功率半導體器件的作用。通常所用的電力有交流和直流兩種,比如從公用電網上得到的電力是50Hz 的交流電,從蓄電池或干電池得到的是直流電。而從這些電源得到的電源往往不能直接滿足使用要求,需要進行電力變換。電力變換通常分為四類:交流變直流、直流變交流、直流變直流、交流變交流。交流變直流稱為整流,直流變交流稱為逆變。直流變直流是指電壓(或電流)改變。交流變交流的內容比較多,可以改變頻率、相數或電壓。
功率半導體器件市場分析。我國的功率半導體器件的起步雖然較晚,但是市場規模增長迅速。從2011 年的1386 億元增長到2016 年的2088 億元,年均復合增速達8.53%。已經成為全球最大的功率半導體市場之一。但是我國的功率半導體生產廠商與國際巨頭相比還有較大差距。2015 年全球主要的功率半導體廠商均為英飛凌、德儀、STM、恩智浦等國外企業。國內功率半導體器件需要大量進口,如IGBT 有90%依賴進口。
下游需求旺盛,功率半導體器件交貨期延長。從2016 年下半年開始,功率半導體器件行情回暖,需求持續旺盛,但是受限于產能,原廠交貨周期開始延長。一般來說MOSFET、整流管和晶閘管的交貨周期是8 周左右,但現在部分MOSFET、整流管和晶閘管交期已被延長到24 至30 周。供不應求加劇,供應商開始上調價格。2017 年9 月1 日,長電科技發出通知,將公司所有的MOSFET 價格上調20%。9 月19 日,長電科技再次上調價格。在長電大漲MOSFET 價格后,其它供貨商立刻全面跟進漲價,包括大中、尼克松、富鼎等臺系MOSFET 供貨商紛紛漲價。
MOSFET 和IGBT 是目前最常用的兩種功率半導體器件。金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET),簡稱金氧半場效晶體管,是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管(field-effect transistor)。通過在柵極(G)上施加電壓,使得源極(S)和漏極(D)之間導通,當撤去電壓或施加負電壓,則使得源極(S)和漏極(D)之間斷開。n 基極層是為了防止在關斷的情況下元件被高壓擊穿。因此需要承受的電壓越高,n 基極層就越厚,電阻也就越大。
我國大功率IGBT 在軌交領域的率先實現了自主研發生產和進口替代,新能源汽車領域相對薄弱,進口替代進行時。在新能源汽車領域,IGBT 主要運用于電力驅動系統、車載空調系統和充電樁。①IGBT 主要用于電機控制器中,在電機控制器的成本占比約為30%,IGBT 將動力電池的直流電逆變成交流電提供給驅動電機。②充電樁中,IGBT 主要運用于直流快充電樁,直流電樁通過三相電網輸入交流電,經過三相橋式不可控整流電路整流變成直流電,濾波后提供給高頻DC-DC 功率變換器,進而輸出需要的直流,為電動汽車動力蓄電池充電。③車載空調系統中也會用到IGBT,實現小功率的DC/AC 逆變,從而驅動空調系統運行。