文/每日財(cái)報(bào) 劉雨辰

 

功率半導(dǎo)體器件作為不可替代的基礎(chǔ)性產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、新能源發(fā)電和電能質(zhì)量管理、汽車電子和汽車充電樁等領(lǐng)域。今天要介紹的就是功率器件中應(yīng)用范圍最廣的元器件——IGBT。

 

工業(yè)萬金油

IGBT全稱為絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOSFET（絕緣 柵型場(chǎng)效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。兼有MOSFET 的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。正因如此，IGBT的應(yīng)用非常廣泛。

 

工控領(lǐng)域是IGBT的重要應(yīng)用場(chǎng)景。

 

根據(jù)Trendforce統(tǒng)計(jì)，2018年我國(guó)IGBT下游應(yīng)用領(lǐng)域中，新能源汽車、消費(fèi)電子以及工業(yè)控制是最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，占比分別為31%、27%以及20%。IGBT 在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用場(chǎng)景主要包括變頻器、逆變焊機(jī)以及UPS電源等。

 

 

變頻器能夠?qū)\(yùn)行狀態(tài)下設(shè)備的電流頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而降低設(shè)備運(yùn)行能耗，達(dá)到節(jié)能的效果。根據(jù)英威騰官網(wǎng)披露的信息，抽油機(jī)起動(dòng)初始狀態(tài)要求拖動(dòng)電 機(jī)的起動(dòng)力矩是抽油機(jī)實(shí)際負(fù)載的3-4倍。起動(dòng)力矩適用則負(fù)載功率必然匹配不佳，運(yùn)行負(fù)載功率遠(yuǎn)小于電機(jī)的額定功率，會(huì)出現(xiàn)所謂的“大馬拉小車” 現(xiàn)象。過剩的抽油能力令抽油機(jī)的無功抽取時(shí)間增加，造成油井開采電費(fèi)成本居高不下，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。通過對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行變頻改造，可實(shí)現(xiàn) 30%以上的節(jié)電率。

 

在碳中和、碳達(dá)峰背景下，變頻器在冶金、煤炭、石油化工等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大。同時(shí)我國(guó)城市化進(jìn)程的加快也推動(dòng)變頻器在市政、軌道交通等公共事業(yè)領(lǐng)域的需求持續(xù)增長(zhǎng)。

 

逆變電焊機(jī)是IGBT在工業(yè)領(lǐng)域的又一重要應(yīng)用。

 

根據(jù)中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2019年我國(guó)電焊機(jī)產(chǎn)量為950.06萬臺(tái)，同比增加96.76萬臺(tái)，電焊機(jī)市場(chǎng)的持續(xù)升溫將進(jìn)步推動(dòng)IGBT需求量的不斷增長(zhǎng)。同時(shí)，逆變式弧焊電源憑借優(yōu)異的電源特性在電焊機(jī)市場(chǎng)持續(xù)滲透，推動(dòng)逆變式弧焊電源的應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模逐步擴(kuò)大。預(yù)計(jì)到2025年，我國(guó)逆變焊機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)414億元，2020-2025年年均復(fù)合增速為7.22%。假設(shè)逆變電焊機(jī)行業(yè)平均毛利率為30%，IGBT在逆變電焊機(jī)成本比重為10%，則2025年我國(guó)逆變焊機(jī)用 IGBT市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)29億元。

 

UPS電源是一種含有儲(chǔ)能裝置的不間斷電源，主要用于對(duì)電源穩(wěn)定性要求較高的設(shè)備提供不間斷的電源。使用UPS電源為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電，可以有效避免由于電網(wǎng)突然斷電導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)丟失問題的發(fā)生，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代化設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

 

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，我國(guó)UPS電源2025年預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模為191億元，2020-2025 年年均復(fù)合增速為12.97%。假設(shè)UPS電源行業(yè)平均毛利率為30%，IGBT在UPS電源成本占比為15%，那么到2025年我國(guó)UPS電源用IGBT市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)20億元。

 

本土雙雄

國(guó)內(nèi)從事 IGBT業(yè)務(wù)的企業(yè)不少，但以IGBT產(chǎn)品為主營(yíng)業(yè)務(wù)的企業(yè)主要就是斯達(dá)半導(dǎo)和宏微科技。

 

IGBT壁壘高，主要是芯片難度大。IGBT芯片由于其工作在大電流、高電壓、高頻率的環(huán)境下，對(duì)芯片的可靠性要求較高，同時(shí)芯片設(shè)計(jì)需保證開通關(guān)斷、抗短路能力和導(dǎo)通壓降（控制熱量）三者處于均衡狀態(tài)，芯片設(shè)計(jì)與參數(shù)調(diào)整優(yōu)化十分特殊和復(fù)雜。IGBT芯片設(shè)計(jì)是功率半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)鏈中對(duì)研發(fā)實(shí)力要求很高的環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)的技術(shù)實(shí)力逐步趕上國(guó)際主流先進(jìn)企業(yè)水平。

 

斯達(dá)半導(dǎo)是國(guó)內(nèi)IGBT龍頭，根據(jù)2020年國(guó)際著名研究及咨詢機(jī)構(gòu)IHS最新研究報(bào)告，斯達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司在全球IGBT模塊市場(chǎng)排名第七，是唯一一家進(jìn)入全球前十的中國(guó)企業(yè)。2020年，公司近95%的收入來自IGBT。

 

 

2011年，為擺脫國(guó)外供應(yīng)商依賴，實(shí)現(xiàn)核心芯片自主供應(yīng)，公司成功獨(dú)立研發(fā)出了平面柵NPT型IGBT芯片，并于2012年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2015年，公司成功獨(dú)立研發(fā)出了最新一代溝槽柵場(chǎng)截止FS-Trench 型IGBT芯片，與市場(chǎng)主流的進(jìn)口芯片性能相當(dāng)，并于2016年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

 

作為國(guó)內(nèi)目前產(chǎn)品線最全的IGBT供應(yīng)商，斯達(dá)半導(dǎo)能夠提供從600V-3300V電壓范圍的 IGBT模塊，以及平面型、FS-Trench 型等多種IGBT產(chǎn)品，滿足不同市場(chǎng)客戶需求。從客戶與品牌端來看，公司下游客戶涵蓋匯川、英威騰、上海電驅(qū)動(dòng)等優(yōu)質(zhì)客戶，報(bào)告期內(nèi)斯達(dá)半導(dǎo)共配套超過20萬輛新能源汽車，配套國(guó)內(nèi)市占率達(dá)到 14.6%，在國(guó)內(nèi)居于領(lǐng)先地位，品牌優(yōu)勢(shì)與客戶認(rèn)可度凸顯。

 

宏微科技成立時(shí)間稍晚于斯達(dá)半導(dǎo)，但也是國(guó)內(nèi)第一批IGBT公司，產(chǎn)品涵蓋IGBT、FRED芯片及單管產(chǎn)品100 余種，IGBT、FRED、整流二極管及晶閘管等模塊產(chǎn)品400余種。其中IGBT單管芯片全部來自自研，模塊產(chǎn)品芯片自研外購(gòu)并舉，IGBT、FRED芯片相關(guān)技術(shù)指標(biāo)與行業(yè)領(lǐng)袖英飛凌同規(guī)格產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)較為接近，處于行業(yè)先進(jìn)水平。

 

從下游應(yīng)用領(lǐng)域的分布來看，產(chǎn)品主要用于工控領(lǐng)域并開始布局新能源。

 

2020年公司來自工業(yè)控制、新能源及變頻白色家電領(lǐng)域收入分別為3.02億元、1866.83萬元以及812.79萬元，占收入比重分別為91.10%、5.63%以及2.45%。

 

工控領(lǐng)域，公司主要客戶包括臺(tái)達(dá)集團(tuán)、匯川技術(shù)、合康新能等多家變頻器行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)，以及佳士科技、奧太集團(tuán)、上海滬工等多家知名電焊機(jī)行業(yè)企業(yè)。2020年2月，宏微科技與華為技術(shù)簽訂了《關(guān)于光伏 IGBT 產(chǎn)品的合作協(xié)議》，合同期限至2025年12月31日。中國(guó)企業(yè)在全球光伏逆變器市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，華為市占率全球第一。2020年全球逆變器出貨量排名前10的廠商中有6家中國(guó)企業(yè)，光伏逆變器對(duì)IGBT芯片可靠性要求嚴(yán)苛，公司產(chǎn)品獲華為認(rèn)可，有望進(jìn)一步打開其他國(guó)內(nèi)企業(yè)市場(chǎng)空間。

 

在碳中和及節(jié)能減排的推動(dòng)下，IGBT需求將進(jìn)一步擴(kuò)張，作為電能轉(zhuǎn)換核心器件，IGBT國(guó)產(chǎn)化替代迎來黃金發(fā)展期。