功率器件IGBT：节能减排的大功臣

摘要：  功率器件特别是igbt在节能减排、新能源、新能源汽车、高铁、智能电网领域发挥着不可替代和不可或缺的重要作用，是低碳经济的关键核“芯”。

关键字：  igbt，双极型晶体管，mosfet，功率器件，逆变器

在当今日益严峻的环境问题和能源消耗压力下，低碳经济正成为世界各国的发展共识。而低碳经济涉及节能减排、风能、太阳能、智能电网、高速列车等产业。不为人所知的是，功率器件特别是igbt在节能减排、新能源、新能源汽车、高铁、智能电网领域发挥着不可替代和不可或缺的重要作用，是低碳经济的关键核“芯”。

简单地说，igbt(insulated gate bipolar transistor)是一种双极型晶体管(bipolar transistor，bjt)和mosfet复合的新型功率器件，即具有mosfet易于驱动、控制简单、开关频率高的优点，同时又具有双极型器件低饱和压降而容量大的特点，频率特性介于mosfet与功率晶体管之间，可正常工作于几十khz频率范围内，适合应用于直流电压为600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、逆变器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

目前，在政策和市场的双重推动下，国内igbt芯片企业正面临重要的发展机遇。

一、新能源、节能环保等政策为igbt市场注入发展动力

《能源发展“十二五”规划》明确提出：到“十二五”末，每单位国内生产总值能源消耗比“十一五”期末降低16%。由于电力是目前中国主要的工业能源，因此要实现国家节能减排的宏大目标，关键就是要有效降低工业生产过程中大电流和高电压应用的功耗，如交流电机控制、继电器、ups电源、开关电源、变频器、有源滤波器、eps电源、工业传动装置、电梯或辅助传动设备、机车与列车用电源等，以及提高新能源领域的能源转换效率，如提高逆变器、风力发电设备等的转换效率。而上述设备的关键核心器件就是igbt。

《“十二五”节能环保产业发展规划》在“节能产业关键技术”专题中指出，高压变频调速技术用于大功率风机、水泵、压缩机等电机拖动系统，研发重点是关键部件绝缘栅极型功率管(igbt)。总体上，2012年，全社会用电量累计达49591亿千瓦时，如果节省5%，则可以节约用电近2500亿千瓦时，相当于2.5个三峡大坝的年发电量。如此大的节能潜力与我国目前粗放式的用电结构共同决定了功率半导体器件，特别是igbt器件，具有十分重要的作用。

二、igbt市场持续快速增长，外资企业引领市场发展

1、igbt市场持续快速增长

在新能源、节能环保“十二五”规划等一系列国家政策措施的支持下，国内igbt的发展获得巨大的推动力，市场持续快速增长。预计2013年，国内igbt市场规模将达68.3亿元，同比增长15.2%。2013年至2015年国内igbt市场规模的年均复合增长率将达到18.3%。

此外，下游应用市场的爆发式增长，将带动igbt芯片销量的持续快速增长。预计2013年，国内igbt芯片市场销量为4.8亿元，同比增长17.0%。2013年至2015年该市场的年均复合增长率将达到20.3%。igbt芯片企业正分享着低碳经济带来的高速增长机遇。

2、外资企业引领市场发展，本土企业奋起直追

在行业格局方面，外资企业引领市场发展。国内前十大igbt供应商均为国外企业，主要是日本和欧美品牌，包括英飞凌、三菱、fuji、abb、ir、飞兆等。其中，英飞凌igbt芯片产量和收入位居全球市场首位，一些电力半导体厂家均从英飞凌购买igbt芯片封装igbt模块。2012年，英飞凌在国内的igbt收入达到7.9亿元，占据13.9%的市场份额。

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由于意识到igbt的关键性，国内企业一直致力于实现igbt的国产化。近几年，国产化出现了较大飞跃。天津中环半导体股份有限公司研制的6英寸fz单晶材料已批量应用，在国家“02”科技重大专项的推动下，8英寸fz单晶材料已取得重大突破;江苏东光、华润华晶、山东科达等企业已批量供应电磁灶用1200v npt型igbt。

3、广阔的应用空间推动igbt市场加速发展

首先，变频家电的迅速普及推动其核心器件igbt市场快速发展。变频家电节能效果明显，通常情况下变频家电比定频家电可节电30%-40%。在全国的节能减排大潮推动下，变频空调销量占空调总销量的比例由2008年的不足7%上升到2012年的47%左右，市场出现爆发增长。预计2013年变频空调销量将继续保持在2000万台以上。而中国变频空调的普及率还有待进一步提升。另一方面，长期以来，影响变频家电市场普及的重要因素是价格。随着igbt国产化推进和变频技术的日益成熟，变频家电的市场价格将大幅下降。可以预计，国内变频家电仍然有很大的增长空间，从而反过来为igbt市场带来增长动力。

其次，电机节能是igbt的重要应用领域。电机用电占全国用电量的主要部分。事实上，我国工业用电占全社会用电总量约75%，其中电机用电占工业用电的60%左右。可以看到，电机用电占了国家近一半的用电量，是电能消耗的主要途径。目前我国电机配备变频器还不足10%，尚处于粗放式用电的阶段，未来市场潜力巨大。随着电机变频器渗透率的大幅提高，势必带动未来igbt市场的快速增长。

再次，除了以上两大推动力，战略性新兴产业爆发性增长将为igbt未来发展带来新的突破点。《能源发展“十二五”规划》提出，到2015年要实现太阳能发电装机规模2015年达到2100万千瓦，年均增长89.5%;风电为1亿千瓦，年均增长26.4%。在技术上，太阳能发电过程中产生的是直流电，需要转换为交流电才能并网使用;同时，由于风能的不稳定性，风力发电机产生非固定频率的交流电，需要进行交—直—交的转换才能并网使用。两者在电流的直交转换中都需要以igbt为核心关键器件的逆变器。可以预计，igbt在新能源领域具有广阔的应用前景。

此外，混合动力汽车(hev)和电动汽车(ev)的出现为igbt创造了一个新的市场。在混合动力车和电动汽车领域，逆变器的核心是igbt，负责将蓄电池中的直流电转换为交流电从而驱动电机运转。目前hev、ev尚处于成长的初期，但发展方向十分明确，未来随着hev、ev成本的下降和消费者节能意识的提高，新能源汽车销售增长必将带动igbt市场高速发展。[!--empirenews.page--]

高速列车市场也将带来igbt的巨大需求。按照国家和各地政府规划，未来十年我国将新增5000辆高速列车和地铁列车。按照每列高速列车一般需要500个igbt模块、每列地铁列车需要50-80个igbt模块测算，未来每年将平均新增10-20万个igbt模块需求。高速列车市场的繁荣必然带动igbt模块市场快速增长。

三、加大政策扶持力度，促进idm企业发展

由于中国igbt器件技术及产业化发展较晚，加之技术门槛难度高、投入大，目前中国市场的igbt产品基本依赖进口，国内有数家从事中小功率igbt产品组装企业，且未形成产业规模。因此，政府应加大政策扶持力度，给予igbt企业更大的财政支持、税收优惠力度和相关人才引进补贴等，同时，支持igbt通过并购引进先进技术，加快国产化进程。

此外，igbt的特点是系统应用、器件设计和工艺加工密切结合，国际主流igbt生产企业均是idm企业。国内大部分先进的igbt制造厂和设计企业分离，而绝大部分系统厂家还没有能力独立发展igbt芯片生产线。因此，政策应以市场为导向，发挥国内市场规模优势，在此基础上进行整合，支持发展idm企业，使我国最终发展成为igbt研发生产大国。

总体来看，由于在节能领域的重要性和应用领域的广泛性，加上国家政策的鼓励支持，igbt将受益于广阔的应用空间带来的发展机遇和国产化契机，正在成为低碳经济的关键核“芯”。