全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)與國(guó)產(chǎn)替代加速的背景下，半導(dǎo)體設(shè)備作為產(chǎn)業(yè)基石，正迎來(lái)歷史性發(fā)展機(jī)遇。2024年中國(guó)需求增速顯著高于全球平均水平。隨著新興需求爆發(fā)，半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)呈現(xiàn)“需求擴(kuò)張+國(guó)產(chǎn)替代”雙輪驅(qū)動(dòng)邏輯。
在青島中德生態(tài)園的一家企業(yè)，公司產(chǎn)品品牌為“琴芯微”，已實(shí)現(xiàn)超1000萬(wàn)顆產(chǎn)品的批量出貨。產(chǎn)品線包括300-800V系列IPM模塊，600V、1200V系列IGBT芯片，單管及模塊。公司以高端智能功率模塊（IPM）為研發(fā)與制造核心，服務(wù)于高端智能家電、新能源汽車、工業(yè)變頻、人工智能等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。
智能功率模塊（IPM）。這些被工程師稱為“電力心臟”的模塊，即將裝入空調(diào)、新能源汽車和工業(yè)變頻器，同樣8英寸硅片，第七代IGBT技術(shù)出片量比第四代多30%，成本直降15%。這項(xiàng)突破背后，是該公司功率芯片設(shè)計(jì)與流片工藝的顛覆革新，并進(jìn)一步通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片和功率芯片匹配和集成封裝實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能化。青島造“中國(guó)芯”正以全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控的閉環(huán)生態(tài)，重塑中國(guó)智能功率模塊的全球坐標(biāo)。
山東功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“破局”的新標(biāo)桿
智能功率模塊（IPM）是一種將功率半導(dǎo)體芯片和驅(qū)動(dòng)控制芯片集成在一起的開關(guān)器件，具有高輸入阻抗、高開關(guān)頻率和耐高壓低驅(qū)動(dòng)功率的優(yōu)點(diǎn)。變頻控制方案通過(guò)提升用電效率和減少碳排放，成為高效電機(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵。IPM模塊作為其硬件基礎(chǔ)，越來(lái)越多地被用于各種變頻節(jié)能等場(chǎng)景。目前我國(guó)IPM年需求量已超7億顆，市場(chǎng)規(guī)模介于100億元-150億元，但80%以上市場(chǎng)被日韓及歐美公司占據(jù)，嚴(yán)重影響我國(guó)在該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈安全。
在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，國(guó)外企業(yè)憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)占據(jù)了超過(guò)80%的智能功率模塊市場(chǎng)份額，尤其是IGBT這一“卡脖子”核心器件，幾乎被國(guó)外企業(yè)巨頭壟斷。青島中微創(chuàng)芯總經(jīng)理孔亮博士曾坦言：“2009年我剛進(jìn)入這個(gè)行業(yè)時(shí)，國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)還處于起步階段。凡是需要變頻且集成度高的電機(jī)產(chǎn)品，都需要功率模塊，智能功率模塊每年需求量超過(guò)8億顆，市場(chǎng)總量超過(guò)100億元。”
隨著技術(shù)積累的不斷加深，青島中微創(chuàng)芯在IGBT領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了關(guān)鍵突破。公司研發(fā)的國(guó)產(chǎn)化逆導(dǎo)IGBT（RC-IGBT）智能功率模塊，經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)定，三大核心技術(shù)在國(guó)內(nèi)外公開文獻(xiàn)中未見相同報(bào)道。該模塊不僅攻克了傳統(tǒng)IGBT模塊導(dǎo)通損耗高、體積大、可靠性差等難題，還在能效比上實(shí)現(xiàn)了突破。通過(guò)芯片結(jié)構(gòu)革新，整體能效比國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品提升20%，損耗控制水平達(dá)到與國(guó)外競(jìng)品平級(jí)甚至超越的水平。同時(shí)，通過(guò)降低芯片元胞尺寸，提升模塊功率密度，提升了產(chǎn)品短路耐量，魯棒性提升50%。
“我們的第七代IGBT芯片技術(shù)，pitch達(dá)到1.4微米，在相同模塊體系下，能實(shí)現(xiàn)更高的功率輸出。”孔博士拿起兩個(gè)晶圓做對(duì)比介紹道，“這兩個(gè)芯片面積都是8寸晶圓。從芯片數(shù)量看，新7代芯片的出片數(shù)量比原來(lái)的4代芯片多至少30%。因?yàn)槲覀儞碛袃?yōu)秀的設(shè)計(jì)技術(shù)，所以可以在相同面積的芯片中實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量。同時(shí)，我們的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)在于匹配性高，通流能力及控制力強(qiáng)。”如今，公司產(chǎn)品已在空調(diào)、冰箱、新能源汽車等領(lǐng)域替代了大量國(guó)外產(chǎn)品，逐步打破國(guó)際壟斷，為山東功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“破局”樹立了標(biāo)桿。
如果將芯片比作人，那么它的控制芯片就相當(dāng)于人的大腦。驅(qū)動(dòng)芯片如同人的神經(jīng)，功率芯片和碳化硅芯片如同人的手和腳。以往，行業(yè)將驅(qū)動(dòng)芯片與功率芯片分開使用，相當(dāng)于人的神經(jīng)與手腳是分開的，而中微創(chuàng)芯做的就是將驅(qū)動(dòng)芯片和功率芯片集成在一起。“我們將‘神經(jīng)’與‘手’、‘腳’進(jìn)行了集成化設(shè)計(jì)開發(fā)，這樣提高了其靈活性。”孔亮表示。
打造產(chǎn)業(yè)鏈條的自主可控體系
青島中微創(chuàng)芯從不滿足于單一環(huán)節(jié)的突破，而是聚焦產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，通過(guò)精準(zhǔn)整合上下游資源，通過(guò)實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)與封裝測(cè)試技術(shù)的自主可控，中微創(chuàng)芯現(xiàn)已構(gòu)建覆蓋智能功率模塊全流程的自主能力，包括芯片封裝、測(cè)試及最終應(yīng)用測(cè)試等核心環(huán)節(jié)，致力于打造貫穿整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條的自主可控體系。
青島擁有優(yōu)良的智能家電產(chǎn)業(yè)集群，該公司在青島市內(nèi)已經(jīng)形成由研究機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)以及政府相關(guān)部門構(gòu)成的產(chǎn)業(yè)集群，在上游芯片到下游應(yīng)用的整體鏈條中實(shí)現(xiàn)自主可控。因此該公司在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了相關(guān)的供應(yīng)鏈整合能力。
在中游封裝測(cè)試與下游應(yīng)用環(huán)節(jié)，公司則實(shí)現(xiàn)了100%自主可控。目前，公司已建成三條IPM專用封裝測(cè)試生產(chǎn)線，月產(chǎn)能達(dá)120萬(wàn)只，還規(guī)劃在明年下半年啟動(dòng)二期工程擴(kuò)產(chǎn)。而在下游應(yīng)用端，憑借青島本地海爾、澳柯瑪?shù)戎悄芗译姰a(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢(shì)，公司能快速對(duì)接客戶需求，將封裝完成的模塊直接應(yīng)用于家電、新能源汽車等場(chǎng)景，并根據(jù)客戶反饋持續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品。
從芯片設(shè)計(jì)到協(xié)作流片，再到自主封裝測(cè)試與應(yīng)用落地，青島中微創(chuàng)芯構(gòu)建起“自主核心+協(xié)作配套”的全鏈條體系，既發(fā)揮了自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)，又整合了山東本地產(chǎn)業(yè)鏈資源，成為山東功率半導(dǎo)體“鏈”上協(xié)作的典范。
穩(wěn)定可靠的全國(guó)產(chǎn)高端智能功率模塊
該公司2022年在青島西海岸新區(qū)投資新建了智能功率模塊研發(fā)及生產(chǎn)項(xiàng)目，一期年產(chǎn)1000萬(wàn)顆IPM產(chǎn)線已于2023年底通線，可為變頻家電、新能源、工業(yè)及人工智能領(lǐng)域提供穩(wěn)定可靠的全國(guó)產(chǎn)高端智能功率模塊。憑借全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控的優(yōu)勢(shì)，目前，青島中微創(chuàng)芯的產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)寬功率范圍覆蓋，從1.5安培到900安培的電流、100伏到1700伏的電壓，全面適配智能家電、新能源、工業(yè)控制等多個(gè)領(lǐng)域，成為推動(dòng)行業(yè)升級(jí)的“動(dòng)力芯”。
在智能家電領(lǐng)域，公司的IPM模塊已深入日常生活的方方面面。孔亮介紹：“從空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)，到大家每天用的高速吹風(fēng)筒、破壁機(jī)，都有我們的產(chǎn)品。比如在空調(diào)上，我們的模塊能實(shí)現(xiàn)更低損耗，幫助空調(diào)節(jié)電省電。在洗衣機(jī)上，不僅能延長(zhǎng)設(shè)備壽命，還能提升電機(jī)控制的穩(wěn)定性。”目前，公司的系列化IPM產(chǎn)品已達(dá)到30多種，能適配不同功率需求的家電產(chǎn)品，不僅與國(guó)內(nèi)家電企業(yè)達(dá)成深度合作，還在珠三角、長(zhǎng)三角等地區(qū)占據(jù)重要市場(chǎng)份額。
在新能源領(lǐng)域，公司的大功率模塊更是展現(xiàn)出強(qiáng)勁實(shí)力。750伏、1200伏電壓的模塊廣泛應(yīng)用于商用電動(dòng)汽車、乘用車，以及儲(chǔ)能、新能源發(fā)電場(chǎng)景。孔亮博士提到：“我國(guó)在新能源汽車、儲(chǔ)能領(lǐng)域走在國(guó)際前列，這些領(lǐng)域都使用了第七代芯片技術(shù)。我們的芯片面積可以越做越小，產(chǎn)品的可靠性可以越做越高。因此在相同模塊體系下，可以實(shí)現(xiàn)更高的功率。”此外，針對(duì)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的光伏產(chǎn)業(yè)，青島中微創(chuàng)芯還在定制開發(fā)適配場(chǎng)景的產(chǎn)品，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
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