中车时代电气8英寸车规级IGBT产线下线，下代产品将有质的飞跃 NE轨道交通
2020-10-23 20:22

近日，中车时代电气副总经理余康在2020年度中国汽车工业统计工作会议上表示，已于9月26日下线了中国首条8英寸车规级IGBT芯片生产线，产品将于近期推出。 IGBT是由MOS和BJT组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，被称为电力电子行业的“CPU”，具有驱动功率小、压降低和载流密度小等优势。IGBT主要分为工业级、军用级、车规级三大类，在轨道交通、新能源汽车、智能电网、家电、航空航天等领域实现了广泛应用。按照电压范围，轨道交通、智能电网等主要应用大容量高压IGBT，而家电、新能源汽车等则应用中低压IGBT。 作为国内领先的电气牵引系统龙头，中车时代电气有望充分发挥在功率半导体业务的先发优势，借助新能源汽车快速爆发的IGBT需求，实现板块收入持续增长。 目前，中车时代电气产品涵盖晶闸管、整流管、IGCT、IGBT、SiC器件，是国内领先的IDM模式的中高压IGBT供应商。其中，IGBT拥有750V~6500V共六个电压等级产品系列，公司较早布局8英寸芯片产线及扩产项目，在大尺寸晶圆布局及迎合下游需求爆发的关键期，进入了国内领先梯队。 功率半导体器件生产经历了晶闸管、IGBT和SiC三代技术，SiC是目前最先进的技术，将在未来5年成为行业主流。与IGBT相比，SiC能够有效提高系统效率，降低能耗，减小系统装置体积与重量，提高系统可靠性，可使高速列车电力转换损耗降低30%至50%。中车株洲所自主研制生产的IGBT芯片，让中国高铁上安装上了“中国芯”。 实际上，在2010年左右，时代电气开始构思SiC芯片。当时最新的技术都被国外垄断，通过完全自主摸索，一点一点完成可实施方案。 目前，中车时代电气目前已实现 650V-6500V IGBT全电压范围覆盖，并且自主设计、建造了全球首条8英寸高压IGBT芯片专业生产线，攻克了高压IGBT制造关键技术和成套工艺，是国内唯一自主掌握高铁动力IGBT芯片及模块技术的企业，相关产品批量应用于轨道交通、输配电、新能源汽车等多个高端装备领域，市场优势地位明显。 近年来，新能源汽车前景趋势越来越明朗，IGBT作为新能源汽车电控核心部件，伴随新能源汽车市场爆发式增长，未来将迎来黄金时期。中车时代电气8英寸车规级IGBT芯片量产，将有利推动国产代替，进一步降低新能源汽车的成本和提供续航能力。 第三代功率半导体是未来竞争点，也是发展关键。中车时代电气积极布局第三代半导体材料SiC，有望在未来的市场中获得更多份额。目前，功率半导体产品还覆盖轨道交通、直流输电、SVC装置和风机等多个下游领域，满足国产化替代需求，丰富的下游布局有望引领整个行业。 中车时代电气副总经理余康演讲实录 尊敬的士华秘书长，庆文院长，各位同仁，各位朋友，大家上午好，非常感谢协会能够邀请我来参加这个会议。 这个会议的主题是补链、强链，筑汽车安全的供应链，大家一讲到中车就会想起高铁，确确实实在高铁这个领域，中车已经花了很长的时间，60年时间去在高铁领域自主创新，当然也有引进消化吸收，但自主创新的时间还是很长的。我待的企业原来叫电力机车研究所，是一个科研单位后来改制成企业，企业改制完了以后我们时代电气于06年在香港上市，那时候在企业化角度是比较靠前的。所以我们说我们待在央企，但是做的跟民企一样压力的活，所以我们做了很多工作，今天跟大家汇报一下。我的演讲题目是“为汽车电动化提供中车‘芯’方案”。 分三个部分，第一部分是这块的技术源自高铁，高铁有很多东西是比我们现在汽车的电动化会早一点，因为高铁一直用电牵引，已经用了60多年的电，怎么用好它，我们有一定的根基。中国中车一直是牵引电机技术、电力电子的核心技术，从电力机车包括我们现在叫复兴号，我们提供的这种核心的动力。我们说要强化内部的资源，整合构建同心多元的格局，其实汽车也好、轨道交通也好都是交通领域，能够提供中车的技术、中车的产品、中车的方案、中车的智慧。 为什么讲来源自于高铁呢？因为我们在1959年电力机车研究所成立以后，在2001年转向电动化，电动化这一块正好有一个契机，正好又承担了国家863项目，进入了新能源汽车这个领域，当时就在器件和模块，以及在整车上面的应用我们切分出来了，专门有一个团队从事这个工作，因为01年那个时候其实电动化有点偏早，所以产业化的程度不多，但是科研领域很多。 这是整个我们做电驱系统的发展历程，从2010年的央企联盟成立以后，我们做863项目，包括第一代的电驱电控，后来到了第二代，在2016年英国成立了研发中心，再到机电耦合，机械跟电子耦合的产品，再到我们后来2019年、2020年不断在机电耦合方面进行开展研究和研发，包括我们现在也跟德国的一家企业进行合资合作，在无锡又建了工厂，所以整个过程当中我们愿意投入精力和时间，包括技术。 这样的话我们就形成了一个比较完整的产业链，有自己的IGBT，同时我们在宁波也有一个汽车的电流传感器的器件，再到模块，电机、电控，再加集成的能力，形成比较完整的产业链。 中车为什么做新能源汽车有一定的优势呢？我们自我总结了一下，一个在仿真，因为我们在机、电、热、磁这方面仿真做的可以，还有一个EMC，因为在高铁领域EMC要求是非常高的，是25000伏的，后来我们逐步把这个环境熟悉以后我们做了Class3，后来又做了Class5，这是最高等级了。 功能安全通过了C级的认证，软件架构基于控制算法，因为我们在控制技术领域有一定的沉淀，所以它有控制模型和算法，这一块一直以来是水平比较高的，包括速度传感器还有软件解码，我们还有IGBT温度的估算和对这块的评估，我们可以在电控领域在软件上面体现。 还有可靠性，我告诉大家火车最基本的工况就是30万公里，寿命是25年，你只是说在轨道上面的，没有那么大，但是功力之快，可能今天早上在哈尔滨，晚上就到广州了，一天之内可能温差几十度，我们汽车没有那么快，但是也有这个要求，我们也在这块做了一些研究，确确实实高寒和高原，甚至说湿度的影响确实很大，对产品的影响非常大。 还有工况的研究，我们这块做了一些研究，对效率提升还是可以的。我们在IGBT形成一些结合，因为传统的IGBT没有做温度的传感器，我们最近可以把这个传感器放进去，会做一个智能化的驱动控制。 第二个关于无速度传感器技术，因为我们现在很担心传感器失效以后怎么办，传感器如果失效了我们还可以实现坡行回家，这样代表着我们的功能安全方面会好一些。还有就是刚刚讲的Class5的工作。 我们在实验室的能力建设分两个地方，一个湖南株洲，一个在无锡，我们现在已经做了23000转的实验室，因为我们跟德国企业合资合作以后，他们提出对跑车的实验能力，所以我们在这块核心的设备要求比较高。 还有一些产线，我们有电控电机包括测试的产品。这块也是对电驱系统有一个产品的规划，现在这一代是圆线的，水冷的，比如说效率的模块、标准的模块，未来这一块可能是扁线的，同轴的，或者更深度的集成的，未来双面水冷的碳化硅的IGBT，功能安全的要求，以及双电机的控制，包括效率的提升，93%甚至更高。同时我们在整个产品上面打造有这么一个概念，平行轴、同心轴、双电机、双电控，这一块都做了规划。 确确实实芯片是我们真正卡脖子的一个工程，在2014年我们已经建成了国内首条8英寸IGBT线以后，我们已经达成了这些目的，他们说你中车怎么做了这个事情，严格来说我们一直在做。 从64年开始就做晶闸管，其实也是国外对我们进行封锁，那时候轨道交通电力化我们国内没有，晶闸管是很重要的，所以64年就开始做，我们正好在2006年上市以后，正好08年金融危机，我们在英国收购了Dynex，是一个上市公司，收购了75%，在这个时候我们前期已经研究过这个IGBT了，正好有这么一个时机进来了，所以我们在此基础上进行延伸。 09年把6英寸的封装线建到了株洲，11年IGBT进入到轨道交通，14年8英寸生产线在中国建成了，15年进入高压输配电，这块也很重要，16、17年我们已经进入汽车，我们讲进入是已经批量应用IGBT了，同时我们18年已经开始建碳化硅，所以我们现在在株洲有5条产线，9月26号我们下线了一条国内首条车规级8英寸的IGBT产线，这条产线的产品输出以后给汽车行业可能会提供更大的变化。现在布局株洲，英国林肯。 这里讲的就是IGBT的技术，为什么说我们对Dynex是进步的，同时我们自己也是进步的，08年收购它以后技术进行了创新，这绝对是自主创新了，对前面高功率的第四代，我们会出现第七代的精细沟槽栅的IGBT也会出来，这块的功耗更小，产品更小，电流会更大。 主要的应用领域，我们现在有6大系列板块用在高铁、国家电网、汽车、船舶都能用。这里面就是9月26号下线的产品，8英寸车规级的IGBT，10级净化区，2万片，0.13的工艺，包括智能化和制度化的工厂。 车规级的IGBT，我们主要用在汽车的乘用车上面的是S系列，有S2+、S3+模块，S系列怎么样在热阻下降，怎样功率循环能力提升10倍，怎样减少振动耐受提升1倍。L系列，因为整体体积会下降，散热、水阻、热量会下降，整体来说我们提供的是750伏的产品，从400安到1200安，为什么有这两个产品呢？整车厂大家说，怎么样加快充电的速度，有一部分还是要提高电池的电压，电池电压对IGBT的影响比较大，我们1200V的产品在电动大巴上已经用过了，所以在乘用车下上升电压等级时候，我们在这块都能提供相关的技术和产品。 刚刚讲芯片技术，封装技术能够使更大的电流，更高的可靠性，以及更高的效率。怎么在互连的技术，因为在封装里面会影响到可靠性。第二个是在铜烧结，或者银烧结，现在用的是银烧结，但是铜烧结在很高端的产品上用的，所以这块我们也做了研究。 还有双面散热，最近我们在做这个的同时发现陆陆续续汽车整车厂开始用这些内容，但是这里面做出来以后会有最大的核心点，就是对我们控制器的能力会要求更高。我们已经做了半导体5线，已经有碳化硅的产线，已经做小批量的量产产品，现在我们已经在电控领域也做了一些研究。 我们下一代的IGBT，现有的第六代的未来第七代，以及在封装的技术能够做的事情，以及未来2026—2030年，因为所有的这些产品未来可能发展都对我们汽车的核心零部件应该有一个质的飞跃，我这里面呼吁，我希望政府、行业协会、还有整车厂能够带动中国系的供应链往前发展，这样的话我相信中国的汽车产业板块能够做大做强，谢谢大家。 免责声明 此资讯系转载互联网其它网站，“NE轨道交通”微信号登载此文出于同行交流及传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其描述，文章内容仅供参考。