文/每日財報 劉雨辰

 

功率半導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 柵型場效應(yīng)管）組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件。兼有MOSFET 的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。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)用場景。

 

根據(jù)Trendforce統(tǒng)計，2018年我國IGBT下游應(yīng)用領(lǐng)域中，新能源汽車、消費電子以及工業(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)用場景主要包括變頻器、逆變焊機以及UPS電源等。

 

 

變頻器能夠?qū)\行狀態(tài)下設(shè)備的電流頻率進行調(diào)節(jié)，從而降低設(shè)備運行能耗，達到節(jié)能的效果。根據(jù)英威騰官網(wǎng)披露的信息，抽油機起動初始狀態(tài)要求拖動電 機的起動力矩是抽油機實際負載的3-4倍。起動力矩適用則負載功率必然匹配不佳，運行負載功率遠小于電機的額定功率，會出現(xiàn)所謂的“大馬拉小車” 現(xiàn)象。過剩的抽油能力令抽油機的無功抽取時間增加，造成油井開采電費成本居高不下，能源浪費嚴重。通過對抽油機進行變頻改造，可實現(xiàn) 30%以上的節(jié)電率。

 

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

 

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

 

根據(jù)中國電器工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2019年我國電焊機產(chǎn)量為950.06萬臺，同比增加96.76萬臺，電焊機市場的持續(xù)升溫將進步推動IGBT需求量的不斷增長。同時，逆變式弧焊電源憑借優(yōu)異的電源特性在電焊機市場持續(xù)滲透，推動逆變式弧焊電源的應(yīng)用市場規(guī)模逐步擴大。預計到2025年，我國逆變焊機市場規(guī)模將達414億元，2020-2025年年均復合增速為7.22%。假設(shè)逆變電焊機行業(yè)平均毛利率為30%，IGBT在逆變電焊機成本比重為10%，則2025年我國逆變焊機用 IGBT市場規(guī)模將達29億元。

 

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

 

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，我國UPS電源2025年預計市場規(guī)模為191億元，2020-2025 年年均復合增速為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UPS電源用IGBT市場規(guī)模將達20億元。

 

本土雙雄

國內(nèi)從事 IGBT業(yè)務(wù)的企業(yè)不少，但以IGBT產(chǎn)品為主營業(yè)務(wù)的企業(yè)主要就是斯達半導和宏微科技。

 

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，對芯片的可靠性要求較高，同時芯片設(shè)計需保證開通關(guān)斷、抗短路能力和導通壓降（控制熱量）三者處于均衡狀態(tài)，芯片設(shè)計與參數(shù)調(diào)整優(yōu)化十分特殊和復雜。IGBT芯片設(shè)計是功率半導體器件產(chǎn)業(yè)鏈中對研發(fā)實力要求很高的環(huán)節(jié)，國內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)的技術(shù)實力逐步趕上國際主流先進企業(yè)水平。

 

斯達半導是國內(nèi)IGBT龍頭，根據(jù)2020年國際著名研究及咨詢機構(gòu)IHS最新研究報告，斯達半導體股份有限公司在全球IGBT模塊市場排名第七，是唯一一家進入全球前十的中國企業(yè)。2020年，公司近95%的收入來自IGBT。

 

 

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

 

作為國內(nèi)目前產(chǎn)品線最全的IGBT供應(yīng)商，斯達半導能夠提供從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)動等優(yōu)質(zhì)客戶，報告期內(nèi)斯達半導共配套超過20萬輛新能源汽車，配套國內(nèi)市占率達到 14.6%，在國內(nèi)居于領(lǐng)先地位，品牌優(yōu)勢與客戶認可度凸顯。

 

宏微科技成立時間稍晚于斯達半導，但也是國內(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)品芯片自研外購并舉，IGBT、FRED芯片相關(guān)技術(shù)指標與行業(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達集團、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、上海滬工等多家知名電焊機行業(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。中國企業(yè)在全球光伏逆變器市場占據(jù)主導地位，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家中國企業(yè)，光伏逆變器對IGBT芯片可靠性要求嚴苛，公司產(chǎn)品獲華為認可，有望進一步打開其他國內(nèi)企業(yè)市場空間。

 

在碳中和及節(jié)能減排的推動下，IGBT需求將進一步擴張，作為電能轉(zhuǎn)換核心器件，IGBT國產(chǎn)化替代迎來黃金發(fā)展期。