功率器件市場四處狼煙 細分領域競爭加劇

根據IC Insights*新的調查報告，全球分立式功率晶體管市場在2012年受到整體經濟形勢的影響出現大幅下滑之后，2013年在低谷基礎上強勢反彈，至2017年，全球分立式功率晶體管市場的營收將每年以8.5%左右的速度成長。

　　功率器件市場之所以能夠重新步入高速發展的軌道，主要是由于在節能減排、綠色環保的新產業政策下，迫切要求對能源的利用率實現進一步的提升，功率器件作為提高能源轉換效率的關鍵部件，將在當中發揮重要的作用。但與此同時，這一變化激烈的替代能源市場讓過去一直十分穩定的功率器件市場產生了動蕩。

　　2006~2020年全球功率器件市場趨勢(單位：百萬美元)

　　各細分應用市場增長不一

　　三菱電機大中國區半導體市場總監錢宇峰估計，功率器件市場在整體經歷了2012年的業績下滑后，市場正在逐漸恢復并升溫，預計到2014年整體業績可以恢復并超越2011年的歷史高峰。他指出，在中國政府2014年推行的“治污染促消費”政策下，受益行業包括保障性安居工程、鐵路、信息技術、新能源、節能設備以及城市基礎設施項目。為了滿足市場需要，三菱電機持續每年投入產品研發，降低產品的重量、尺寸和損耗，*終實現提升性能和降低成本。現階段集中發展第7代IGBT模塊、混合SiC產品、工業用DIPIPM以及新的IPM系列。

　　“變頻空調在2013年的變頻率達到30%，2014年仍有5%的遞增，同時隨著2013年6月"節能惠民政策"正式推出，以及10月變頻空調新能效標準的實施，變頻率將逐年遞增，其DIPIPM的需求也會相應提升。”錢宇峰指出，“三菱電機在中國市場*主要是白色家電和傳統工業，特別是在變頻空調領域，目前三菱電機的DIPIPM產品在中國市場份額接近60%，采用壓鑄模技術生產的小型DIPIPM智能功率模塊，已經成為行業標準。”

在傳統工業領域中，三菱電機的DIPIPM，以小型化、集成化、高性價比在市場競爭中勝出，主要用于通用變頻器、伺服、數控等馬達驅動和運動控制領域，同時隨著中國的經濟結構調整，小功率產品的應用，特別是機器人和工廠自動化產品可能每年都有30%，甚至50%的提升。

　　在大功率電力牽**域，錢宇峰指出*近二至三年內中國政府仍然將維持每年7千億元的投入來發展大鐵路項目，包括高鐵、和諧號貨車、客貨兩運車等，再加上地方政府每年投入3千億元建造地鐵，整個牽引市場的投入近1萬億元，其中約1,300億元用于采購和更新機車，所以市場前景保持樂觀。

　　對于新能源市場，三菱電機則持樂觀謹慎態度。錢宇峰解釋，政府希望引導太陽能市場從集中式大型電站慢慢向分布式小型電站發展，因此在年初制定了今年14GW的裝機容量目標，但半年過后效果不理想，估計*后目標會回歸到2013年的10GW水平，市場將以大型電站(單臺1MW)分布式安裝為主;同時配合推出三電平的方案，以提高發電效率，作為今后太陽能光伏發電技術發展的前端產品。

　　在電動汽車方面，據發改委的數據，在2015年將有50萬臺，到2020年達到500萬臺的量，雖然目前的業績離此目標還很遠，但是相信其市場潛能是巨大的。至于風電，他指出目前廠家更多的研發已經從陸上風電轉向了海上風電，容量將從3兆瓦到6兆瓦，以HVIGBT三電平方案為主，估計未來五年總的市場容量將在500兆瓦至1GW，但和陸上風電每年13GW到高峰期的17GW是不可同日而語的，因此市場潛力有限。

　　IGBT、SiC器件繼續技術演進

　　IGBT是節能與新能源領域核心電子元器件，被公認為是電力電子技術第三次***具代表性的產品。

　　“根據IGBT電流容量和市場需求，功率器件分成四大類，包括用于家電變頻器的小功率器件，用于工業的較大功率器件，應用在電動汽車的中 功率器件，以及用于電力和牽引的大功率器件。今后將朝高電流密度、小型化封裝及低損耗方向前進。”錢宇峰指出。目前600~900V的IGBT產品依然是市場的主流。雖然近期有IGBT廠商正積極搶進600V以下的低壓應用以開創成長新契機，但600~1200V的應用市場依然是各大IGBT廠商競爭的焦點，并且各大廠商更多是通過技術**、工藝**來提高競爭力，以搶占更多市場份額。

　　IGBT芯片始于19世紀80年代中期，30年以來，就FOM(優點指數)來說，今日的IGBT芯片比**代的性能提升了20倍左右，其中改良技術包括：精細化加工工藝、柵式IGBT的開發(如CSTBTTM)，以及薄晶圓的開發等等。錢宇峰表示，三菱電機的IGBT芯片已經踏入第7代，還將朝第8代邁進。隨著產品的更新換代，功耗越來越低，尺寸越來越小，從80年代中期至今，芯片尺寸只是原來的四分之一。

　　實際上，在**方面，各大企業從來都沒有止步。為了增強自己競爭力，各大企業幾乎都在不遺余力地推陳出新。已連續十年穩居功率半導體市場榜首的英飛凌，在IGBT領域是強有力的競爭者之一。例如其全新的650 CoolMOS C7和TRENCHSTOP 5 IGBT技術，英飛凌科技(中國)有限公司工業功率控制業務部經理陳子穎介紹說：“CoolMOS C7系列是技術上的一次**性飛躍，在硬開關應用的所有標準封裝中都實現了全球*低RDS(on)，TO-247中為19m，TO-220和D2PAK中為45m，達到同類*佳等級。C7的快速開關性能可實現超過100kHz的開關頻率，同時在服務器PFC等級上實現了鈦金級效率，提供了提高功率密度的新方法。”

他繼續表示：“而TRENCHSTOP 5 IGBT技術重新定義了"同類*佳IGBT"的含義，可提供無可比擬的效率性能。在要求高效率、低系統成本和高可靠性的應用中，TRENCHSTOP 5是**的*佳選擇。全新TRENCHSTOP 5 IGBT極大地降低了開關和導通損耗—與競爭對手的IGBT相比，其系統效率提升了將近1%—同時具有高達650V的擊穿電壓。”

　　東芝的IEGT則是在IGBT的基礎上成功研發出“注入增強”(IE：Injection Enhanced)技術，用于高電壓大電流級別的IGBT使其性能得到大幅提升。隨后，針對100kW到MW級別的超大功率電力轉換設備的應用，開發出東芝**產品IEGT。IEGT通過采取“注入增強結構”實現了低通態電壓，使大功率電力電子器件取得了飛躍性的發展。

　　東芝公司表示，IGBT系列電力電子器件具有良好的發展前景，其具有低損耗、高速開關、高耐壓、有源柵驅動智能化等特點，并采用溝槽結構和多芯片并聯均流等技術，使其在進一步及擴大電流容量方面頗具潛力。目前，東芝的IEGT主要應用于新能源、太陽能、風能、高壓直流輸電(HVDC)、牽引用特種電源等特大功率電力領域。隨著電力市場項目功率等級和電壓等級的不斷提高，IEGT的優勢逐步得到了體現和認可。現在國內市場上已經有以東芝的IEGT作為核心器件成功運行項目。

　　另外，IGBT廠商還將通過把現在的150mm和200mm晶圓增至300mm來削減成本。功率器件的封裝技術決定其散熱性能。為了保護裸晶圓不受外界干擾，所有IGBT及IPM模塊都要封裝起來，甚至把功能集成起來，這樣使用起來更方便及**，也縮短客戶產品開發周期。在*新一代的封裝技術中，采用針型散熱器，結合到銅基板或鋁基板上，系統將更小型化。

　　作為功率器件中的新星，SiC仍然朝著更低功耗、更低成本的方向改善。錢宇峰表示，三菱電機已開始引入混合SiC產品，即IGBT芯片用傳統的單晶硅，續流二極管用SiC，恢復特性特別好，開關頻率高，節能效果更好。在30kHz的應用條件下，混合SiC產品的功耗可以降低50%，適合應用在醫療設備，如核磁共振和CT彩超等應用中。

　　在全SiC產品的研發上，因為比單晶硅的價錢貴好幾倍，只能針對如日本新干線這種對產品要求極高，同時愿意承擔費用的客戶設計。在研發混合SiC產品時，三菱電機會把價格控制在同等電流等級單晶硅產品的兩倍以內。他表示，目前制約因素確實是價格，預計至少5至8年才能商品化。

總體來看，三菱電機展望功率模塊技術的發展方向，歸結為三點：一是芯片薄，能降低功耗;二是封裝散熱性好，包括能承受更高的溫度或提升電流密度，以拓展產品覆蓋面;三是集成度高，如嵌入驅動電路，以提高使用可靠性。

　　國產功率器件加快發展步伐

　　在中國，為了適應大環境的需求，扶持相關企業的健康發展，國家在新能源、節能環保方面出臺了一系列支持性的政策措施，在政府和市場的雙重推動下，功率半導體行業正面臨著重要的發展機遇。國內IGBT市場近年呈現出持續快速增長的勢頭，據不完全統計，至2013年末國內IGBT功率器件的市場規模將近70億元人民幣，同比增長大約15%左右;2013年至2015年，國內IGBT功率器件市場規模的年均復合增長率將達到18%左右。

　　意識到技術突破的重要性，對于國內本土功率器件廠商來說，實現**產品的國產化進程，打破國外技術的壟斷顯得尤為重要。值得一提的是，近日國內頭個自主研發生產的“001號”8英寸IGBT專業芯片，在中國南車(601766,股吧)株洲所下線，并移交中國科技館收藏。據透露，這條國內首條、世界上**條8英寸IGBT專業芯片線將于今年下半年投產，標志著我國開始打破英飛凌、ABB、三菱電機等國外公司在**IGBT芯片技術上的壟斷，對保障國民經濟**和推動節能減排具有重大戰略意義。

　　這條投資近15億元的8英寸IGBT生產線首期將實現年產12萬片8英寸IGBT芯片，配套生產100萬只IGBT模塊，真正實現IGBT的國產化。從全產業鏈來看，IGBT及其應用產業鏈價值高達萬億元。而且，它還涉及到電子材料(比如硅片)、電工材料、陶瓷結構件、散熱器等相關配套產業，具有極強的產業拉動作用。據初步估算，如果將IGBT等電力電子技術應用到國內20%的電機中，每年可節約用電兩千億千瓦時，相當于兩個三峽電站的年發電量。

　　展望未來中國功率器件市場整體發展，錢宇峰強調2014年以后，這個市場肯定是向上。“中國經濟的發展正朝消費類型轉變，為了出行便利，帶來對高鐵和地鐵的需求。政府也大力推動節能環保，倡導電動車，隨著個別受歡迎車型出現后，相信電動汽車在中國的發展還是有希望的。在民生層面，特別是變頻家電、變頻空調的發展，仍然會給三菱電機的功率模塊帶來業務提升。對于太陽能領域的發展，不管產能過剩否，仍然會拉動內需。總的來說，功率器件會在電力牽引、變頻家電、新能源，特別是電動汽車以及機器人或運動控制等市場有長足的發展。