功率半导体市场,是否有中国企业一席之地?
3 新能源/轨交等多产业强力支撑市场需求,高端器件急需进口替代
3.1 新能源势头正旺,全产业链拉动 IGBT 等高端器件市场需求
用电端----新能源汽车、充电桩功率半导体器件在新能源汽车和充电桩中应用广泛,内燃机引擎中所使用燃油泵和活塞,正被锂离子电池、逆变器和 IGBT 所取代。据丰田汽车统计,功率半导体器件用量在电动汽车中占到所有半导体器件的25%。Mosfet、IGBT 等功率模块也是充电桩、充电站等设备的核心电能转换器件。
在政府大力推动及各种补贴政策扶持下,2016 我国新能源汽车的产销量持高增长,全年新能源汽车销量达 50.7 万辆,同比增长 52.7%。中国市场已经成为世界上新能源汽车最大的市场,也是增速最快的市场之一。作为新能源汽车必不可少的基础配套设施,我国充电桩行业也正处于高速建设期,市场空间同样广阔,根据国家发改委印发的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)》,到 2020 年国内充换电站数量将达到 1.2 万个,分散式充电桩超过 480 万个,以满足全国 500 万辆电动汽车的充电需求。
IGBT--功率半导体皇冠,进口替代正当时
IGBT 国际厂商优势明显,国内发展潜力巨大国外研发 IGBT 器件的公司主要有英飞凌、ABB、三菱、西门康、东芝、富士等,所研发的 IGBT 器件产品规格涵盖电压 600V-6500V,电流2A-3600A,已形成完善的产品系列。
目前,国内已形成了 IDM 模式和代工模式的 IGBT 完整产业链。
政策上,国家意志推动半导体行业崛起,作为高铁、军工中关键的功率半导体器件,国家会给予政策和资金上的支持。2015 年 5 月国务院正式发布了《中国制造 2025》强国战略,明确提出将先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、高档数控机床和机器人等列为突破发展的十大重点领域。
资金上,功率半导体采用特色工艺,不追求先进制程,资金投入仅为集成电路的 1/10,国内厂商可以利用资本优势获得先进工艺,快速追赶海外巨头;
技术上,国内企业从低端功率器件起家,积累多年开始向高端器件进军,以南车、比亚迪为代表的厂商已实现技术突破,成功实现国产化 IGBT 在高铁和新能源汽车中的应用,未来会有更多的国内功率器件厂商切入这一蓝海市场。
新能源汽车/轨交市场需求加速 IGBT 国产替代
中国功率半导体市场占世界市场的 50%以上,但在新能源汽车、轨道交通等中高端 MOSFET 及IGBT 主流器件市场上, 90%主要依赖进口,基本被国外欧美、日本企业垄断。IGBT 是新能源汽车及充电桩等设备的核心技术器件。据 IHS 预测,到 2020 年全球 IGBT 市场规模可以达到 80亿美元,年复合增长率约 10%,国内市场规模将超 200 亿元,年复合增长率约为 15%,具备广阔的国产替代空间
发电端----光伏/风电装机量保障功率器件需求
功率半导体是节能减排的关键器件和基础技术,广泛应用于新能源汽车、光伏发电、风电等产业。根据规划,"十三五"期将优先发展分散式风电和分布式光伏发电,力争在 2020 年风电装机规模达到 2.5 亿千瓦时左右,发电成本低廉,与煤电基本相当;光伏发电装机规模达到 1.5亿千瓦左右,力争实现用户侧平价上网。2020 年风电和光伏并网总容量至少要达到 4 亿千瓦。
新型可再生能源的接入和管理需要大量功率半导体器件来实现控制。以太阳能光伏发电为例,由于太阳能电池和蓄电池是直流电源,而负载是交流负载时,故逆变器必不可少。逆变器按运行方式,可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统,为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。
在太阳能转换过程中,有各种先进的功率器件可以使用,比如MOSFET、双极结晶体管(BJT)和 IGBT。IGBT 可以比其它功率器件提供更多的优势,其中包括更强的电流处理能力、用电压(而不是电流)方便地实现栅极控制,以及在封装内集成超快速恢复二极管实现更快的关断时间。MOSFET 也是电压控制,同时开关速度更快,所以开关损耗比 IGBT 低。
输电端----智能电网
与现有电网相比,智能电网体现出电力流、信息流和业务流高度融合的显著特点,在绿色节能意识的驱动下,智能电网成为世界各国竞相发展的一个重点领域。大功率电力电子器件作为智能电网核心部件具有更强、更快、更有效的功能特点,多用于高压直流输电(High Voltage Direct Current, HVDC)、柔性交流输电系统(Flexible Alternating Current Transmission System, FACTS)、定制电力(CustomPower, CP)和基于电压源变换(Voltage Sourced Converter )的柔性直流输电(VSC-HVDC)。
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