了车规级系列。通过更严格可靠性试验、环境试验等,可以认为车规级是工业级的定制和加强版。
2.我们看到IGBT 数据行业老大英飞凌的市场占比很高,是否技术上也有这么大的差距,还是说技术方面差距不大,只是有先发优势?
英飞凌有先发优势,对车规级标准具有指引的优势。比方说原来IGBT单管标准AQC101,原来是没有车规级模块的标准,18-19年英飞凌联合大众、博世等TIER1厂商推出AQC324,后来升级到了IOA324,通过该标准需要通过13-14道严苛的测试。模块通过了测试,PC等效于通过了15000个CYCLE,相当于8年寿命,通过25000CYCLE 相当于15年寿命,模块3轮测试,1轮最短是50天,3轮基本上就是相当于8年的寿命。乘用车设计寿命在10年以上,5年以内出现百万分之5的失效率就会要批量召回,所以相比可靠性对性价比要求没有那么苛刻。A级车里面,同样的寿命等级,同样的功率密度,要达到主流产品的水准,乘用车从开发到导入整车厂需要两年以上的时间。
3.英飞凌的产品和其他国产的产品价格差别有多大?还是说大家差距不大,各主机厂会选择适合的供应商一起开发?会有排他的可能性吗?
英飞凌在全球来看做的都比较早,封装方面他是标准的制定者。比方说外型,别的厂家只能做P2P,去模仿他的封装。如果主机厂原来只有英飞凌一家可以选,只是电机和电控的区别,比方说1.3KW/L,别的厂商则去做1.4KW/L,差别不大。海外来看,比方说丰田、本体、普锐斯,雅阁等车型,比方说英飞凌给博士定制的模块,丹佛斯给法雷奥定制的模块,TIER1会提出要求模块体积、功率密度这样的要求,细分芯片和模块厂商出方案,海外通过合作定制化方式来开发。国内的方案差异不大,A00的成本由3-4千压缩到2千以内,A级由5-6千降到了3-4千,主要是通过降低功率器件的成本。有很强的降本的需求比方说五菱宏光的迪亚MOS降到了几百块。理想、蔚来、小鹏都在找国内的IGBT厂家,找模块厂定制需求的产品。
4.目前国内厂家的产品是否还是以400V A00 A0级为主,还是目前已经有所突破,750V产品是否已经有了成熟的应用?
A00和商用物流车占比比较多的原因是厂家有很强的降本的需求。 750V模块封装是和英飞P2P对标。750V 660A/820A/900A则是做差异化的竞争,封装一样,芯片性能可能不及。国内的厂商只有通过自己的芯片技术结合定制化的封装技术,使得质量、等级、可靠性、价格有优势,则可以替代。如果只是单纯的模仿,则很难达到英飞凌的水平。安森美给CREE的双面水冷的方案,丹佛斯给博世的MOLDING方案才是未来的方向。
5.目前行业内芯片环节国内和国外的良率的差异?
目前国内的厂家能达到95%的良率,英飞凌可以达到98%。
6.目前IGBT 主流的技术是平面型还是沟槽型?两种工艺差异在哪里?是否会并存?
IGBT芯片由元胞构成,平面型耐受电流的冲击能力更强,相对安全可靠。沟槽型电流密度更高,成本低,英飞凌和国外厂家走的是沟槽型的方案,BYD是做平面型为主,但是如果要做外销则需要选择沟槽型方案。英飞凌的微沟槽技术的电流密度增加了20-30%以上,最大的优势就是性价比高,但是缺点是耐短路时间比较差,举例说明沟槽型耐短路时间为10微秒,则微沟槽降低到8微秒。两种技术各有优劣势。
7.以A 级750V车为例,目前单车的IGBT 模块有多少个,价值量在多少?
乘用车750V 820A来说,按4驱、2驱,还有豪华型性能车来测算。10-20万A级和A0采用单电控方案,120-160KW的电机H DRIVE 移动模块,3相桥(6个桥并),每个桥是750V 820A(三颗275A IGBT并联),总数是18颗IGBT和18颗二极管,基本是1000块。B级车P7 唐 宋 理想ONE等 双电驱方案,前驱120-140KW –后驱140-180KW, 2000块。高端车保时捷和蔚来,后驱功率达到240KW,前驱一样。保时捷和汉采用SIC 6000块,蔚来后驱并联两个 2000块。
8.车载充电桩用IGBT 的量有多少?价值量在多少?
慢充是6.6KW 12KW H桥 两个半桥工业模块拼接,IGBT的成本200块。超级快充 50 100 150KW ,主要用SIC的单管在做,功率大了以后,效率需要达到98%以上,传统的SI基只能达到90%,可以有很大的性能的优势。相比2-3倍的价格。5KW SI基是400 SIC则要1000以上。
9.目前国内厂家比较有竞争力的厂家有哪些?高铁用IGBT和车规级有可比性吗?
车规做的最早的是BYD自产自销, 12年就2.0用在自己的车上,15年英飞凌在BYD的车上开始送样验证,15年2.5代出来后开始大规模替代,PPM从500以上降到100个以内,18年4.0以后,可以100%替代。20年5亿,21年8亿以上,对应40多万辆新能源车的销售 。其次是斯达,开始采用的也是英飞凌的芯片,BYD买过他们的东西,他们在物流和大巴上做的比较好,A00也做了一些替代,在中低端做的比较多。中车原来做高压,现在也在做车规,18年的用低价策略布局市场,当时测试原因进展比较慢,这两年的进展不错,芯片的开发,模组的迭代更新,这两年他们也在做电控,他自己也有大巴来验证。电控开始在一汽、红旗、广汽等厂也有验证,通过电控搭载模块推广到国内头部的厂家里面。在缺货的情况下,中车有足够的产能,且能率先突破A级和以上的客户。轨道采用单管封装形式,1700V 3300V轻轨、6500V主要是高铁,原来一个模块就是2-3万,开发成功以后成本降到了7000左右,相对市场空间没有车载大。
10.目前车规级芯片的主流制成是多少纳米?在晶圆制造和封装测试等环节是否有国内的设备厂家可以参与进来?扩产的难度大吗,也就是说从规划到达产大概需要多久,设备采购是否会有限制?
IGBT芯片0.8微米都能达到工艺要求,目前3-5微米都有采用。光刻不是限制因素。高压、大电流、漏电、过流、过温这些因素是限制条件。IDM的成本更低,生产周期短,但是投资大,目前的FABLESS厂应收才10亿,没有能力承担这么大的投资能力。中高端来说、轨道、车规、风电的行业要求更高,需要Fab厂来支持,他们相当于在工业产品上来做定制化。缺货的时候,BYD车的导入量特别快从年初的2-3万-10万,FABLESS满足不了。模组里面3-4颗的并联方式,导通压降、开启电压、漏电流、测电要求在±0.1这样的要求等。每颗的精度很高,每个模块、每个批次、每一年要求稳定。没有自己的厂,很能把握。代工厂他们会切换工业级芯片和车规级,而不会采用车规级的优势,很难保证批次的稳定。
11.车规级IGBT是否有在设计的周期内的失效率的要求?是强制国标吗?还是会是车商的常规维修物料,会有存量市场?目前这一块是否标准很明确?
目前是采用的国际常用的标准, 目前国标暂时还没有出来。但是随着保有量的提升,要求越来越严格。而且不仅要满足有关模块标准,而且要通过各个车企的模块测试标准,电驱测试标准以及整车的测试标准等。
12.同等参数的IGBT车规级车能有多少溢价?对应的生产成本会更高吗?
FABLESS 毛利30%, 如果IDM 40% , 英飞凌通过技术上的领先以及行业的定价的地位能做到超过50%。其中封装测试环节占比只有15%左右。
13.车规IGBT是否从设计开始就要与主机厂沟通,然后在试制,验证 ,批量,整个导入周期要多久?
在有FAB厂的前提下,2年内可以完成试制,要模块通过认证后,下游采用开始做验证,最终才会导入整车测试。如果新建工厂,则需要4-5年。
14.主流8英寸晶圆价值量多少? 一张硅片能出多少张芯片?
8英寸主流能做1200V 200A 121颗,目前SI基8英寸的硅片价格是2600-2800元,6英寸是1500-1700元。
15.有一种说法功率半导体属于特色工艺,不属于先进工艺,所以对设备的依赖度没有那么高,相对不容易被卡脖子?是否相比设备来说,对人还有相关经验积累更加的重要?
一般来说功率半导体适用于3-5微米,先进制程是0.8微米,对光刻机的要求不高,但是对刻蚀、离子注入等环设备要求还是比较高,目前以国外的设备为主。
16.光伏和风电的价值量?光伏逆变器国际、国内厂家之间的比较?
工业产品的价值量会比较低,比方说光伏行业需求非常的分散,按照电流 电压等级来区分1200V 15A 25A 35A 450 600A 800A ,风电电压等级更高1700V,中车有产品,斯达也有试制。 工控1200V 75A 200块 PIM (三相桥IGBT+自动IGBT) 100A 250块 150A 280-300块。光伏比工业相对复杂,工艺比较小,不带基板的封装 1200V 50A 150块 80A 250块,芯片比工业多 价格高一点。风电中车 400A 模块用半桥结构,并联 拼接,一个模块在3500元左右。 光伏相对量没有这么大,但这两年成长比较快,模块和电路设计比较复杂,国内技术没有这么成熟,英飞凌和安森美芯片和封装都做出来了,国内大功率1200V 450A和 600A的半桥结构相对出货比较多。小功率的还处在测试验证送样阶段。
17.800V的产品的渗透率如何?
800V主要就是 SIC,以前主要是600V之内。具有充电优势、效率优势。开关频率很高,开关损耗:开通,电流上升,电压降低,关闭,电压上升,电流切断。SIC的效率很高,充电时间会更快。SI基效率92-95%,SIC可以做到98%。但是SIC的衬底的良率不高,缺陷和杂质很多,封装等成本也更高。100A 5×5mm SIC良率20-30%,1200V 100A 80元 SI基只要10元,充电桩10A单管成本就低很多。封装成本也是SI基的6-8倍。但是续航有优势,充电时间短,结温会更高。电控体积会更小,散热器的体积也会更小。1/3到1/5的体积,随着SIC模块的成本的降低,而且带来的综合优势,逐步会收支平衡,会逐步提升渗透比例。大厂也在降本,如果未来两年1200V 100A可以降低到30-35块。
18.CREE的降本计划在哪里?3-5年内是否扩产有难度?
衬底的成本能达到50%,国内都是在提速的方式,国外是6寸转8寸,通过大面积来做,同时减少缺陷和杂志。通过工艺的优化,芯片的由原来20 30%提升到50% 60% ,来增加效率。3-5年内,车载会更多,工控和消费即便SIC成本降低到2-3倍也没有市场。25年SIC的渗透率,700万辆新能源 100万辆装SIC后桥,单车3000块(后桥,假设成本由21年6000块降低到3000)。
19.后发的厂商需要多久来追赶?
分级别来看A00级的导入需要1年,如果是A级最快的速度也需要2年。