《電子技術(shù)應(yīng)用》
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IGBT:低碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵核“芯”

2013-06-27

在當(dāng)今日益嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題和能源消耗壓力下,,低碳經(jīng)濟(jì)正成為世界各國(guó)的發(fā)展共識(shí),。而低碳經(jīng)濟(jì)涉及節(jié)能減排,、風(fēng)能,、太陽(yáng)能,、智能電網(wǎng),、高速列車(chē)等產(chǎn)業(yè),。不為人所知的是,,功率器件別是igbt在節(jié)能減排,、新能源、新能源汽車(chē),、高鐵,、智能電網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代和不可或缺的重要作用,是低碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵核

簡(jiǎn)單地說(shuō),,igbtinsulated gate bipolar transistor)是一種雙極型晶體管(bipolar transistor,,bjt)和mosfet復(fù)合的新型功率器件,即具有mosfet易于驅(qū)動(dòng),、控制簡(jiǎn)單,、開(kāi)關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又具有雙極型器件低飽和壓降而容量大的特點(diǎn),,頻率特性介于mosfet與功率晶體管之間,,可正常工作于幾十khz頻率范圍內(nèi),適合應(yīng)用于直流電壓為600v及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī),、變頻器,、逆變器、開(kāi)關(guān)電源,、照明電路,、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。

目前,,在政策和市場(chǎng)的雙重推動(dòng)下,,國(guó)內(nèi)igbt芯片企業(yè)正面臨重要的發(fā)展機(jī)遇。

一,、新能源,、節(jié)能環(huán)保等政策為igbt市場(chǎng)注入發(fā)展動(dòng)力

《能源發(fā)展十二五規(guī)劃》明確提出:到十二五末,每單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比十一五期末降低16%,。由于電力是目前中國(guó)主要的工業(yè)能源,,因此要實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能減排的宏大目標(biāo),關(guān)鍵就是要有效降低工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大電流和高電壓應(yīng)用的功耗,,如交流電機(jī)控制,、繼電器、ups電源,、開(kāi)關(guān)電源,、變頻器、有源濾波器,、eps電源,、工業(yè)傳動(dòng)裝置、電梯或輔助傳動(dòng)設(shè)備,、機(jī)車(chē)與列車(chē)用電源等,,以及提高新能源領(lǐng)域的能源轉(zhuǎn)換效率,如提高逆變器,、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等的轉(zhuǎn)換效率,。而上述設(shè)備的關(guān)鍵核心器件就是igbt,。

十二五節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》在節(jié)能產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)專(zhuān)題中指出,高壓變頻調(diào)速技術(shù)用于大功率風(fēng)機(jī),、水泵,、壓縮機(jī)等電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng),研發(fā)重點(diǎn)是關(guān)鍵部件絕緣柵極型功率管(igbt),??傮w上,2012年,,全社會(huì)用電量累計(jì)達(dá)49591億千瓦時(shí),,如果節(jié)省5%,則可以節(jié)約用電近2500億千瓦時(shí),,相當(dāng)于2.5個(gè)三峽大壩的年發(fā)電量,。如此大的節(jié)能潛力與我國(guó)目前粗放式的用電結(jié)構(gòu)共同決定了功率半導(dǎo)體器件,特別是igbt器件,,具有十分重要的作用,。

二、igbt市場(chǎng)持續(xù)快速增長(zhǎng),,外資企業(yè)引領(lǐng)市場(chǎng)發(fā)展

1,、igbt市場(chǎng)持續(xù)快速增長(zhǎng)

在新能源、節(jié)能環(huán)保十二五規(guī)劃等一系列國(guó)家政策措施的支持下,,國(guó)內(nèi)igbt的發(fā)展獲得巨大的推動(dòng)力,,市場(chǎng)持續(xù)快速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2013年,,國(guó)內(nèi)igbt市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)68.3億元,,同比增長(zhǎng)15.2%2013年至2015年國(guó)內(nèi)igbt市場(chǎng)規(guī)模的年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到18.3%,。

此外,,下游應(yīng)用市場(chǎng)的爆發(fā)式增長(zhǎng),將帶動(dòng)igbt芯片銷(xiāo)量的持續(xù)快速增長(zhǎng),。預(yù)計(jì)2013年,,國(guó)內(nèi)igbt芯片市場(chǎng)銷(xiāo)量為4.8億元,同比增長(zhǎng)17.0%,。2013年至2015年該市場(chǎng)的年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到20.3%,。igbt芯片企業(yè)正分享著低碳經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的高速增長(zhǎng)機(jī)遇。

2,、外資企業(yè)引領(lǐng)市場(chǎng)發(fā)展,,本土企業(yè)奮起直追

在行業(yè)格局方面,,外資企業(yè)引領(lǐng)市場(chǎng)發(fā)展,。國(guó)內(nèi)前十大igbt供應(yīng)商均為國(guó)外企業(yè),,主要是日本和歐美品牌,包括英飛凌,、三菱,、fujiabb,、ir,、飛兆等。其中,,英飛凌igbt芯片產(chǎn)量和收入位居全球市場(chǎng)首位,,一些電力半導(dǎo)體廠家均從英飛凌購(gòu)買(mǎi)igbt芯片封裝igbt模塊。2012年,,英飛凌在國(guó)內(nèi)的igbt收入達(dá)到7.9億元,,占據(jù)13.9%的市場(chǎng)份額。

由于意識(shí)到igbt的關(guān)鍵性,,國(guó)內(nèi)企業(yè)一直致力于實(shí)現(xiàn)igbt的國(guó)產(chǎn)化,。近幾年,國(guó)產(chǎn)化出現(xiàn)了較大飛躍,。天津中環(huán)半導(dǎo)體股份有限公司研制的6英寸fz單晶材料已批量應(yīng)用,,在國(guó)家02科技重大專(zhuān)項(xiàng)的推動(dòng)下,8英寸fz單晶材料已取得重大突破,;江蘇東光,、華潤(rùn)華晶、山東科達(dá)等企業(yè)已批量供應(yīng)電磁灶用1200v nptigbt,。

3,、廣闊的應(yīng)用空間推動(dòng)igbt市場(chǎng)加速發(fā)展

首先,變頻家電的迅速普及推動(dòng)其核心器件igbt市場(chǎng)快速發(fā)展,。變頻家電節(jié)能效果明顯,,通常情況下變頻家電比定頻家電可節(jié)電30%-40%。在全國(guó)的節(jié)能減排大潮推動(dòng)下,,變頻空調(diào)銷(xiāo)量占空調(diào)總銷(xiāo)量的比例由2008年的不足7%上升到2012年的47%左右,,市場(chǎng)出現(xiàn)爆發(fā)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2013年變頻空調(diào)銷(xiāo)量將繼續(xù)保持在2000萬(wàn)臺(tái)以上,。而中國(guó)變頻空調(diào)的普及率還有待進(jìn)一步提升,。另一方面,長(zhǎng)期以來(lái),,影響變頻家電市場(chǎng)普及的重要因素是價(jià)格,。隨著igbt國(guó)產(chǎn)化推進(jìn)和變頻技術(shù)的日益成熟,變頻家電的市場(chǎng)價(jià)格將大幅下降,??梢灶A(yù)計(jì),,國(guó)內(nèi)變頻家電仍然有很大的增長(zhǎng)空間,從而反過(guò)來(lái)為igbt市場(chǎng)帶來(lái)增長(zhǎng)動(dòng)力,。

其次,,電機(jī)節(jié)能是igbt的重要應(yīng)用領(lǐng)域。電機(jī)用電占全國(guó)用電量的主要部分,。事實(shí)上,,我國(guó)工業(yè)用電占全社會(huì)用電總量約75%,其中電機(jī)用電占工業(yè)用電的60%左右,??梢钥吹剑姍C(jī)用電占了國(guó)家近一半的用電量,,是電能消耗的主要途徑,。目前我國(guó)電機(jī)配備變頻器還不足10%,尚處于粗放式用電的階段,,未來(lái)市場(chǎng)潛力巨大,。隨著電機(jī)變頻器滲透率的大幅提高,勢(shì)必帶動(dòng)未來(lái)igbt市場(chǎng)的快速增長(zhǎng),。

再次,,除了以上兩大推動(dòng)力,戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)爆發(fā)性增長(zhǎng)將為igbt未來(lái)發(fā)展帶來(lái)新的突破點(diǎn),?!赌茉窗l(fā)展十二五規(guī)劃》提出,到2015年要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)規(guī)模2015年達(dá)到2100萬(wàn)千瓦,,年均增長(zhǎng)89.5%,;風(fēng)電為1億千瓦,年均增長(zhǎng)26.4%,。在技術(shù)上,,太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的是直流電,需要轉(zhuǎn)換為交流電才能并網(wǎng)使用,;同時(shí),,由于風(fēng)能的不穩(wěn)定性,風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生非固定頻率的交流電,,需要進(jìn)行交交的轉(zhuǎn)換才能并網(wǎng)使用,。兩者在電流的直交轉(zhuǎn)換中都需要以igbt為核心關(guān)鍵器件的逆變器??梢灶A(yù)計(jì),,igbt在新能源領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

此外,,混合動(dòng)力汽車(chē)(hev)和電動(dòng)汽車(chē)(ev)的出現(xiàn)為igbt創(chuàng)造了一個(gè)新的市場(chǎng),。在混合動(dòng)力車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域,,逆變器的核心是igbt,負(fù)責(zé)將蓄電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),。目前hevev尚處于成長(zhǎng)的初期,,但發(fā)展方向十分明確,,未來(lái)隨著hevev成本的下降和消費(fèi)者節(jié)能意識(shí)的提高,,新能源汽車(chē)銷(xiāo)售增長(zhǎng)必將帶動(dòng)igbt市場(chǎng)高速發(fā)展,。

高速列車(chē)市場(chǎng)也將帶來(lái)igbt的巨大需求。按照國(guó)家和各地政府規(guī)劃,,未來(lái)十年我國(guó)將新增5000輛高速列車(chē)和地鐵列車(chē),。按照每列高速列車(chē)一般需要500個(gè)igbt模塊、每列地鐵列車(chē)需要50-80個(gè)igbt模塊測(cè)算,,未來(lái)每年將平均新增10-20萬(wàn)個(gè)igbt模塊需求,。高速列車(chē)市場(chǎng)的繁榮必然帶動(dòng)igbt模塊市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。

三,、加大政策扶持力度,,促進(jìn)idm企業(yè)發(fā)展

由于中國(guó)igbt器件技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展較晚,加之技術(shù)門(mén)檻難度高,、投入大,,目前中國(guó)市場(chǎng)的igbt產(chǎn)品基本依賴(lài)進(jìn)口,國(guó)內(nèi)有數(shù)家從事中小功率igbt產(chǎn)品組裝企業(yè),,且未形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模,。因此,政府應(yīng)加大政策扶持力度,,給予igbt企業(yè)更大的財(cái)政支持,、稅收優(yōu)惠力度和相關(guān)人才引進(jìn)補(bǔ)貼等,同時(shí),,支持igbt通過(guò)并購(gòu)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),,加快國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

此外,,igbt的特點(diǎn)是系統(tǒng)應(yīng)用,、器件設(shè)計(jì)和工藝加工密切結(jié)合,國(guó)際主流igbt生產(chǎn)企業(yè)均是idm企業(yè),。國(guó)內(nèi)大部分先進(jìn)的igbt制造廠和設(shè)計(jì)企業(yè)分離,,而絕大部分系統(tǒng)廠家還沒(méi)有能力獨(dú)立發(fā)展igbt芯片生產(chǎn)線。因此,,政策應(yīng)以市場(chǎng)為導(dǎo)向,,發(fā)揮國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模優(yōu)勢(shì),,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整合,支持發(fā)展idm企業(yè),,使我國(guó)最終發(fā)展成為igbt研發(fā)生產(chǎn)大國(guó),。

總體來(lái)看,由于在節(jié)能領(lǐng)域的重要性和應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性,,加上國(guó)家政策的鼓勵(lì)支持,,igbt將受益于廣闊的應(yīng)用空間帶來(lái)的發(fā)展機(jī)遇和國(guó)產(chǎn)化契機(jī),正在成為低碳經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵核,。

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