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提升绿色GDP,IGBT市场需求看涨

威柏电子有限公司|深圳市威柏德电子有限公司

原文转自国际电子商情

 

近年来,国内国民生产总值(GDP)增速有所放缓,产业结构不断优化,国家在发展经济的同时更为关注的是对资源、环境、生态的保护(即绿色GDP经济核算体系),在这一新趋势下,作为电能转换和管理的有效手段,绝缘栅双极晶体管IGBT被越来越多地应用在船舶、电网以及轨道交通车辆等大功率电力驱动设备中,以提升设备的能源利用效率、自动化和智能化水平。

 

根据市场调研机构Yole的调查报告显示,全球IGBT市场将在近五年保持稳定的发展速度,市场规模至2018年将达到60亿美元的数值。而在国内方面,据不完全统计,至2013年末国内IGBT功率器件的市场规模将近70亿元人民币,至2015年,国内IGBT功率器件市场的年均复合增长率将达到18%左右。在产品分布上,虽然600~900V的IGBT是目前市场上的主流产品,但伴随着再生能源、轨道交通和工业控制等行业市场在近几年内的高速成长,也带动了对更高电压应用的IGBT产品的强烈需求。

 

市场放大,需求呈多元化

 

谈到IGBT近期的价格走势,部分行业人士认为,一方面,原有传统类型产品会因为生产规模的扩大而逐渐降低制造成本,加上供应商物流程序的优化,使得越来越多厂商推出价格更优惠的产品来回报市场。但另一方面,半导体器件是技术和资金密集型产业,开发前期要求有较高的资金投入和一定的周期流程,针对一些性能优异的新产品,厂商会根据市场应用状况及用量情况来适时调整价格体系,但总体上,对于中国市场来说,汇率压力及目前中国海关增加关税等因素也是采购者在成本考核中需要注意的事项。

 

为了适应市场的快速变化,最近一年以来,厂商纷纷加大了对IGBT市场的布局力度。特别值得一提的是,中国南车株洲电力机车研究所有限公司在2008年成功并购英国丹尼克斯半导体公司之后,在今年6月正式投产了国内首条8英寸IGBT专业芯片生产线,也是世界上第二条8英寸IGBT专业芯片生产线。据悉,该项目将实现年产12万片8英寸IGBT芯片以及配套生产100万只IGBT模块的生产能力,目前株洲南车已成功研制出从650伏到6,500伏高功率密度的IGBT芯片及模块,形成了较为完整的IGBT产业链,从而也打破之前高端IGBT芯片市场一直被国际大厂所垄断的格局。

此外,8月份,英飞凌宣布以30亿美金收购美国IR公司,这也是英飞凌迄今最大规模的一次并购行动。英飞凌表示,通过这一并购,将有利于借助整合IR先进的氮化镓(GaN)、IGBT等功率半导体产品线、核心技术及销售渠道,以强化公司在各种功率半导体应用领域的市场地位。

 


 

 

《国际电子商情》英飞凌科技(中国)有限公司科技总监及工业功率控制事业部中国区负责人于代辉
英飞凌科技(中国)有限公司科技总监及工业功率控制事业部中国区负责人于代辉

 

 

“在中国城镇化发展过程中,从高铁、光伏发电、风能,到工厂里的电机调速、银行数据中心的不间断电源数据备份,再到个人家庭所使用的变频家电、电磁炉等领域,IGBT都起着关键的作用,”英飞凌科技(中国)有限公司科技总监及工业功率控制事业部中国区负责人于代辉说道,“它能够帮助实现高能效、低损耗的输配电。举例而言,在一些发达国家,工厂使用的电机70%以上都可以调速,以便在不使用的情况下达到节能的目的,而中国只有不到30%,这意味着国内对IGBT的需求有很大的提升空间。”

 


 

 

《国际电子商情》威柏电子(Westpac)有限公司功率IGBT/IPM模块销售总监汤孝丹
威柏电子(Westpac)有限公司功率IGBT/IPM模块销售总监汤孝丹

 

而针对各种细分市场的最新发展动向,威柏电子(Westpac)有限公司功率IGBT/IPM模块销售总监汤孝丹也从IGBT模块应用的角度总结道,在原有的传统应用领域,小功率市场由于成本的压力,客户一再追求低成本方案,如EasyPIM封装方式的模块受到了市场的欢迎,小功率IPM也出现了更多的商业机会;大功率市场则由于使用功率的不断提升,对于大电流IGBT的需求逐步升温,并联应用也越来越多。在新能源市场和PV光伏太阳能行业,目前出现了大量使用ECONODUAL封装的小电流模块并联应用,来代替原来的PrimePACK封装的方案,以降低成本,同时,三电平模块的需求也在增加,这是因为三电平应用不但可以降成本,效率也可以做到更高。在电动汽车市场中,越来越多的厂家开始着手用汽车级IGBT来替代原来使用的工业级IGBT,以满足汽车行业的相关标准。风能市场也正在从原来的大模组如SKIIP、STACK(压接装置)等方案慢慢转向PrimePACK、ECONODUAL方案。

提高功率密度、降低损耗

 

技术层面上,由于IGBT是硅材料产品,且已经过多年的发展,因此也面临着一定的技术瓶颈,而新的半导体材料和技术研发则需要厂商保持长期的投入和长远的发展战略眼光。对此,于代辉表示,目前行业内的一个发展主题是—系统功率密度的提高,以及芯片损耗的持续降低,而从系统的角度来看,模块基板到散热器之间的热阻和长期稳定性成为了一个技术难点,它取决于施加于之上的导热脂。

 

英飞凌在去年推出了可降低功率半导体金属表面与散热器之间接触热阻的导热界面材料TIM,借助全新的D系列EconoPACK+模块,用户可以亲自见证这种导热膏令导热性能显著提升的效果。目前英飞凌正计划扩展TIM产品的范围,至2014年上半年末,公司EconoPACK 4和PrimePACK 3以及Econo 2和3模块将全部推出TIM系列;而预涂TIM的Easy 1B和2B、Smart 2和3以及IHM/IHV产品系列也计划于2015年推出。

 

另据了解,英飞凌已在位于匈牙利的功率半导体后道生产工厂建起了一条TIM涂覆生产线,整个制造过程都处在周密的质量保证程序的控制之下,确保模块和散热器结合时不会形成气泡。与此同时,为了更好地控制生产成本,英飞凌还开发出了全球首款300毫米薄晶圆生产线,和标准200毫米晶圆相比,300毫米薄晶圆的直径更大,因而能生产出的芯片数量可增加至2.5倍,从而获得更高的产能和生产效率。

 


 

 

《国际电子商情》东芝电子(中国)有限公司技术部副高级经理屈兴国
东芝电子(中国)有限公司技术部副高级经理屈兴国

 

 

特大功率(100KW到MW级别)领域的开发也是厂商们关注的一个焦点。东芝电子(中国)有限公司技术部副高级经理屈兴国表示,电力转换设备正朝着高效率、节能环保、智能化方向发展,市场对IGBT的需求也正在往低损耗、高耐压、大电流和易控制等方向迈进,这就要求厂商不断提高IGBT的功率密度、集成度以及结温,但这些往往受到IGBT芯片材料和封装的制约。基于“栅极注入增强”技术,今年东芝成功发布了新一代IGBT,并且注册了专利产品名称为IEGT。这款IEGT具有高耐压、大电流、低损耗等特点,尤其是东芝压接式PPI封装的无焊接、无引线键合结构,使得产品具有更高的可靠性,更适于新能源、高压直流输配电(HVDC)、牵引和马达驱动等特大功率电力转换设备领域的应用。另据介绍,目前东芝除了在推广150℃结温的IGBT模块之外,也在开发150℃结温的压接式IEGT,同时6500V的产品也正在研发中。

除了IGBT芯片开发之外,汤孝丹还提到,未来IGBT的开发会根据应用需求而采用更多适合的封装形式,在模块封装上需要更紧凑、易于并联应用,支持更大的电流输出能力,且保持热的快速传递,例如,一些汽车级专用IGBT采用是的底板带Pin-Fin的方案。目前威柏电子的产品开发规划包括适应市场需求的主流封装如ECONODUAL、PrimePACK方案,以及各种电流、电压段需求

的IPM,同时还将加大对三电平IGBT模块及汽车级IGBT模块的研发力度。

 

新材料功率半导体开发提速

 

宽带隙半导体材料(如SiC、GaN等)的引入,是近年功率半导体行业内的又一个发展重点。尽管现阶段这一技术开发领域还需要在应用、成本、批量稳定性等方面做出更大的努力,但大多数业内人士认为,随着各大厂商纷纷制定出这类新型功率器件的量产时间表,也标志着新材料功率半导体的研发已取得了突飞猛进的成就,越来越多的新材料功率器件将在电力电子行业中扮演更为重要的角色。“新型半导体材料的应用意味着个人电脑、平板电视、服务器和电信系统所采用的开关电源可降低50%的能耗,并可让光伏逆变器变得更加紧凑,成本效益更高。而能够实现能耗减半效果的关键点是采用新型的半导体材料,如碳化硅(SiC)与硅基氮化镓(GaN-on-Si)等,凭借这些材料的电子属性可以设计出紧凑且高效的功率电子电路。”于代辉说道。

 

目前,英飞凌已在其JFET和600V至1700电压等级的二极管中使用了碳化硅材料。这些功率半导体主要用于个人电脑或电视的开关电源系统以及电机驱动中,今后此类半导体还可能在光伏逆变器设计中占据重要地位。另外,在德国联邦教研部的资助下,由英飞凌牵头管理的“NeuLand”研究项目正在积极开展之中,通过该项目,英飞凌将对功率半导体器件和碳化硅及氮化镓基组件的生产流程展开研究,各合作公司也将在涵盖价值创造链的各环节技术上进一步提高专业水准,最终促进对碳化硅和氮化镓基功率器件在可靠性、使用寿命和制造成本方面的深入开发。

 

屈兴国同样指出,SiC碳化硅材料取代Si硅材料的IGBT产品将是今后各厂商努力研发的重要方向。目前东芝已开发出1700V、3300V内置SiC二极管的混合型模块IEGT,并且1700V产品系列已经投入量产,所有IEGT模块产品从芯片加工到封装等所有工序都是在日本完成。

 

另据悉,伴随着下一代产品利用新材料应对多元化市场需求的发展趋势,东芝将为高电压、高频率领域推出碳化硅(SiC)器件,为超高频率应用领域推出氮化镓(GaN)功率器件,以及为白色LED市场推出硅基氮化镓(GaN-on-Si)工艺技术,以进一步增强在未来市场上的竞争力。

 

解读绿色GDP发展中的制造业新走势

 

绿色GDP是指在国民经济核算体系中对环境资源进行核算,从现行GDP中扣除环境资源成本和对环境资源的保护服务费用,其计算结果则称之为“绿色GDP”。绿色GDP这一指标,实质上代表了国民经济增长的净正效应,绿色GDP占GDP的比重越高,表明国民经济增长的正面效应越高,负面效应越低,反之亦然。2006年,中国正式发布了绿色GDP核算研究报告——《中国绿色国民经济核算研究报告2004》,这是中国第一份也是迄今为止唯一一份国家公布的绿色GDP核算报告。

 

要实现绿色GDP,制造业的转型升级不可避免。在国家“十二五”规划中指出,新时期将围绕节能减排、绿色环保、新能源产业,加快发展先进制造业、高新技术产业和服务业,形成一个有利于资源节约和环境保护的产业体系。

 

“节能减排”的关键在于有效降低工业生产过程中大电流和高电压应用的功耗,以及提高新能源领域的能源转换效率。

 

电机及系统节能是各国政府公认的具有极大节能潜力的领域。目前,中国电机系统能效及与国际先进水平相比还有较大的差距。按照GB18613-2012标准,中国目前生产和在用电机多为低于标准规定的3级能效电机,平均效率为87%,而发达国家早已推行的高效电机效率已达到91%以上,美国的超高效电机效率更是达到93%,系统运行效率比中国高10~20%,节能开发空间巨大,可以预计的是,中国中压电机驱动器市场在近年将出现较为明显的增长。

 

在太阳能和风力发电方面,根据产业分析机构EnergyTrend的调查报告,2014年全球太阳能需求量为46.6GW,其中以中国市场的成长最迅速,在短短的两年内,中国的需求量从1GW的并网量,快速突破单一国家单一年度10GW的并网量,成为全球最大的太阳能市场。除了大型太阳能电厂、住宅型系统带起大量需求外,数十到数百万瓦规模的分布式系统受到了产业关注,成为主导外来太阳能市场的重要驱动力。中国市场快速引导分布式系统的发展,主要是为了更有效率地利用太阳能电力,从2013年设立18个示范区总装机容量为749MW,到2015年的规划装机容量1823MW,成长幅度高达243%。尽管分布式系统的推广、建置、营运、投资等仍在摸索阶段,但研究表明,分布式仍是中国未来重要的需求来源,同时也将影响全球太阳能供应链的发展。

 

新能源汽车市场上,数据显示,2014年美国电动汽车销量一直处于旺盛的状态,8月份销量整体达到了11,363辆,这是本年度第四次破万辆。2014年前8个月美国电动汽车累计销量达76,799辆,同比大增28%。欧洲市场方面,知名跨国咨询公司奥纬近期发布的调查报告显示,到2030年,欧洲市场上包括插电式混合动力汽车、电动汽车等在内的新能源汽车年销量占比将从2012年的1%猛增到20%。按照中国汽车工业协会统计的数据,今年9月份国内新能源汽车的销量已经超过9,000辆,这意味着未来单月销售过万辆指日可待,届时有望超过美国的新能源汽车销售规模。实际上,国家对新能源车的政策性补贴和优惠措施一直都在进行中,从2014年1月1日起,国家已出台新一轮的新能源汽车补贴政策,多地政府也陆续公布了新能源补贴车型目录,以及免牌照、地方性补贴等细则,尤其是在免购置税政策实施后,更进一步降低了购车成本


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点击次数:  更新时间:2015-07-14 09:01:22  【打印此页】  【关闭