文/每日財報 劉雨辰

 

功率半導體器件作為不可替代的基礎性產品，廣泛應用于工業控制、新能源發電和電能質量管理、汽車電子和汽車充電樁等領域。今天要介紹的就是功率器件中應用范圍最廣的元器件——IGBT。

 

工業萬金油

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 柵型場效應管）組成的復合全控型電壓驅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點。正因如此，IGBT的應用非常廣泛。

 

工控領域是IGBT的重要應用場景。

 

根據Trendforce統計，2018年我國IGBT下游應用領域中，新能源汽車、消費電子以及工業控制是最主要的應用領域，占比分別為31%、27%以及20%。IGBT 在工業控制領域應用場景主要包括變頻器、逆變焊機以及UPS電源等。

 

 

變頻器能夠對運行狀態下設備的電流頻率進行調節，從而降低設備運行能耗，達到節能的效果。根據英威騰官網披露的信息，抽油機起動初始狀態要求拖動電 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，會出現所謂的“大馬拉小車” 現象。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 30%以上的節電率。

 

在碳中和、碳達峰背景下，變頻器在冶金、煤炭、石油化工等工業領域的應用范圍將不斷擴大。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領域的需求持續增長。

 

逆變電焊機是IGBT在工業領域的又一重要應用。

 

根據中國電器工業協會數據，2019年我國電焊機產量為950.06萬臺，同比增加96.76萬臺，電焊機市場的持續升溫將進步推動IGBT需求量的不斷增長。同時，逆變式弧焊電源憑借優異的電源特性在電焊機市場持續滲透，推動逆變式弧焊電源的應用市場規模逐步擴大。預計到2025年，我國逆變焊機市場規模將達414億元，2020-2025年年均復合增速為7.22%。假設逆變電焊機行業平均毛利率為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，主要用于對電源穩定性要求較高的設備提供不間斷的電源。使用UPS電源為計算機系統供電，可以有效避免由于電網突然斷電導致計算機系統數據丟失問題的發生，對計算機系統以及現代化設備的穩定運行具有重要意義。

 

根據前瞻產業研究院數據，我國UPS電源2025年預計市場規模為191億元，2020-2025 年年均復合增速為12.97%。假設UPS電源行業平均毛利率為30%，IGBT在UPS電源成本占比為15%，那么到2025年我國UPS電源用IGBT市場規模將達20億元。

 

本土雙雄

國內從事 IGBT業務的企業不少，但以IGBT產品為主營業務的企業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、高頻率的環境下，對芯片的可靠性要求較高，同時芯片設計需保證開通關斷、抗短路能力和導通壓降（控制熱量）三者處于均衡狀態，芯片設計與參數調整優化十分特殊和復雜。IGBT芯片設計是功率半導體器件產業鏈中對研發實力要求很高的環節，國內僅有少數企業的技術實力逐步趕上國際主流先進企業水平。

 

斯達半導是國內IGBT龍頭，根據2020年國際著名研究及咨詢機構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。2020年，公司近95%的收入來自IGBT。

 

 

2011年，為擺脫國外供應商依賴，實現核心芯片自主供應，公司成功獨立研發出了平面柵NPT型IGBT芯片，并于2012年實現量產。2015年，公司成功獨立研發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年底實現量產。

 

作為國內目前產品線最全的IGBT供應商，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、上海電驅動等優質客戶，報告期內斯達半導共配套超過20萬輛新能源汽車，配套國內市占率達到 14.6%，在國內居于領先地位，品牌優勢與客戶認可度凸顯。

 

宏微科技成立時間稍晚于斯達半導，但也是國內第一批IGBT公司，產品涵蓋IGBT、FRED芯片及單管產品100 余種，IGBT、FRED、整流二極管及晶閘管等模塊產品400余種。其中IGBT單管芯片全部來自自研，模塊產品芯片自研外購并舉，IGBT、FRED芯片相關技術指標與行業領袖英飛凌同規格產品關鍵參數較為接近，處于行業先進水平。

 

從下游應用領域的分布來看，產品主要用于工控領域并開始布局新能源。

 

2020年公司來自工業控制、新能源及變頻白色家電領域收入分別為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%。

 

工控領域，公司主要客戶包括臺達集團、匯川技術、合康新能等多家變頻器行業領軍企業，以及佳士科技、奧太集團、上海滬工等多家知名電焊機行業企業。2020年2月，宏微科技與華為技術簽訂了《關于光伏 IGBT 產品的合作協議》，合同期限至2025年12月31日。中國企業在全球光伏逆變器市場占據主導地位，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，光伏逆變器對IGBT芯片可靠性要求嚴苛，公司產品獲華為認可，有望進一步打開其他國內企業市場空間。

 

在碳中和及節能減排的推動下，IGBT需求將進一步擴張，作為電能轉換核心器件，IGBT國產化替代迎來黃金發展期。