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国产磁性元件如何从替代思维走出 走向领先

2020-09-01 10:16:32 来源:电子变压器与电感网 作者:卞娅琪 点击:5562

2020年,国人热议的不仅仅是新冠肺炎疫情发展情况,还有从去年绵延纠葛至今的贸易战,今年贸易战的热议点不在加征关税,而是对我国芯片、半导体等科技弱环进行针对性重点打击的举措,这也引起了国内企业家们、甘做冷板凳的研发人员、以及磁性元件、IC设计厂商、整机厂商等全产业链从业人士,对当前我们的发展困境进行深刻思考,国产替代、国产自强、国产领先究竟离我们有多远?

国产自给大讨论

改革开放初期,我国逐渐完善了我们缺失的产业。21世纪开始,我们在多个领域实现了跨越式发展,有即将赶超、有已赶超。但仍有一些产品的高端领域,高端市场产品的组件供应上,我们仍在落后、仍在迷失……

中国企业家们既尊重、欣赏、钦佩国外某些领域技术的同时,也加强了自我审视,加快了国产自强的发展思路。虽然国产替代自改革开放以来就一直在被提及,但从未像今天这样被重视。

在过去,我们在很多重大科研、基建项目的技术上被卡脖子,如航空航天、卫星导航系统、大型桥梁建设、盾构机研发等,几乎无一没被国外技术挡在门外,今天,上述难关已实现赶超,甚至达到世界领先水平。

现如今,国产替代,已影响到普通消费者使用的产品上来,国产自强已箭在弦上,不得不拔!

随着中美关系趋紧,面对百年未有之变局,“加快形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局”,是中国高层着眼经济中长期发展,作出的重大战略部署,其意义重要而深远。

科大讯飞董事长刘庆峰表示,今天的国际局势比以往任何时候都更加复杂,这不仅仅只影响中国的外贸型企业,几乎每一个行业、每一个企业家都将不得不面对中美之间从经济战、贸易战,到最终的科技战与科技脱钩所带来的不确定压力。

尽管如此,刘庆峰认为,中美之间无论是贸易战,还是各种政治压力,决定未来真正走向的还是科技能力。尽管今天中美科技还是有不小的差距,但是要有信心,在很多领域我们正在迎头赶上。

“应对这些外部风险,企业最重要的是要不断地超越,勇做全球第一,同时超越自我,企业家要抱团取暖,营造共生的生态。” 刘庆峰说。

7月29日至31日,华为公司创始人、CEO任正非近日在带队访问上海交通大学、复旦大学、东南大学和南京大学期间说到,在“灯塔”的照耀下,整个世界都加快了脚步,今天技术与经济的繁荣与英、美、日、俄、欧洲当年的技术灯塔作用是分不开的。我们要尊重这些国家,尊重作出贡献的先辈。

求生的欲望使我们振奋起来,寻找自救的道路。无论怎样,我们永远不会忌恨美国,那只是一部分政治家的冲动,不代表美国企业、美国的学校、美国社会。我们仍然要坚持自强、开放的道路不变。你要真正强大起来,就要向一切人学习,包括自己的敌人。

高端芯片、半导体仍是国产拦路虎

据国务院发布的相关数据显示,中国芯片自给率要在未来五年内达到70%,而2019年我国芯片自给率仅为30%左右。当然,这一数据的适用领域、实际权威性、实现率如何,我们仍未能看到结果。

业内人士表示,在政策大力推动下,芯片产业有很大的国产替代空间,整个国内芯片行业市场化发展程度也有很大的提升空间。

此外,5G、人工智能、工业互联网、大数据中心等新基建主要领域的高速发展,都对芯片产生了巨大的需求,行业内拥有技术积累的优质公司将获得更多国产替代的机会。

东莞市奥海科技股份有限公司副总经理郭修根认为,芯片、半导体方面,这些年来也有了很大的发展。

他回顾了过去他们的工作场景,“15年前,当时我们做个电源设计的芯片,都是外资,但是今天我们有很多国内企业都在做,还有在半导体、Mos管方面,15年前可能都较落后,但是现在,其实我觉得我国内一些厂商,我们在选择他们的时候,我们都认为他们做得不错。”

据深圳一家芯片设计企业工作人员介绍,他们研发的32位嵌入式处理器,已在国内多家知名品牌产品上得到了广泛应用,并且产品价格仅仅只有原先进口产品的五分之一。

深圳华强集团董秘王瑛表示,“我们最早代理的是国外的元器件,国内本土的电子元器件的原厂,这几年也获得了长足的发展,国产半导体在我们的分销平台上,占比已经超过50%。”

在深圳一家芯片设计公司,记者了解到,虽然今年上半年新冠疫情给许多行业带来了下行压力,但是芯片产业受到的影响却十分有限,该企业负责人表示,得益于额温枪和小家电等产品热销,他们公司的芯片供不应求,总销售额同比去年提高了5倍以上。

海关数据统计,2019年我国芯片的进口金额为3040亿美元,远超排名第二的原油进口额。但较2018年进口额减少了80亿美元,同比下降2.6%。业内人士认为,国产芯片的发展正在呈加速态势。

虽然芯片行业的国产化正在加速,并取得了显著成效,但是目前的产量仍然不能有效满足各行业对芯片的需求量,同时叠加部分产业对于高端芯片的进口依赖,使得近年来我国芯片的进口量一直位居世界前列。

郭修根认为很多企业已经逐渐实现了国产替代。“当然,我们也应该客观的认识到,在一些高端芯片上面,目前我们还有很大的提升空间。我觉得这几年,从国家层面、到企业层面,都意识到这个问题,在研发上投入加大了很多,研发投入可能确实是一个10年磨一剑的过程,没办法说今天投入就一定有产出。从整体的趋势上来说,我们能看到每一家企业每年的研发费用都在增长。”

在日前举办的信息化百人峰会上,华为消费者业务CEO余承东提到,中国在终端芯片和核心器件方面进展迅速,但跟美国和韩国比仍然还有一些差距。余承东此前坦承,美国新一轮打压对准的是华为并未投资的芯片制造业,由此,华为手机麒麟芯片自9月15日之后不能再继续生产。

再以屏幕驱动芯片为例,一直以来,这一产品都为韩国和中国台湾厂商所垄断。根据IHS数据,2019年Q1全球AMOLED面板驱动芯片市场中,三星的份额达到64%,处于绝对优势地位;韩国厂商MagnaChip,份额为25%。

余承东认为,包括华为在内的中国企业要构筑产业的核心能力,要向下扎到根,向上捅破天,根深才能叶茂。8月7日,他宣布,华为要全面扎根半导体,在EDA工具、芯片IP、材料设备、IC制造、封装等领域选一些难点做突围。

余承东说,“不管是弯道超车还是半道超车,我们希望在第三代半导体时代实现领先,天下没有做不成的事,只有不够大的决心和不够大的投入。”

中兴通讯股份有限公司技术总监王波认为,我们现在虽然也有很多的IC设计比较厉害,但是芯片仍是很关键的问题,芯片替代目前还是我们国家面临的重要困难,这是一个急待去破解的课题,实现芯片替代的路还很远。相对IC来说,被动器件肯定要好替代得多。

磁性元件与IC、芯片商捆绑

王波谈到,“实际上,我们也做过很多替代,往往在产品参数上面可能比较接近,但是因为我们磁性元件属于被动器件,在前面的测试过程中很容易通过,但是往往在后面长期的应用过程中,其可靠性方面可能会出问题,而且我们也确实碰到了这样的一些案例。这个对于我们国内企业来说也是一个挑战,我们不能只关注于器件的参数对等。”

他认为,我们同样需要关注磁性元件的可靠性,要研究同行业,以及其他优秀的产品的可靠性能力,提升我们企业自有产品的水平。

王波希望我们国内的磁性元件厂家能够和中兴通讯一起合力把产品做好,中兴通讯给客户承诺他们的产品是10年的寿命,“所以相对来说,我们在可靠性方面要求比较高,所以这个对于我们国内厂商来说其实是挑战,同样是机遇。”

“实际上,我们作为被动元器件,是与下游厂商做配套的,我们现在所做的替代,说白了,就是把一些可能采用欧美芯片的产品,把它上面所用到的器件给替换下来,比如电感,而实际上那些电感器早就和芯片设计是绑在一起的了。所以我希望我们国内的磁性元件企业,可以与芯片设计公司多交流,能够提供给他们更多的技术支持,我们从前端设计的时候就介入进去,等到后端我们选芯片的时候,就不用来来回回走替代这条路。”王波说。

东莞铭普光磁股份有限公司董事长杨先进、深圳顺络电子股份有限公司常务副总裁李有云都十分赞同王波谈到的关于IC设计商与磁性元件厂商的联系问题。

杨先进表示,我们被动元器件要跟芯片捆绑在一起,要做首选,而不是说替代。“用替代,实际上就把自己的产品掉了几个档次,价格也下来了,挑战机会就很大。所以我认为我们必须做行业主流的被动元器件厂商。”

“老是说替代客户的研发,也占用很多时间,替代,意味着价格要低,你没有钱再投入研发,这对企业来说挑战就很大。其实投入与利润是循环的,我盈利多,我的投入也会更多,我投入多才能盈利更多,这样才是良性循环。”

杨先进认为,就是基于我们目前的现状,很多方案公司首选可能不会选择我们国内厂商,可能到第2版、第3版、第4版,想把价格压低的时候,才找我们,所以我们挑战就很大了。

李有云顺着王波的看法谈到,实际上,他们公司在十几年前就是这样做的。李有云认为,电子产业链分工很细,IC公司一般配备一个新品的时候,他们会做一些参考设计,在参考设计基本上会把那些被动元器件附上去,整机厂就拿着参考设计去采购、生产。

“他们可能更注重整机的功能设计,所以对这种被动元器件可能关注得比较少。所以如果你到了整机厂商要准备生产,或者已经生产了,然后元器件厂商再去搞其他工作,实际上,除了时间以外,这个代价也很大。”李有云说,“我们要多跟这些IC设计方案公司交流沟通,从源头做起,在他们早期开发的时候,我们就参与进来,这个就是一种销售的方法。”

国产磁性元件可满足大部分市场

当前,很多国内磁性元件厂商已经成为众多驰名中外的企业二级、甚至一级供应商。一些中国品牌、中外合资企业、甚至一些海外品牌也使用了国产磁性元件、磁芯等产品。

北京现代生产基地主要位于北京、河北、重庆三地,五座整车工厂年产能力超过百万辆。根据北京现代汽车官网,目前在全球范围内北京现代供应商共有253家,主要分布在北京、上海、重庆、山东等地区,零部件国产化率达到97.6%。

麦捷科技主要研发、生产、销售片式功率电感、射频元器件、电子变压器等电子元器件,为下游客户提供技术支持服务和磁性元件等产品的整体解决方案。麦捷科技表示,他们向华为供应基站电源类功率电感和平板变压器等磁性元件产品。

现如今,也仍有一些国人普遍存在一个定性思维,认为国产产品就是劣质货。深圳可立克科技股份有限公司制造总监谢小青不以为然,他认为,其实就目前国产器件来讲,在国际上并不能完全用低端来形容,在电子化时代,中国的技术上已经不像以前那样了。

“一个从材料,从产品的设计工艺,到产品生产各个环节,不能说国内的产品就低端了,可能国内确实存在一些高尖端产品研发并没有走在世界前列,但我们紧跟的步伐已经在加快了,而且这个差距也不会太大了。”

我们现在做磁性元件,在实际的应用方面,这个国内肯定不会差,但是从新产品跟进方面,我们可能差这个部分,比如说一个新的产品推出来,国内是不是能够走到前沿。

他表示,即便是对磁性元件厂商来说,我们在实际应用方面,国产磁性元件并不差,但在最前端、最前沿的磁性元件新品开发方面,我们国内厂商很少能够走到前沿位置。

谢小青认为,这是因为国内很多磁性元件厂商产品研发和生产一直是跟着终端产品走,只能由终端来决定磁性元件产品。“所以我们的落后,某种程度来讲并不是我们后端问题,而是前端的问题。”

“不得不承认,某些特定产品,国外某些企业仍居于技术领先地位。”深圳市岑科实业有限公司研发工程经理钟远明认为,对于一些技术高地,国内一些企业仍需要虚心学习。钟远明告诉记者,他们在拿到国外一些产品之后,会从产品性能、制造工艺方面等多方面去分析它,之后他们主要是从材料与工艺来改进自身产品,争取能在性能上替代国外产品。

在材料选择方面,他认为,现阶段很多国内厂商基本上都是寻求替代材质,并且遵循国产优先原则,对于某些终端厂商在产品性能要求异常“苛刻”的,确实没法采用国产材料,他们才会选择一些台资厂或者国外厂商。

东莞依美电感元件有限公司主要是做仪表行业,该公司工程部主管黄路华表示,对于器件、材料的选择,主要与客户产品需求定位有关,因为涉及到收费计量产品,所以对可靠性、寿命的要求比较高。

“现在的成本压力和品质要求都比较高,特别是像我们现在做消费类相关的磁性元件,我们产品必须进行EMI测试要求,搭配前端客户的IC进行产品结构推演,研讨更适合管控关键参数的方法,” 四川经纬达科技集团有限公司研发中心技术总监范连雄说。

原材料已撑起国产一片天

在推动自身产品国产化,用于终端产品的同时,他们也多采用国产原材料,东莞市嘉龙海杰电子科技有限公司产品研发中心资深经理林亮畬表示,即便我们选用国产原材料,供应商也必须各种资质齐全,品质有所保障。“最起码要求供应商产品符合UL或者一些国际权威认证,透过国内外权威认证的材料,保证我们产品品质,也是我们产品取得客户信任不可缺少的一步。”

金属磁粉芯材料行业属于国家重点鼓励和支持的行业,为了市场高端材料的自主化,以及抢占巨大的市场,进入这一领域的企业越来越多,国产技术逐渐上一台阶。其中,惠州市安可远磁性器件有限公司在铁硅铝磁芯和铁镍磁芯等技术上取得了显著的成绩。

据安可远总经理王理平介绍,他们的合金系列产品非常丰富,全系列模具从7.8毫米到101.6毫米一应俱全,目前这些产品已经在市场推行了七年,被应用到很多终端市场。

江西耀润磁电科技有限公司在针对数据中心市场带来的市场需求,有针对性的开发高功率密度电源系统中的铁氧体材料,全力协助解决、缓解数据中心建设中存在的一些功耗难题。

江西耀润拥有完善的材料研发体系,其中自研的YR950、YR58及YR98A系列产品,在客户端的测试和使用中,都得到了良好的反响。他们紧跟市场前沿动向,在宽温、高频、小型化以及超高BS等产品的研发和生产上,走在行业前端。他们现有IATF16949认证,部分产品配合客户研发并开始应用于汽车项目上。

5G基站相关研究也出现了江西耀润的身影,他们的研发团队积极参与5G基站微波系列产品的研发和应用试验,并取得了可喜的研究成果,下一步将进行量产。

深圳市京泉华科技股份有限公司工程主管冉茂祥告诉记者,他们现在很多原料供应都是选择国内一些制造厂家。

惠州市宝惠电子科技有限公司课长何定林说,“在相同的材质、性能的时候,我们会先优先使用国内的品牌。”

“现如今,国内对于软磁材料的采购主要是以国产为主”,德维斯电子总经理邵光华认为, “国产软磁材料通过这些年的发展,相比国外产品,我们的软磁材料性能已经很接近了,特别是国内一些知名品牌与国外著名品牌的差距已经在明显缩小了。”

邵光华列举了东磁、天通、南京新康达等目前国内一线品牌,他认为,这些软磁材料品牌其实已经能够满足我们绝大部分企业对于高品质磁芯产品的需求,更关键是它性价比高,没有国外同类产品那么贵,交期也短。

东莞市大忠电子有限公司研发部副总经理陈贵林说,“我们做的基本都是客户定制品,在尽可能的情况下,无论电感器、变压器、开关电源还是电源适配器,我们所用的原材料首选国产。”

陈贵林认为,国产替代也有一个过程,我们行业初期基本都是采用国外的一些元器件原材料,随着国内磁性材料厂商开始发展,元器件厂商慢慢作调整,逐步推动着国内元器件发展。“举个例子,以前国内金属磁粉芯、铁硅铝,采用韩国、美国等海外国家的产品比较多,现在来看,基本上以国产金属磁粉芯为主了。”

三层绝缘线也是磁性元件常规原材料,近年来也先继出现了FIW线、膜包线等品类的绝缘线,奥海科技副总经理郭修根说,“我们的开发电源里面的变压器是一个安规器件,而三层绝缘线对安全隔离起到很关键的作用。如果说变压器出现耐压不良,这种我是无论如何都不能接受的,这个是零容忍的。”

东京元件有限公司技术部经理郭宏彬表示,“我们有很多中高端客户,所以对于品质要求比较高,对产品的制程、质量体系,我们要求比较严格的,比如线材方面,我们要求对他们产品的耐温程度、高压等级要求都很高。”因此,他们在选材时,会选择一些有资质的供应商,与他们长期配合开发。

郭修根表示,只要这些绝缘线厂商能够证明他们在相关市场确实是做得非常优秀,“能够让我有信心选择你的材料,我觉得进入我们的资源池是没有问题的。”

协同推动生产设备替代

国产磁性元件、磁芯等产品的研发,得益于产品研发人员在计算、推演、试验等多环节投入精力。而产品的最终大批量快速量产、保证产品稳定性、一致性等产品性能,则得益于国内自动化厂商的快速发展。

“对于生产工艺来说,一定要导入自动化设备,才能去保证大量生产的磁性元件的一致性。这也是目前我们对导入的自动化设备最基本的要求,”林亮畬说。

广东风华邦科电子有限公司研发部总工徐建平说,“在制造过程中,我们是采用更加自动化的设备,它可以使我们的产品在稳定性方面有更大的质量保证,推动我们产品质量的提升,向高端方向发展。”

在过去,磁性元件自动化生产设备基本靠从欧美日进口,如今这种替代已经是覆盖到从设备的替代、到材料的替代多个环节。

曾经最早的磁环绕线的鼻祖是美国公司,那么小的东西,现在国内都能做,而且做的不见得比他们差,据业内人士预估,目前这些美国设备在国内所有的线圈厂中,占有率连5%都不到。

美国、日本,以及我国台湾省,在一体成型电感研发、生产上一直处于较为领先的地位,除了材料方面的优势,在生产设备方面也令国内厂商肃然起敬。

随着国内电感厂商跟进研发,一些自动化厂商也加快了一体成型电感生产设备的调试。

鑫信的自动化设备及模具涵盖了磁性行业多个生产工序,其中,以一体成型设备较为突出。在这方面的产品,他们开发出电感一体成型模具、电感一体成型压机、电感成型自动上料机器人。

范连雄说,他们的产品要符合各个环节对于自动化生产的实施,“从以前单机自动化到连体的自动化,到现在推的全程自动化,即智能制造发展方向推进,所以倒推器件产品、材料,都需要尽可能的符合自动化发展的要求。我们对于材料和产品的设计,都会去跟客户做研讨,尽量避免一些必须人工化的作业。”

针对国产替代进程,范连雄表示,目前他们主要是从研发、产品结构等层面进行考虑。日前,针对华为一个方案,他们与客户研讨,计划把之前需要人工的环节省去。“在材料方面,特别是骨架、磁芯等关键材料,我们也参与了他们产品的结构优化和调整。”

深圳市瑞格精密技术有限公司投入了近2年的研发测试,升级了他们的生产车间。瑞格精密的这条柔性变压器生产线,由他们自己设计组装完成,不同于常规的变压器自动化设备,这条柔性生产线通过布署大量工业机器人、CCD辅助识别以及数字化的智能执行末稍,能够实现高频变压器的柔性智能换型。工件的流转也摒弃了变压器传统生产线的流水线设计。

瑞格精密负责人说,“变压器不仅是Made in China,还要Made by Robots。”他介绍,变压器行业在手机充电,照明,TV领域的自动化早已成熟,但对于应用于航空航海,汽车,轨道交通,新能源等领域的高阶变压器,因其工艺设计复杂,批量较小,自动化程度一直很低,而品质的可靠性以及多批量的快速反应是考验变压器工厂的硬指标,瑞格精密大量工业机器人的投入,相对比人工操作,可靠性更高。

目前,该公司生产的大功率工业电源变压器和平板变压器,从原料上线到完成入库,可以实现90%的智能化生产。

独家特色 坚持创新 走向领先

任正非带队访问上海交通大学、复旦大学、东南大学和南京大学。访问期间,他就基础研究、产学研结合、科研创新和人才培养等问题谈了自己的看法。

他提到,“我们需要创新,找到一个一个的机会点。没有原创就会陷入中等收入陷阱,房屋、汽车都会饱和的,饱和以后如何发展?不发展,一切社会问题都会产生。”

“国产化的口号不能随便喊,我们一定要自己有所提高,我们不能做成一模一样的,或者马马虎虎去替代,这样实际上对整个产业不利。一个产业发展情况如何,实际上也代表一个国家这一产业在全球的地位。”

“我相信磁性元件,不管是原材料、变压器,还是电感器,中国都应该是最大的,但是我们最大并不意味着我们最强,所以我们下一步,在替代的过程中,我们一定要做强,只有做强了以后,谁都会来找我们。”李有云说到,我们需要与整机厂、IC厂多做一些沟通,多做一些提前的布局,让我们产品能够升级,而不是很简单的做计量,去谈替代、拼接。

他认为,一个企业,应该把产品做好做精,做出自己的特色,再考虑拓展自己产品线和应用领域,“只有先做强,才能再做大。”他以顺络电子为例,他们从2000年开始做磁珠产品,用了六年时间精雕细琢,才凭借该款产品在业内有了一定知名度,之后才逐渐涉猎其他品类产品。

深圳市大润科技有限公司主要生产三层绝缘线等绝缘材料,8月28日,在“2020年磁性元器件产业发展论坛”上,该公司副总经理董前华向奥海科技副总经理郭修根交流了资源池限定的问题。

郭修根说,“资源池是为了保证产品品质和设定的,但是这些资源并没有限定一定是用国外的材料,每个资源不拒绝国内材料进来。 ”

“那么哪些材料会成为我们资源使用的东西呢?”

郭修根表示,一看品质,二看创新。如果三层绝缘线用于变压器出现耐压不良,这样的产品品质他们是零容忍的。

创新方面,他认为,其实三层绝缘线我们都知道用了很多年,但是近年也有人提出膜包线、也有叫做四层绝缘线。“我发现膜包线很明显在安规隔离上,我不需要再去加一个套管,也不需要去包装胶带,这样的话,变压器自动化程度会提高很多,这样也会间接对我的产品的品质有很大的提高,同时整个的加工成本也会降低,如果说你有这样的一些技术出现,也可能有其他方面一些技术出现,同时又能够保证品质,我觉得资源池并不是一成不变的,我们也不拒绝选择国内的厂商。 ”

如今,磁性元件上市公司也越来越多了,各个方面的研发投入也花了很大力气,相信在磁性元件,绝缘线、磁性材料等基础原材料市场,国产领先的期望不会太遥远。

 

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