华为开始自己开发IGBT:在挖人!芯片股票“沸腾”:bob综合平台官网


本文摘要:昨日(11月29日),有媒体报道称,华为已开始自主研发IGBT设备,目前正在从一家国内领先的IGBT制造商那里招聘人员。

昨日(11月29日),有媒体报道称,华为已开始自主研发IGBT设备,目前正在从一家国内领先的IGBT制造商那里招聘人员。IGBT作为自动控制和电力转换的重点地区,对轨道交通、航空航天、新能源、智能电网和智能家电等朝阳产业非常重要。

根据华为官方网站,IGBT已经成为其不间断电源的焦点设备。作为双极晶体管复合器件,IGBT不仅具有驱动容易、控制简单、开关频率高的优点,还具有低导通电压、大导通电流和低损耗的技术优势。

但据公开消息称,华为之前的研发不涉及功率半导体,需要的IGBT产品主要是从英飞凌等原IGBT工厂购买的。此外,在被美国列入“实体名单”后,华为选择开始研发IGBT设备。随着全球制造业向中国转移,中国的功率半导体市场占世界市场的50%以上,是世界上最大的IGBT市场。

但IGBT产品严重依赖进口,长期被英飞凌、三菱、富士电气等国外巨头垄断。更值得注意的是,中高端领域超过90%的IGBT设备依赖进口,因此IGBT本地化迫在眉睫。

自2011年12月起,中国北车Xi安永电成为中国第一家、世界第四家能够包装6500伏以上IGBT产品的企业。2015年10月,CRRC永电与上海先进半导体公司联合研发了国内首个具有完整知识产权的6500 V高铁机车用IGBT芯片,通过高铁系统登车测试。事实上,中国一直在努力打破IGBT基本上依赖进口的困境。

值得注意的是,这些上市公司都有涉及。10月8日,工信部网站发文称,将继续推动工业半导体材料、芯片、器件、IGBT模块等产业增长。

根据工业和信息化部的表现,为了解决工业半导体材料、芯片、器件、IGBT模块等关键部件的关键技术问题,工业和信息化部等相关部门在上述主要领域大力支持关键技术研究。一是2017年,工信部推出“工业强基IGBT器件一站式应用计划”,重点支持IGBT设计、芯片制造、模块生产、IDM、上游材料、生产设备制造等环节,促进IGBT及相关产业成长。二是引导湖南建设电力半导体制造业创新中心,整合产业链上下游资源,共同应对工业半导体材料、芯片、器件、IGBT模块等领域的关键共性技术。三是引导中国宽带隙半导体及应用产业联盟发布《中国IGBT技术与工业生长门路图(2018-2030)》,引导中国IGBT产业技术升级,促进相关产业成长。

此外,10月17日,国电NARI宣布拟与国家电网下属科研单位全球能源互联网研究院有限公司合作投资成立NARI联研电力半导体有限公司,国电NARI从“IGBT模块产业化项目”部募集资金5.59亿元,占比69.8%。国电南端的IGBT是国家产业政策支持的功率半导体器件,技术难度大,R&D和生产线建设周期长,资金投入大。

焦点技术已经被国外企业垄断。现在国内缺少高端人才,只有少数国内厂商开展高压IGBT研发业务。另外,证券时报e公司也剃了光头。

在上市公司中,比亚迪、台基、兰斯微、CRRC时代电器、杨洁科技、同方、SMIC等公司均涉足IGBT产业链。其中,比亚迪已成为中国三大IGBT供应商,申请了约180项IGBT相关专利,包括约114项授权专利。受昨日利好因素刺激,电力半导体视点股票昨日逆势上涨。

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根据公开数据,英飞凌对华为的年销售额约为1亿美元,其中IGBT芯片是主要产品。英飞凌总部位于德国,是全球功率半导体领域的领导者。

目前,全球主要的IGBT供应商包括英飞凌、恩智浦、富士电气、东芝、三菱、意法半导体等西欧和日本企业。根据电压分类,英飞凌在600-1700伏范围内占据IGBT首位,恩智浦占据低压IGBT市场第一位,2500伏以上的高压主要由三菱提供。

CRRC得益于高铁对大功率IGBT的需求,在4500伏以上产品的市场份额方面位居世界第五.总的来说,中国的IGBT工业还很薄弱。根据IHS Markit 2018年的投诉数据,英飞凌在2017年IGBT模块供应商全球市场份额排名中排名第一。

袁泉:斯达股份招股说明书2019年5月,有报道称英飞凌已暂停向华为供货。此外,英飞凌澄清了消息。英飞凌在通过电子邮件发送的声明中表示:“英飞凌向华为提供的绝大多数产品不受美国出口管制执法的限制,因此将继续发货。

”任也在当时的媒体采访中盛传,德国芯片制造商英飞凌并未停止供货。从供应链安静的角度来看,华为对IGBT进行自我研究并不奇怪。国内的IGBT厂商有哪些?近年来,中国IGBT的工业化水平有所提高,比亚迪微电子、CRRC时代电气等企业都有很好的体现。根据《2019中国IGBT工业生长及市场陈诉》,2016年国内IGBT市场达到105.4亿元。

2017年中国IGBT市场规模预计为128亿元人民币,2018年中国IGBT市场规模预计为153亿元人民币,比2017年增长19.91%。得益于新能源汽车和产业需求的大幅增长,中国IGBT市场的规模将继续扩大。到2025年,中国IGBT市场规模将达到522亿元人民币,复合年增长率为19.11%。郭进证券研究报告称,目前国内IGBT行业相对单一薄,但处在快速生长阶段,已经形成了相对完整的IGBT工业链。

未来随着海内新能源车的放量,中国 IGBT 企业将迎来快速生长及入口替代的良好机缘,看好海内IGBT龙头公司。中国半导体行业协会今年5月公布了2018年中国十泰半导体功率器件企业。

扬杰科技、华微电子、苏州固锝、捷捷微电这四家A股公司跻身前十强。据媒体报道,比亚迪思量让IGBT业务独立举行IPO。IGBT科普:从PowerMOS到IGBT什么是IGBT?IGBT被称为电子行业里的“CPU”,IGBT全名叫绝缘栅双极型晶体管。单讲是一个非通即断的开关,但能蒙受几十到几百伏电压、几十到几百安电流、每秒钟开关频率最高达几万次。

接纳IGBT举行功率变换,能够提高用电效率和质量,具有高效节能和绿色环保的特点,它的应用很是广泛,小抵家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性工业,都市用到IGBT,被称为电子行业里的“CPU”。市场人士指出,IGBT降生于20世纪80年月,进入工业应用时间较晚,虽然现在占整体功率半导体分立器件市场份额仍然不大,但它代表了未来的生长偏向,市场规模增长很快。IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor),所以它是一个有MOS Gate的BJT晶体管。

奇怪吧,它到底是MOSFET还是BJT?其实都不是又都是。不绕圈子了,他就是MOSFET和BJT的组合体。我在前面讲MOSFET和BJT的时候提到过他们的优缺点,MOSFET主要是单一载流子(多子)导电,而BJT是两种载流子导电,所以BJT的驱 动电流会比MOSFET大,可是MOSFET的控制级栅极是靠场效应反型来控制的,没有分外的控制端功率损耗。所以IGBT就是使用了MOSFET和BJT的优点组合起来的,兼有MOSFET的栅极电压控制晶体管(高输入阻抗),又使用了BJT的双载流子到达大电流(低导通压降)的目的 (Voltage-Controlled Bipolar Device)。

从而到达驱动功率小、饱和压降低的完美要求,广泛应用于600V以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。传统的功率MOSFET为了等一下便于明白IGBT,我还是先讲下Power MOSFET的结构。所谓功率MOS就是要蒙受大功率,换言之也就是高电压、大电流。我们联合一般的低压MOSFET来解说如何改变结构实现高压、大电流。

1)高电压:一般的MOSFET如果Drain的高电压,很容易导致器件击穿,而一般击穿通道就是器件的另外三端(S/G/B),所以要解决高压问题必须堵死这三端。Gate端只能靠场氧垫在Gate下面隔离与漏的距离(Field-Plate),而Bulk端的PN结击穿只能靠降低PN结双方的浓度,而最讨厌的是到Source端,它则需要一个长长的漂移区来作为漏极串联电阻分压,使得电压都降在漂移区上就可以了。2) 大电流:一般的MOSFET的沟道长度有Poly CD决议,而功率MOSFET的沟道是靠两次扩散的结深差来控制,所以只要process稳定就可以做的很小,而且不受光刻精度的限制。

而器件的电流取决于W/L,所以如果要获得大电流,只需要提高W就可以了。所以上面的Power MOSFET也叫作LDMOS (Lateral Double diffusion MOS)。虽然这样的器件能够实现大功率要求,可是它依然有它固有的缺点,由于它的源、栅、漏三端都在外貌,所以漏极与源极需要拉的很长,太浪费芯片面积。而且由于器件在外貌则器件与器件之间如果要并联则庞大性增加而且需要隔离。

所以厥后生长了VDMOS(Vertical DMOS),把漏极统一放到Wafer反面去了,这样漏极和源极的漂移区长度完全可以通过反面减薄来控制,而且这样的结构更利于管子之间的并联络构实现大功率化。可是在BCD的工艺中还是的使用LDMOS结构,为了与CMOS兼容。

再给大家讲一下VDMOS的生长及演变吧,最早的VDMOS就是直接把LDMOS的Drain放到了反面通过反面减薄、Implant、金属蒸发制作出来的(如下图),他就是传说中的Planar VDMOS,它和传统的LDMOS比挑战在于反面工艺。可是它的利益是正面的工艺与传统CMOS工艺兼容,所以它还是有生命力的。可是这种结构的缺点在于它沟道是横在外貌的,面积使用率还是不够高。再厥后为了克服Planar DMOS带来的缺点,所以生长了VMOS和UMOS结构。

他们的做法是在Wafer外貌挖一个槽,把管子的沟道从原来的Planar酿成了沿着槽壁的 vertical,果真是个智慧的想法。可是一个馅饼总是会搭配一个陷阱(IC制造总是在不停trade-off),这样的结构天生的缺点是槽太深容易电 场集中而导致击穿,而且工艺难度和成本都很高,且槽的底部必须绝对rouding,否则很容易击穿或者发生应力的晶格缺陷。可是它的优点是晶饱数量比原来多许多,所以可以实现更多的晶体管并联,比力适合低电压大电流的application。另有一个经典的工具叫做CoolMOS,大家自己google学习吧。

他应该算是Power MOS撑电压最高的了,可以到1000V。IGBT的结构和原理上面先容了Power MOSFET,而IGBT其实本质上还是一个场效应晶体管,从结构上看和Power MOSFET很是靠近,就在反面的泄电极增加了一个P+层,我们称之为Injection Layer (名字的由来等下说).。

在上面先容的Power MOSFET其实基础上来讲它还是传统的MOSFET,它依然是单一载流子(多子)导电,所以我们还没有发挥出它的极致性能。所以厥后生长出一个新的结 构,我们如何能够在Power MOSFET导通的时候除了MOSFET自己的电子我还能从漏端注入空穴不就可以了吗?所以自然的就在漏端引入了一个P+的injection layer (这就是名字的由来),而从结构上漏端就多了一个P+/N-drift的PN结,不外他是正偏的,所以它不影响导通反而增加了空穴注入效应,所以它的特性就类似BJT了有两种载流子到场导电。

所以原来的source就酿成了Emitter,而Drain就酿成了Collector了。从上面结构以及右边的等效电路图看出,它有两个等效的BJT背靠背链接起来的,它其实就是PNPN的Thyristor(晶闸管),这个工具不是我们刻意做的,而是结构生成的。我在5个月前有篇文章讲Latch-up(http://ic-garden.cn/?p=511)就说了,这样的结构最要命的工具就是栓锁(Latch-up)。

而控制Latch-up的关键就在于控制Rs,只要满足α1+α2<1就可以了。另外,这样的结构利益是提高了电流驱动能力,但坏处是当器件关断时,沟道很快关断没有了多子电流,可是Collector (Drain)端这边还继续有少子空穴注入,所以整个器件的电流需要逐步才气关闭(拖尾电流, tailing current),影响了器件的关断时间及事情频率。这个可是开关器件的大忌啊,所以又引入了一个结构在P+与N-drift之间加入N+buffer层,这一层的作用就是让器件在关断的时候,从Collector端注入的空穴迅速在N+ buffer层就被复合掉提高关断频率,我们称这种结构为PT-IGBT (Punch Through型),而原来没有带N+buffer的则为NPT-IGBT。一般情况下,NPT-IGBT比PT-IGBT的Vce(sat)高,主要因为NPT是正温度系数(P+衬底较薄空穴注入较少),而PT是负温度系数(由于P衬底较厚所以空穴注入较多而导致的三极管基区调制效应显着),而Vce(sat)决议了开关损耗(switch loss),所以如果需要同样的Vce(sat),则NPT必须要增加drift厚度,所以Ron就增大了。

IGBT的未来生长业内人士普遍认为,硅基IGBT迫近质料特性极限,技术升级迫在眉睫。第三代半导体质料碳化硅是制造高温、高频、大功率半导体器件更理想衬底质料,综合性能较硅质料可提升上千倍,无论是英飞凌、ST等全球功率半导体巨头还是比亚迪微电子、中车时代电气等海内功率厂商都重注该领域,同样,开始向功率半导体领域进军的华为也不破例。未来 IGBT 将向更低的开关损耗、更高的电流密度以及更高的事情温度生长,随着数万伏高压、高于 500 ℃的高温、高频、大功率等需求的提出,硅基IGBT的性能已经迫近质料特性极限,因此碳化硅(SiC)基IGBT将站上历史舞台。

国金证券称,未来5-10年,在600V以上的高频高压领域,SiC-IGBT会开始在某些特定的应用场景中渗透,如纯电动车中的车载充电器以及数据中心供电单元(在车载充电器中,SiC-IGBT可以缩小充电器体积约 50%, 同时可以提升充电效率以及淘汰充电时间,使用期间能量效率提升5%)。预测至2022 年,SiC元器件的市场规模约10亿美元,2018-2020年CAGR 为28%,而2020年之后市场规模加速增长,2020-2022年复合增长率将到达40%。(本文综合整理自:EETOP以往文章、集微网、证券时报、国金证券等)。

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