首款IGBT产品成功流片,吉利的芯片梦走到哪了?

近日,吉利科技旗下浙江晶能微电子有限公司宣布,其自主设计研发的首款车规级IGBT产品成功流片。新款芯片各项参数均达到设计要求。

图片来源:吉利科技集团微信公众号

该款IGBT芯片采用第七代微沟槽栅和场截止技术,通过优化表面结构和FS结构,兼具短路耐受同时实现更低的导通/开关损耗,功率密度增大约35%,综合性能指标达到行业领先水平。晶能与晶圆代工厂深度绑定,采用工艺共创方式持续提升芯片性能。

晶能微电子是吉利科技集团孵化的功率半导体公司,聚焦于Si IGBT&SiC MOS的研制与创新,发挥“芯片设计+模块制造+车规认证”的综合能力,为新能源汽车、电动摩托车、光伏、储能、新能源船舶等客户提供性能优越的功率产品和服务。

晶能微电子CEO潘运滨表示:“一辆典型的新能源汽车芯片用量超过1200颗。功率半导体占比接近1/4。此次IGBT产品成功流片,是晶能在芯片国产化道路上不断探索的起点,公司将持续精进、加强研发,围绕动力总成系统中的开发需求,不断研制性能优越的芯片和模块产品。”

IGBT是现代电力电子中的主导型器件,被誉为电力电子行业里的CPU,是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性的产品。近期,也有行业开发者讨论将Si IGBT和SiC MOS封装在一起,形成混合并联模块的解决方案。未来,功率芯片和模块的创新应用场景会更加丰富。

吉利的芯片布局

IGBT是新能源汽车中极其重要的电子元器件,占整车成本的7-10%,是除电池之外成本第二高的元件,也决定了整车的能源效率。但是IGBT的技术壁垒非常高,被称为“半导体皇冠上的明珠”,全球IGBT基本呈现多寡头垄断格局,前五大IGBT厂商的市场份额合计达74%,且主要为欧美日公司,仅英飞凌一家就占据近30%的市场份额。

在国内,能自研IGBT芯片的车企就是比亚迪等少数车企,比亚迪从2005年就开始涉足IGBT的研发,采用IDM模式,形成包含设计、制造、封测的完整产业链。此外还有一些国产芯片厂商专注于IGBT芯片的研发制造,如士兰微、扬杰科技、斯达半导、华润微电子等,总体来看IGBT的国产替代已经形开始起步,但是规模都比较小。

吉利这两年在车规级功率半导体方面的动作也比较频繁,除晶能微之外,早在2021年,吉利就和芯聚能半导体、芯合科技等企业合资成立广东芯粤能半导体有限公司,制造和研发车规级和工控领域的碳化硅芯片;同年8月,吉利又和功率半导体企业罗姆半导体集团达成战略合作。2022年10月,吉利和华润微电子签订合作协议,联合设立汽车传感器及应用实验室,构建车规级功率半导体产业合作机制。

除了IGBT,吉利在其他车规级芯片方面也有所布局。

2018年,吉利旗下的亿咖通与arm安谋中国合资成立了芯擎科技,推动自主研发大的SOC芯片,目前芯擎科技已经发布了国内首颗7nm车规级座舱芯片龍鷹一号。最新的消息是,芯擎科技将与中国一汽联合研发基于“龍鷹一号”芯片打造的智能座舱平台,预计将有两款搭载该智能座舱计算平台的一汽红旗品牌车型在2023年下半年量产。

此外,围绕汽车下一代电子电气架构所需的核心芯片,芯擎科技还正在研发自动驾驶芯片、车载中央处理器芯片,官方表示今年会有多款新品流片面市。

可以看出,吉利的芯片版图铺的非常大,几乎是在全品类的车规级芯片方面都有所动作。

为什么要造芯?

车企造芯早已不是一件稀罕的事,涉足造芯的企业也不止吉利一家。

传统车企方面,比亚迪算是最早造芯的车企;上汽集团2018年就与英飞凌成立合资公司上汽英飞凌汽车功率半导体(上海)有限公司,去年与上海微技术工业研究院联合设立了数十亿元规模的“国产汽车芯片专项基金”;长城汽车旗下蜂巢易创第三代半导体模组封测制造基地项目已落地;新势力这边,蔚来已经组建了一个近300人的团队专门研发自动驾驶芯片和激光雷达芯片;理想斥资1亿元成立了芯片设计公司四川理想智能动力,8月开工建设位于苏州的功率半导体研发及生产基地;小鹏在中美两地均成立了芯片研发团队,主要研发自动驾驶专用芯片。

为什么车企纷纷开始造芯?一方面,持续了两年多的芯片短缺问题让车企感受到了将核心供应链控制在自己手中的重要性;另一方面,相比于通用芯片,自研的定制化芯片确实能够最大程度地与车机系统进行深度匹配,发挥自研算法的优势。

这一点特斯拉是最好的例子。特斯拉是最早造芯的车企,马斯克曾表示,无论是Mobileye还是英伟达,都无法满足特斯拉对于性能、研发进度、成本、功率方面的要求,所以特斯拉开始自研芯片,其自研的FSD芯片当时比Mobileye的芯片整个算力提高了30倍,加快了智能汽车产业的发展。

更何况,随着智能驾驶的逐渐落地,汽车上搭载的传感器越来越多,车企对软件算法和底层芯片的需求也越来越高,希望用定制化的方式打造出有差异的自动驾驶平台,充分发挥硬件的优势。

不过,对于车企来说,造芯并不是一个简单的事,所需要的工艺难度极大,耗资也极多。中国(无锡)物联网研究院近日发文称,自研车规级芯片资金门槛非常高,据专家预测,仅以基础芯片的投入为例,起步门槛就是10亿元,如果再加上总体研发及运营,一般的芯片普遍需要百亿元以上的投资规模。目前国内涉足造芯的车企中,除了比亚迪和吉利有相关产品发布外,其余都还没有成果。

就算不考虑研发和投入成本,车企自研芯片还会面临客户单一的挑战。以比亚迪为例,比亚迪造芯已有多年经验,且旗下比亚迪半导体已经拆分独立,但根据招股书,大部分芯片仍然是自用。对于吉利这些新入行的公司,产品初期大概率是自用。但如果没有足够的出货量,很难收回芯片研发的成本,也很难通过大规模出货降低芯片成本。要取得包括竞争对手在内的客户信任,并不是一件易事。

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