我國大功率半導(dǎo)體器件行業(yè)的發(fā)展概況及發(fā)展趨勢

(一)行業(yè)概況

現(xiàn)代電子技術(shù)包含兩大部分：信息電子技術(shù)(包括：微電子、計算機(jī)、通信等)和電力電子技術(shù)(又稱功率半導(dǎo)體技術(shù))。集成電路是信息電子技術(shù)的核心，功率半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)的核心。前者是實施信息的存儲、傳輸、處理和控制指令;后者不但實施電能的存儲、傳輸、處理和控制，保障電能安全、可靠、高效和經(jīng)濟(jì)的運行，而且將能源與信息高度地集成在一起。如果用人體來比喻的話，信息電子相當(dāng)于人的大腦和神經(jīng)中樞;而電力電子則相當(dāng)于人體的心血管系統(tǒng)，為人體的活動傳輸能量，兩者缺一不可。

(二)大功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展

分立功率器件按照功率的大小劃分為大功率半導(dǎo)體器件和中小功率半導(dǎo)體器件。具體來說，大功率晶閘管專指承受電流值在200A以上的晶閘管產(chǎn)品;大功率模塊則指承受電流25A以上的模塊產(chǎn)品;大功率IGBT、MOSFET指電流超過50A以上的IGBT、MOSFET產(chǎn)品。

1956年美國貝爾實驗室(BellLab)發(fā)明了晶閘管，國際上，70年代各種類型的晶閘管有了很大發(fā)展，80年代開始加快發(fā)展大功率模塊，同時各種大功率半導(dǎo)體器件在歐美日有很大的發(fā)展，90年代IGBT等全控型器件研制成功并開始得到應(yīng)用。

在國內(nèi)，60年代晶閘管研究開始起步，70年代研制出大功率的晶閘管，80年代以來，大功率晶閘管在中國得到很大發(fā)展，同時開始研制模塊;本世紀(jì)以來，開始少量引進(jìn)超大功率晶閘管(含光控晶閘管)技術(shù);近年來國家正在逐步引進(jìn)IGBT、MOSFET技術(shù)。中國宏觀經(jīng)濟(jì)的不斷成長，帶動了大功率半導(dǎo)體器件技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的不斷深入。

晶閘管、模塊、IGBT的發(fā)明和發(fā)展順應(yīng)了電力電子技術(shù)發(fā)展的不同需要，是功率半導(dǎo)體發(fā)展歷程中不同時段的重要標(biāo)志產(chǎn)品，他們的應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用場合大部分不相同，小部分有交叉。

高電壓、大電流、高頻化、模塊化、智能化的方向發(fā)展。在10Khz以下、大功率、高電壓的場合，大功率晶閘管和模塊具有很強(qiáng)的抗沖擊能力及高可靠性而占據(jù)優(yōu)勢，同時又因成本較低、應(yīng)用簡單而易于普及。在10Khz以上、中低功率場合，IGBT、MOSFET以其全控性、適用頻率高而占據(jù)優(yōu)勢。

(三)大功率半導(dǎo)體器件市場需求狀況

1、大功率半導(dǎo)體器件應(yīng)用領(lǐng)域

電力電子技術(shù)用于電能分配、電能轉(zhuǎn)換、電能控制，可高效率地變換電能，從而實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保;電力電子已成為弱電控制與強(qiáng)電運行之間，信息技術(shù)與先進(jìn)制造

技術(shù)之間，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)自動化、智能化、節(jié)能化、機(jī)電一體化之間的橋梁。因此，電力電子技術(shù)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)、工業(yè)和國防的重要支撐技術(shù)。

電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，廣泛應(yīng)用于鋼鐵冶金、電力(發(fā)電、配電、輸電)、機(jī)械制造、軌道交通、環(huán)保、石油、化工、汽車制造、船舶制造、礦山、核工業(yè)、軍工等領(lǐng)域。由于電力電子技術(shù)的廣泛滲透性，在用電場合，都可能應(yīng)用電力電子技術(shù)進(jìn)行電能優(yōu)化;功率越大，電力電子技術(shù)的需求越強(qiáng)，使用電力電子技術(shù)的節(jié)能效果越顯著。

2、大功率半導(dǎo)體器件分行業(yè)需求分析

大功率半導(dǎo)體器件主要使用在輸電、變電和配電行業(yè)，電機(jī)驅(qū)動行業(yè)，鋼鐵及金屬冶煉行業(yè)，軌道交通行業(yè)，大功率電源行業(yè)，電焊機(jī)行業(yè)等領(lǐng)域，其需求約占大功率半導(dǎo)體市場需求的90%以上，具體情況如下：

(1)電力輸變電、配電領(lǐng)域大功率半導(dǎo)體器件需求分析

大功率半導(dǎo)體器件是輸變電及配電控制設(shè)備的核心器件，因此，本行業(yè)中大功率半導(dǎo)體器件需求與設(shè)備的需求呈正相關(guān)，而設(shè)備需求又與電網(wǎng)投資呈正相關(guān)。

輸配電與發(fā)電資產(chǎn)的比例可以反映一個國家對電能的利用水平。根據(jù)CCID的市場調(diào)研報告，目前，發(fā)達(dá)國家中輸配電與發(fā)電資產(chǎn)的兩者的投資比例約是6:4，其資產(chǎn)結(jié)構(gòu)較為科學(xué)合理。而2005年前中國輸配電和發(fā)電資產(chǎn)的比例是4:6，2006-2007年新增投資中兩者比例更達(dá)到了3:7，可見近年來我國在輸配電方面的投資落后于發(fā)電設(shè)備方面的投資，輸配電資產(chǎn)比例嚴(yán)重偏低，電能的利用水平不高。因此，未來持續(xù)加大輸配電領(lǐng)域的投資是中國電力工業(yè)長期發(fā)展的必然趨勢。

輸配電行業(yè)的投資主要是電網(wǎng)投資。國家電網(wǎng)公司、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司兩家公司是國內(nèi)電網(wǎng)的投資主體。根據(jù)“十一五”電網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整報告，國家電網(wǎng)公司計劃“十一五”期間投資電網(wǎng)11,300億元，中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司預(yù)計電網(wǎng)建設(shè)和改造投資的總額則在3,000億元左右，行業(yè)總投資規(guī)模是“十五”期間電網(wǎng)投資的2倍多。根據(jù)投資規(guī)劃，預(yù)測“十一五”后三年仍能保持16%的年均復(fù)合增長率。

電網(wǎng)的投資將直接拉動直流輸電(HVDC)等裝置需求的增長，而直流輸電(HVDC)等裝置需要配套一定比例的大功率半導(dǎo)體器件，因此，電網(wǎng)投資及直流輸電等裝置的增長直接推動了大功率半導(dǎo)體元器件的市場需求。

2008年電力輸配電領(lǐng)域大功率半導(dǎo)體市場需求規(guī)模2.73億元，預(yù)計到2010年市場需求接近4億元，2005-2010年市場年復(fù)合增長率接近15%，與十一五期間電網(wǎng)投資增速基本相當(dāng)。

(2)電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域大功率半導(dǎo)體器件需求分析

凡用電場合，都可能應(yīng)用電力電子技術(shù)進(jìn)行電能優(yōu)化，而目前電機(jī)系統(tǒng)(如風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)、空調(diào)制冷機(jī)等)用電量大、使用面廣，使用量大，總用電量約占全國發(fā)電量的60%。目前大多數(shù)電機(jī)未使用電力電子技術(shù)進(jìn)行控制，致使大量電機(jī)能耗高、效率低;且國內(nèi)電機(jī)制造技術(shù)和工藝與國外有差距，電機(jī)傳動調(diào)速及系統(tǒng)控制技術(shù)差距較大，導(dǎo)致電機(jī)系統(tǒng)運行效率比國外先進(jìn)水平低10-20個百分點。因此，節(jié)電潛力巨大，電力電子技術(shù)在電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域發(fā)展空間巨大。根據(jù)《“十一五”十大重點節(jié)能工程實施意見》，全國現(xiàn)有各類電機(jī)系統(tǒng)總裝機(jī)容量約4.2億千瓦，相當(dāng)于每年浪費電能約1500億千瓦時;以三峽電站2008年完成發(fā)電量808.12億千瓦時計算，約相當(dāng)于兩個三峽電站。

大功率半導(dǎo)體器件在電機(jī)驅(qū)動領(lǐng)域主要應(yīng)用在變頻器和軟啟動器。因生產(chǎn)和工藝需要，許多設(shè)備需頻繁啟動、制動、反轉(zhuǎn)、變速，上述動作嚴(yán)重影響設(shè)備能耗水平，其中風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床尤為明顯。變頻器通過改變交流電的頻率進(jìn)行調(diào)速，實現(xiàn)節(jié)能和對電機(jī)的高精度控制。軟啟動器則可以減少電動機(jī)起動時對電網(wǎng)帶來的沖擊，避免電網(wǎng)的電壓波動影響電網(wǎng)中電氣設(shè)備的正常運行，降低了無用功的損耗，節(jié)約能源，同時提高電動機(jī)及傳動機(jī)械的使用壽命。因此，變頻器和軟啟動產(chǎn)品近年來在各行各業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

①變頻器的使用產(chǎn)生的市場需求

我國變頻器行業(yè)在過去的20年中逐步從起步階段發(fā)展到趨于成熟。進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國變頻器市場快速增長，中國變頻器市場的年均增長速度超過了20%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于近幾年的GDP增長水平。

目前，變頻器在電氣傳動系統(tǒng)中占據(jù)的地位日趨重要，已獲得巨大的節(jié)能效果。初步預(yù)計中國的變頻器市場未來10年市場潛在容量在1200億至1800億元之間，2008年變頻器市場容量(包括產(chǎn)品及二次開發(fā))已達(dá)230億元，其中，30～40%為30KW以上的大功率變頻器，其市場容量約為69～92億元;在大功率變頻器中，據(jù)公司估計，大功率半導(dǎo)體器件約占設(shè)備價值的6%，市場容量約為5.5～7億元。

②軟啟動器的使用產(chǎn)生的市場需求

根據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，全國總電機(jī)功率的50%-70%未使用任何軟啟動產(chǎn)品而直接并網(wǎng)運行，所以軟啟動器的市場需求量巨大，隨著工業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)代化進(jìn)程加快，在今后的幾年內(nèi)軟啟動器的市場需求量預(yù)計每年都會有數(shù)億的快速增長。2008年中國軟啟動器的市場需求量在12億人民幣以上，軟啟動器未來的年市場需求將穩(wěn)定在15-20億人民幣。據(jù)公司估計，大功率半導(dǎo)體器件約占軟啟動器價值的12%，由此帶來的大功率半導(dǎo)體器件的年市場容量約為1.4～2.4億元。

根據(jù)CCID的調(diào)查報告，2008年電機(jī)驅(qū)動(包括變頻器、軟啟動等)行業(yè)大功率半導(dǎo)體需求規(guī)模達(dá)到7.10億元，2010年預(yù)計規(guī)模突破10.93億元。該領(lǐng)域市場增速較快，年復(fù)合增長率接近22%，未來發(fā)展勢頭良好。

(3)鋼鐵及金屬冶煉行業(yè)需求分析

在鋼鐵及金屬冶煉領(lǐng)域，各種復(fù)雜的、精密的，對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備被廣泛使用。冶煉企業(yè)通常采用的設(shè)備中包括電弧爐、感應(yīng)爐或礦熱爐等熔煉加熱設(shè)備以及軋機(jī)調(diào)速、諧波抑制、無功補(bǔ)償?shù)却罅康目刂祁愲娫丛O(shè)備，例如，礦熱爐等設(shè)備在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量諧波，造成電網(wǎng)污染，使供電質(zhì)量下降，對其他用戶造成不良影響，電力電子技術(shù)的應(yīng)用可有效化解這類不良影響;同時，精密鑄造、透熱、淬火、保溫等熱處理裝置的變流電源大量采用大功率半導(dǎo)體器件;此外，由于節(jié)能的壓力以及提高效率的要求，鋼鐵企業(yè)作為用電大戶越來越重視無功補(bǔ)償所發(fā)揮的重要作用，各種調(diào)壓器、整流器、功率補(bǔ)償裝置因此得到廣泛利用，從而帶動了大功率半導(dǎo)體器件需求的增長。

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼鐵工業(yè)也取得了穩(wěn)定發(fā)展。2002年至2008年，我國生鐵、鋼、鋼材年產(chǎn)量從1.71萬噸、1.82萬噸和1.93萬噸分別增長至4.71萬噸、5.0萬噸和5.82萬噸，期間年復(fù)合增長率高達(dá)18.40%、18.34%和20.20%。

熔煉、鑄造、軋機(jī)等設(shè)備需配備電力電子設(shè)備，其需求與煉鋼量的增長正相關(guān)，大功率半導(dǎo)體器件需求又與電力電子設(shè)備需求正相關(guān);此外，由于大功率半導(dǎo)體器件在使用過程中屬于易損件，帶來了設(shè)備維修市場的需求。據(jù)公司估計，在鋼鐵及金屬冶煉領(lǐng)域，每年新裝機(jī)所需大功率半導(dǎo)體器件與維修需求比例為5：1。