我国大功率半导体器件行业的发展概况及发展趋势

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(一)行业概况

　　现代电子技术包含两大部分：信息电子技术(包括：微电子、计算机、通信等)和电力电子技术(又称功率半导体技术)。集成电路是信息电子技术的核心，功率半导体器件是电力电子技术的核心。前者是实施信息的存储、传输、处理和控制指令;后者不但实施电能的存储、传输、处理和控制，保障电能安全、可靠、高效和经济的运行，而且将能源与信息高度地集成在一起。如果用人体来比喻的话，信息电子相当于人的大脑和神经中枢;而电力电子则相当于人体的心血管系统，为人体的活动传输能量，两者缺一不可。

　　(二)大功率半导体器件的发展

　　分立功率器件按照功率的大小划分为大功率半导体器件和中小功率半导体器件。具体来说，大功率晶闸管专指承受电流值在200A 以上的晶闸管产品;大功率模块则指承受电流25A 以上的模块产品;大功率IGBT、MOSFET 指电流超过50A 以上的IGBT、MOSFET 产品。

　　1956 年美国贝尔实验室(Bell Lab)发明了晶闸管，国际上，70 年代各种类型的晶闸管有了很大发展，80 年代开始加快发展大功率模块，同时各种大功率半导体器件在欧美日有很大的发展，90 年代IGBT 等全控型器件研制成功并开始得到应用。

　　在国内，60 年代晶闸管研究开始起步，70 年代研制出大功率的晶闸管，80年代以来，大功率晶闸管在中国得到很大发展，同时开始研制模块;本世纪以来，开始少量引进超大功率晶闸管(含光控晶闸管)技术;近年来国家正在逐步引进IGBT、MOSFET 技术。中国宏观经济的不断成长，带动了大功率半导体器件技术的发展和应用的不断深入。

　　晶闸管、模块、IGBT 的发明和发展顺应了电力电子技术发展的不同需要，是功率半导体发展历程中不同时段的重要标志产品，他们的应用领域、应用场合大部分不相同，小部分有交叉。

　　高电压、大电流、高频化、模块化、智能化的方向发展。在10Khz 以下、大功率、高电压的场合，大功率晶闸管和模块具有很强的抗冲击能力及高可靠性而占据优势，同时又因成本较低、应用简单而易于普及。在10Khz 以上、中低功率场合，IGBT、MOSFET 以其全控性、适用频率高而占据优势。

　　(三)大功率半导体器件市场需求状况

　　1、大功率半导体器件应用领域

　　电力电子技术用于电能分配、电能转换、电能控制，可高效率地变换电能，从而实现节能环保;电力电子已成为弱电控制与强电运行之间，信息技术与先进制造

　　技术之间，传统产业实现自动化、智能化、节能化、机电一体化之间的桥梁。因此，电力电子技术是国民经济的重要基础技术，是现代科学、工业和国防的重要支撑技术。

　　电力电子技术应用领域广阔，广泛应用于钢铁冶金、电力(发电、配电、输电)、机械制造、轨道交通、环保、石油、化工、汽车制造、船舶制造、矿山、核工业、军工等领域。由于电力电子技术的广泛渗透性，在用电场合，都可能应用电力电子技术进行电能优化;功率越大，电力电子技术的需求越强，使用电力电子技术的节能效果越显著。

　　2、大功率半导体器件分行业需求分析

　　大功率半导体器件主要使用在输电、变电和配电行业，电机驱动行业，钢铁及金属冶炼行业，轨道交通行业，大功率电源行业，电焊机行业等领域，其需求约占大功率半导体市场需求的90%以上，具体情况如下：

　　(1)电力输变电、配电领域大功率半导体器件需求分析

　　大功率半导体器件是输变电及配电控制设备的核心器件，因此，本行业中大功率半导体器件需求与设备的需求呈正相关，而设备需求又与电网投资呈正相关。

　　输配电与发电资产的比例可以反映一个国家对电能的利用水平。根据CCID的市场调研报告，目前，发达国家中输配电与发电资产的两者的投资比例约是6:4，其资产结构较为科学合理。而2005 年前中国输配电和发电资产的比例是4:6，2006-2007 年新增投资中两者比例更达到了3:7，可见近年来我国在输配电方面的投资落后于发电设备方面的投资，输配电资产比例严重偏低，电能的利用水平不高。因此，未来持续加大输配电领域的投资是中国电力工业长期发展的必然趋势。

　　输配电行业的投资主要是电网投资。国家电网公司、中国南方电网有限责任公司两家公司是国内电网的投资主体。根据“十一五”电网规划调整报告，国家电网公司计划“十一五”期间投资电网11,300 亿元，中国南方电网有限责任公司预计电网建设和改造投资的总额则在3,000 亿元左右，行业总投资规模是“十五”期间电网投资的2 倍多。根据投资规划，预测“十一五”后三年仍能保持16%的年均复合增长率。

　　电网的投资将直接拉动直流输电 (HVDC)等装置需求的增长，而直流输电(HVDC)等装置需要配套一定比例的大功率半导体器件，因此，电网投资及直流输电等装置的增长直接推动了大功率半导体元器件的市场需求。

　　2008 年电力输配电领域大功率半导体市场需求规模2.73 亿元，预计到2010年市场需求接近4 亿元，2005-2010 年市场年复合增长率接近15%，与十一

　　五期间电网投资增速基本相当。

　　(2)电机驱动领域大功率半导体器件需求分析

　　凡用电场合，都可能应用电力电子技术进行电能优化，而目前电机系统(如风机、泵类、压缩机、空调制冷机等)用电量大、使用面广，使用量大，总用电量约占全国发电量的60%。目前大多数电机未使用电力电子技术进行控制，致使大量电机能耗高、效率低;且国内电机制造技术和工艺与国外有差距，电机传动调速及系统控制技术差距较大，导致电机系统运行效率比国外先进水平低10-20 个百分点。因此，节电潜力巨大，电力电子技术在电机驱动领域发展空间巨大。根据《“十一五”十大重点节能工程实施意见》，全国现有各类电机系统总装机容量约4.2 亿千瓦，相当于每年浪费电能约1500 亿千瓦时;以三峡电站2008年完成发电量808.12 亿千瓦时计算，约相当于两个三峡电站。

　　大功率半导体器件在电机驱动领域主要应用在变频器和软启动器。因生产和工艺需要，许多设备需频繁启动、制动、反转、变速，上述动作严重影响设备能耗水平，其中风机、水泵、机床尤为明显。变频器通过改变交流电的频率进行调速，实现节能和对电机的高精度控制。软启动器则可以减少电动机起动时对电网带来的冲击，避免电网的电压波动影响电网中电气设备的正常运行，降低了无用功的损耗，节约能源，同时提高电动机及传动机械的使用寿命。因此，变频器和软启动产品近年来在各行各业得到越来越广泛的应用。

　　① 变频器的使用产生的市场需求

　　我国变频器行业在过去的20 年中逐步从起步阶段发展到趋于成熟。进入21世纪以来，中国变频器市场快速增长，中国变频器市场的年均增长速度超过了20%，远远大于近几年的GDP 增长水平。

　　目前，变频器在电气传动系统中占据的地位日趋重要，已获得巨大的节能效果。初步预计中国的变频器市场未来10 年市场潜在容量在1200 亿至1800 亿元之间，2008 年变频器市场容量(包括产品及二次开发)已达230 亿元，其中，30～40%为30KW 以上的大功率变频器，其市场容量约为69～92 亿元;在大功率变频器中，据公司估计，大功率半导体器件约占设备价值的6%，市场容量约为5.5～7 亿元。

　　② 软启动器的使用产生的市场需求

　　根据有关部门统计，全国总电机功率的50%-70%未使用任何软启动产品而直接并网运行，所以软启动器的市场需求量巨大，随着工业领域的现代化进程加快，在今后的几年内软启动器的市场需求量预计每年都会有数亿的快速增长。2008年中国软启动器的市场需求量在12 亿人民币以上，软启动器未来的年市场需求将稳定在15-20 亿人民币。据公司估计，大功率半导体器件约占软启动器价值的12%，由此带来的大功率半导体器件的年市场容量约为1.4～2.4 亿元。

　　根据CCID 的调查报告，2008 年电机驱动(包括变频器、软启动等)行业大功率半导体需求规模达到7.10 亿元，2010 年预计规模突破10.93 亿元。该领域市场增速较快，年复合增长率接近22%，未来发展势头良好。

　　(3)钢铁及金属冶炼行业需求分析

　　在钢铁及金属冶炼领域，各种复杂的、精密的，对电能质量敏感的用电设备被广泛使用。冶炼企业通常采用的设备中包括电弧炉、感应炉或矿热炉等熔炼加热设备以及轧机调速、谐波抑制、无功补偿等大量的控制类电源设备，例如，矿热炉等设备在生产过程中，产生大量谐波，造成电网污染，使供电质量下降，对其他用户造成不良影响，电力电子技术的应用可有效化解这类不良影响;同时，精密铸造、透热、淬火、保温等热处理装置的变流电源大量采用大功率半导体器件;此外，由于节能的压力以及提高效率的要求，钢铁企业作为用电大户越来越重视无功补偿所发挥的重要作用，各种调压器、整流器、功率补偿装置因此得到广泛利用，从而带动了大功率半导体器件需求的增长。

　　近年来，随着我国国民经济的快速发展，钢铁工业也取得了稳定发展。2002年至2008 年，我国生铁、钢、钢材年产量从1.71 万吨、1.82 万吨和1.93 万吨分别增长至4.71 万吨、5.0 万吨和5.82 万吨，期间年复合增长率高达18.40%、18.34%和20.20%。

　　熔炼、铸造、轧机等设备需配备电力电子设备，其需求与炼钢量的增长正相关，大功率半导体器件需求又与电力电子设备需求正相关;此外，由于大功率半导体器件在使用过程中属于易损件，带来了设备维修市场的需求。据公司估计，在钢铁及金属冶炼领域，每年新装机所需大功率半导体器件与维修需求比例为5：1。