یک مقاله IGBT را درک می کند

صفحه اصلی مقالهنویس برجسته روزانه یک مقاله IGBT را درک می کند

2022-03-17 1161

1،IGBT چیست؟

نام کامل IGBT ترانزیستور دوقطبی گیت عایق است که یک دستگاه ساختار ترکیبی است. این ترکیبی از مزایای ترانزیستور MOS و ترانزیستور دوقطبی BJT است. این به طور گسترده ای در زمینه های تبدیل ولتاژ به جریان و توان خروجی، به ویژه در زمینه های ولتاژ بالا و جریان بالا استفاده می شود. IGBT یکی از ابزارهای نیمه هادی اصلی انسان برای کنترل و استفاده از نیرو است. این دستگاه نیمه هادی عمدتاً در زمینه تبدیل برق الکترونیکی استفاده می شود و ما مجموعاً آن را نیمه هادی قدرت می نامیم. ساده ترین برنامه ها مانند کامپیوترهای نوت بوک ما مجهز به آداپتورهای برق هستند که IGBT هستند که در روند افزایش و کاهش ولتاژ و تغییر AC/DC نقش دارند. بدیهی است که IGBT مهمترین عضو نیمه هادی های قدرت است. عملکرد آن کنترل الکتریسیته است و تراشه اصلی تبدیل و کاربرد انرژی الکتریکی است.

2،آیا IGBT یک محصول سفارشی است یا یک محصول عمومی؟
در مقایسه با سایر تراشه‌ها، IGBT یک محصول استاندارد است. معمولاً معرفی دقیقی از محصولات IGBT در وب‌سایت رسمی شرکت‌های مختلف منتشر می‌شود و پارامترهای مختلف این محصول IGBT مانند حداکثر جریان کلکتور ICM، حداکثر ولتاژ امیتر UCES، ولتاژ شکست گیت UGEM، ولتاژ هدایت، سطح ولتاژ قابل تحمل، سرعت سوئیچینگ، نوع و طول عمر حامل، ظرفیت خازنی ورودی، حداکثر توان مصرفی کلکتور PCM، محدوده دمای عملیاتی و غیره بیان می‌شود. پس از مشاهده این پارامترها، مشتریان می‌توانند آنها را مطابق با نیازهای واقعی کاربرد طراحی و مطابقت دهند. با توجه به سناریوهای مختلف کاربرد و مشتریان مختلف، تنظیمات مختلفی وجود خواهد داشت. پس از نهایی شدن، بعید است که جایگزین شود، اما اگر عرضه در دسترس نباشد، می‌توان محصول مشابه را از شرکت دیگری نیز تغییر داد. اما در اصل، ما هنوز فکر می‌کنیم IGBT یک محصول استاندارد جهانی است.

3،چرا IGBT به عنوان مفیدترین نیمه هادی قدرت برای خنثی سازی کربن در نظر گرفته می شود؟
با ترویج گسترده انرژی پاک، تقاضای بیشتری برای IGBT مطرح می‌شود و رایج‌ترین آن، استفاده از اینورتر فتوولتائیک است که به تعداد زیادی ماژول IGBT و IGBT ولتاژ بالا و فوق ولتاژ بالا نیاز دارد تا برق ناخالص ساطع شده توسط فتوولتائیک به برق خالص تبدیل شود که بتواند به راحتی به اینترنت متصل شود. بنابراین، این یک پیوند بسیار مهم برای خنثی‌سازی کربن در آینده است. در کاربرد IGBT در عصر خودروهای برقی، در گذشته، خودروها همه خودروهای سوختی بودند و مهم نبود که بنزین چگونه تغییر می‌کرد، انتشار گازهای خروجی خودروهای بنزینی قابل تغییر نبود. با این حال، اکنون خودروهای انرژی جدید کم‌مصرف و سازگار با محیط زیست مورد حمایت قرار می‌گیرند و آینده، عصر خودروهای برقی انرژی جدید خواهد بود و خودروهای برقی به تعداد زیادی از محصولات نیمه‌هادی قدرت مانند IGBT نیاز دارند. دستیابی و استفاده از انرژی الکتریکی پاک، کلید کاهش انتشار دی اکسید کربن و دستیابی به خنثی‌سازی کربن در آینده است و استفاده از انرژی الکتریکی از نیمه‌هادی‌های قدرت و IGBT جدایی‌ناپذیر است.

4،زمینه های اپلیکیشن های پایین دستی چیست؟ فضای صنعت چقدر بزرگ است؟
از آنجا که نیمه‌هادی یک صنعت پایه است، تمام زمینه‌های مرتبط با برق، جایی هستند که نیمه‌هادی‌های قدرت نقش خود را ایفا می‌کنند، بنابراین این صنعت بسیار بزرگ است، زیرا حداقل 50٪ از محصولات اطراف ما مربوط به برق و محصولات الکترونیکی مانند تلفن‌های الکترونیکی مصرفی، هدست‌های بلوتوث، رایانه‌های نوت‌بوک، لوازم خانگی مختلف و همچنین موتورهای صنعتی بزرگ، حمل و نقل ریلی، وسایل نقلیه انرژی جدید، اینورترهای فتوولتائیک، شبکه‌های هوشمند و غیره هستند، جایی که به برق نیاز است، IGBT اساساً ضروری است. در مورد مقیاس صنعت، بازار جهانی IGBT و ماژول‌ها در سال 7 از 2019 میلیارد دلار فراتر رفت و امسال از 10 میلیارد دلار فراتر خواهد رفت. پیش‌بینی می‌شود که تا سال 19 با نرخ رشد مرکب سالانه حدود 2026٪ به 15 میلیارد دلار برسد. این بخش به یک بازار نسبتاً سریع در حال رشد تعلق دارد و یک بخش رشد نسبتاً پایدار است. برخلاف سایر محصولات مانند حافظه که فراز و نشیب‌ها و تغییرات چرخه‌ای آشکاری دارند، IGBT به یک نوع رشد پایدار تعلق دارد. با ظهور وسایل نقلیه الکتریکی با انرژی جدید و برق‌رسانی الکترونیکی صنایع مختلف و استفاده از انرژی پاک، حوزه نیمه‌هادی‌های قدرت، از جمله IGBT، همچنان رشد قوی و قدرتمندی را حفظ کرده است. معمولاً ولتاژ را بر اساس IGBT به درجات مختلف تقسیم می‌کنیم. ولتاژ زیر 650 ولت تا 900 ولت، ولتاژ متوسط و پایین، ولتاژ بالای 900 تا 1200 ولت، ولتاژ متوسط و بالا و ولتاژ بالای 1200 ولت، ولتاژ بالا است. IGBT زیر 650 ولت نیز موجود است، اما کاربرد آن زیاد نیست. محصولات MOSFET در این حوزه بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. در میان آنها، اکثر لوازم الکترونیکی مصرفی، کالاهای سفید و غیره متعلق به محدوده IGBT ولتاژ پایین هستند که حدود 30٪ را تشکیل می‌دهند. IGBT ولتاژ بالا 20٪ در زمینه‌های صنعتی با قدرت بالا را تشکیل می‌دهد. IGBT مورد استفاده در زمینه‌های انرژی با ولتاژ بالا و بالا، مانند راه‌آهن پرسرعت، اینورتر فتوولتائیک و حمل و نقل ریلی، 15٪ را تشکیل می‌دهد. علاوه بر این، وسایل نقلیه انرژی جدید در زمینه الکترونیک خودرو بیش از 30 درصد را تشکیل می‌دهند و این امیدوارکننده‌ترین مسیر در آینده است.

5،وضعیت عرضه و تقاضای بازار چگونه است؟ انتظار می رود که عرضه و تقاضا در چند سال آینده متعادل شود.
در حال حاضر کل بازار خارج از بورس نیمه هادی بیش از یک سال است که ادامه دارد. از ژوئیه 2020، محصولات نیمه هادی درجات مختلفی از تنش را نشان دادند و پس از اکتبر، به طور همه جانبه شروع شد و قیمت ها افزایش یافت و در پایان ماه می امسال به اوج خود رسید. افزایش قیمت بسیاری از چیپس ها بسیار اغراق آمیز است و کارخانه ویفرسازی دائماً قیمت ها را تعدیل می کند. با این وجود، هنوز سفارش دادن دیوانه کننده است و عجله دیوانه وار برای چیپس در پایین دست منجر به غارت ظرفیت تولید بالادستی می شود که منجر به عدم تعادل کامل بین عرضه و تقاضا در کل صنعت می شود. بسیاری از اهالی صنعت برای بازگرداندن تعادل بین عرضه و تقاضا و بازگشت به حالت عادی، پیش‌بینی‌ها و مفروضات مختلفی را برای صنعت نیمه‌رسانا انجام داده‌اند و گره‌های زمانی مختلفی را برای بازگشت به حالت عادی و همچنین پیش‌شرط‌های شکل‌گیری نقاط عطف پیش‌بینی کرده‌اند. . نظر شخصی من این است که در حوالی ژوئن 2022، اول از همه به عوامل مختلفی که بر رابطه بین عرضه و تقاضا تأثیر می گذارند نگاهی بیندازیم. با قضاوت از تجربه تاریخی برای قضاوت در مورد تغییرات صنعت، به طور کلی، دوره رونق نیمه هادی 24-36 ماه و دوره سرد 12-18 ماه است. از ژوئن سال گذشته به نظر ما شروع دوره رونق است، بنابراین این دوره رونق تا ژوئن 2022 ادامه خواهد داشت. با توجه به عوامل موثر بر این همه گیری، اگرچه اپیدمی ریتم صنعت جهانی را مختل کرده است، اما باید فرصتی جدید و چالشی جدید برای نیمه هادی ها به ویژه برای چین باشد. حداقل ما فکر می کنیم در این دو سال دو نقطه انفجار عظیم رخ داده است. اولین مورد این است که بعد از همه گیری در خانه کار کنید. کار آنلاین منجر به افزایش تقاضا برای لپ تاپ های مختلف تبلت شده است که تقاضا برای تراشه های نیمه هادی را افزایش داده است، زیرا 90 درصد هزینه این محصولات را دستگاه های نیمه هادی تشکیل می دهند. بنابراین، این موج ایجاد شده است. بعد از هر اپیدمی، دوره طلایی فروش خودرو است. در حال حاضر، مفهوم و چرخه وسایل نقلیه انرژی جدید روی هم قرار گرفته است. محتوای محصولات نیمه هادی در کل خودرو بسیار افزایش یافته است، در حالی که در خودروهای سوخت سنتی تنها حدود 10-15٪ است. با این حال، محصولات نیمه هادی در خودروهای انرژی جدید بیش از 50٪ را تشکیل می دهند. از مهم ترین قطعات این قطعه می توان به انواع الکترونیک خودرو، نیمه هادی های برق خودرو، سنسورها، انواع میکروکنترل واحدهای MCU و ... اشاره کرد. وجه مشترک این تراشه ها این است که تعداد زیادی از محصولات با فرآیند 8 اینچی 0.25-0.13 تولید می شوند. با این حال، توسعه ظرفیت تولید خط 8 اینچی به دلیل مشکلات تجهیزات دشوار است، بنابراین ادامه تقاضای قوی برای این محصولات ممکن است کمبود تراشه را ادامه دهد. با این حال، قیمت بسیار بالا نیز تقاضای پایین دستی را کاهش می دهد، بنابراین نتیجه گیری من این است که در شرایط عادی، تا ژوئن 2022 ادامه خواهد داشت. فکر می کنم این نقطه زمانی نقطه عطفی است که پس از آن کمبود تراشه ها کاهش می یابد و موجودی کالا آغاز می شود. این قضاوت شخصی من است و حتی رد نمی کنم که این گره زودتر از موعد بیاید. اکنون، قطع گسترده برق و محدودیت تولید چین، تقاضای تورم پایین دستی را کاهش می‌دهد و شکاف تراشه را کاهش می‌دهد. از این منظر، برای یک دوره زمانی، قیمت و تقاضای تراشه ها قطعا کاهش می یابد، بنابراین فکر می کنم این عدم تعادل شدید حداکثر تا 6 تا 9 ماه دیگر ادامه خواهد داشت و قطعا بهبود خواهد یافت، به استثنای الکترونیک خودرو. البته. این صنعت بسیار ویژه است و عوامل بسیار زیادی بر احیای زنجیره صنعتی آن تأثیر می‌گذارند.

6،تأثیر همه‌گیری ویروس کرونا در خارج از کشور بر ظرفیت تولید IGBT چقدر است؟ چه زمانی انتظار می‌رود که این تأثیر کاهش یابد؟
وضعیت اپیدمی خارج از کشور تأثیر زیادی بر چندین شرکت نیمه‌هادی معتبر مانند Infineon، Ansenmei و غیره دارد و عرضه بسیار ناپایدار است. در مورد اینکه چه زمانی این وضعیت بهبود خواهد یافت، قضاوت دشوار است. حداقل، فکر نمی‌کنم تا ژوئن سال آینده بهبود یابد و ممکن است پس از ژوئن با یک نقطه عطف روبرو شود. کالاهای این کارخانه‌های بزرگ همیشه کمبود داشته است، چه الان باشد چه نباشد. با توجه به وضعیت سال‌های گذشته، همیشه یک دوره زمانی در سال وجود خواهد داشت که عرضه روان نیست و منجر به افزایش قیمت می‌شود، اما آنها عمدتاً بر روی محصولات رده بالا متمرکز هستند. اکنون، سرعت جایگزینی داخلی محصولات IGBT رده پایین نسبتاً سریع است و قطعاً پس از آزادسازی ظرفیت تولید آینده کاهش خواهد یافت. در حال حاضر، محصولات ولتاژ متوسط و پایین داخلی بسیار بالغ هستند و عملکرد هزینه آنها بسیار بالا است، اما هنوز شکاف مشخصی بین محصولات ولتاژ بالای رده بالا و کشورهای خارجی وجود دارد. من فکر می‌کنم این شکاف عمدتاً در نحوه حفظ ثبات و پایداری محصولات در طول تولید انبوه منعکس می‌شود. نه اینکه چین قادر به انجام این کار نباشد، بلکه کیفیت محصولات ولتاژ متوسط و پایین وقتی در تعداد بالا تولید می‌شوند، قابل کنترل نیست. روند خوب جایگزینی داخلی، همه چیز را توضیح داده است.

7،تفاوت بین IGBT مورد استفاده در وسایل نقلیه با انرژی جدید، فتوولتائیک‌ها و ذخیره انرژی چیست؟ آنها برای چه کاربردهایی استفاده می‌شوند؟
در حال حاضر، انرژی نو مورد استفاده خودروها عمدتاً بین ۶۵۰ تا ۹۰۰ ولت است و چند شرکت خودروسازی نیز طرح‌های ۱۲۰۰ ولتی دارند که در میان آنها OBC از تک لامپ ۶۵۰ ولتی و PCU از ماژول‌های IGBT 650 ولتی استفاده می‌کند. این به طرح‌های باتری و ولتاژ هر سازنده خودرو بستگی دارد و سپس نوع IGBT مورد استفاده را انتخاب کنید. بسیار متفاوت است. ماژول IGBT، عمدتاً IGBT، و سپس برخی دیگر از دستگاه‌های نیمه‌هادی قدرت مانند FRD (بازیابی سریع)، TVS (ولتاژ لحظه‌ای)، SBD و غیره برای تشکیل یک ماژول برای مقابله با سناریوها و تقاضاهای مختلف مورد نیاز است. اگر یک ماژول IGBT IPM باشد، IC کنترل توان داخلی یکپارچه شده است و علاوه بر IGBT و سایر محصولات نیمه‌هادی قدرت، IC مدیریت توان نیز وجود دارد.

8،سهم IGBT در هزینه خودروهای انرژی نو/فتوولتائیک/ذخیره انرژی چقدر است؟
PCU+OBC، یک وسیله نقلیه با انرژی جدید، حداقل ۲۵ تا ۳۰ درصد از کل خودرو را تشکیل می‌دهد و نسبت هزینه مدل‌های مختلف بسیار متفاوت است. به عنوان مثال، چنین ماشین جادویی مانند Wuling mini در کل ۲.۹۸ یوان فروخته می‌شود و هزینه کنترل الکترونیکی آن از ۳۰۰۰ یوان تجاوز نمی‌کند. این نوع ماشین حتی به IGBT نیاز ندارد، همه چیز MOSFET است و به عنوان مثال، Great Wall Euler Black Cat به قیمت ۶۰ یا ۷۰ هزار یوان برای هر خودرو فروخته می‌شود و هزینه یک بسته باتری ۱۵ هزار یوان است و می‌توان از IGBT استفاده کرد. مصرف و قیمت IGBT در خودروهای رده بالا زیاد است و IGBT همچنین به عنوان اینورتر برای فتوولتائیک و ذخیره انرژی استفاده می‌شود. بیان این نسبت هزینه دشوار است، زیرا بخش عمده‌ای از یک نیروگاه در باتری‌های perc و سایر سازه‌ها بسته به مقیاس سرمایه‌گذاری است.

9،آیا صنایع مختلف ظرفیت IGBT را تصاحب خواهند کرد؟
این وضع موجود کل صنعت است و اکنون به این معنی است که هر کسی که پول دارد می‌تواند ظرفیت تولید را تصاحب کند. شرکت‌های بزرگ به دلیل حجم زیاد پول، مزیت دارند. در حال حاضر، بخش قابل توجهی از نیمه‌هادی‌های برق داخلی، مدل‌های IDM هستند. به عنوان مثال، Silanwei و Shidai Electric خطوط تولید خود را دارند، بنابراین چیزی به نام تصاحب ظرفیت تولید وجود ندارد. شرکت‌های دیگری که می‌توانند کار IGBT OEM را انجام دهند، Hua Hong هستند و این ظرفیت تولید به تصاحب بستگی دارد. برخی از شرکت‌های ثروتمند، مانند Starr، در حال حاضر مجموعه‌ای از شرکت‌های دیگر را جمع‌آوری کرده‌اند.

10،آیا IGBT الزامات سفارشی برای خطوط تولید خواهد داشت؟ تفاوت اصلی چیست؟
فرآیند IGBT کاملاً با محصولات منطقی رایج متفاوت است، حداقل فرآیند دوپینگ کاشت یون و فرآیند تفریق معکوس قطعاً متفاوت هستند و فرآیندهای لایه اپیتاکسیال ویژه مختلفی وجود دارد و غیره. اینها کاملاً با مدارهای دیجیتال معمولی و مدارهای آنالوگ متفاوت هستند.

11،آیا خط تولید IGBT می‌تواند مشخصات محصول را به طور موقت تنظیم کند، به عنوان مثال، خط تولید IGBT مورد استفاده برای تولید فتوولتائیک به طور موقت با خط تولید IGBT درجه خودرو تنظیم می‌شود؟
الزامات مربوط به درجه خودرو نسبتاً بالا است و پس از نهایی شدن، جایگزینی آنها به راحتی غیرممکن است. اگرچه همه آنها IGBT هستند، اما به دلیل اینکه در صنایع فرعی مختلفی قرار دارند، الزامات کاملاً متفاوتی برای IGBT دارند و امکان ترکیب آنها وجود ندارد. با این حال، از آنجایی که همه آنها توسط یک شرکت تولید می‌شوند، ظرفیت IGBT متفاوتی در خط تولید توزیع می‌شود که این موضوع در داخل خود شرکت است. تجهیزات هنوز این مجموعه تجهیزات هستند و خط تولید هنوز این مجموعه خطوط تولید است. تفاوت‌های خاصی در بسته‌بندی وجود دارد، بنابراین فقط می‌توانیم همین را بگوییم. در عین حال، مشتریان از ترکیب خطوط تولید با سایر محصولات راضی نیستند، بنابراین سیم‌های IGBT برای خودروها منحصر به فرد هستند.

12،آیا تفاوت زیادی بین زمان صدور گواهینامه درجه گیج خودرو و خط تولید IGBT فتوولتائیک وجود دارد؟
متفاوت از الزامات بسیار بالای سنج، الزامات بازرسی کارخانه کل کارخانه خودرو بسیار سخت است. نه تنها تامین کنندگان، بلکه تامین کنندگان تامین کنندگان، تامین کنندگان مواد خام تامین کنندگان و غیره نیز خط تولید PV نسبتا ساده است و تفاوت بزرگ است.

13،بزرگترین نقطه درد گسترش ظرفیت جدید چیست؟
تا جایی که به سختی فرآیند مربوط می‌شود، IGBT اساساً می‌تواند از فرآیند ۸ اینچی استفاده کند و چند شرکت صنعتی شروع به معرفی ۱۲ اینچی کرده‌اند. اکنون، ایجاد ظرفیت تولید جدید به معنای گسترش تولید در صورت داشتن پول نیست. بزرگترین مشکل ۸ اینچی کمبود تجهیزات و قیمت بالاتر است. به عنوان مثال، قیمت تجهیزات ۸ اینچی تقریباً برابر با ۱۲ اینچی است و چرخه تحویل طولانی است، و همچنین شکاف استعدادی که صنعت نیمه‌هادی چین را آزار می‌دهد. به طور خلاصه، عمدتاً کمبود تجهیزات و افراد باتجربه است.

خلاصه: IGBT تراشه اصلی تبدیل و کاربرد انرژی الکتریکی است و جزء بسیار مهمی از خنثی‌سازی کربن محسوب می‌شود. بزرگترین کاربرد پایین‌دستی آن در زمینه وسایل نقلیه با انرژی جدید است و پس از باتری‌ها، دومین هزینه بزرگ را دارد. علاوه بر این، اینورتر مورد استفاده در فتوولتائیک تقاضای زیادی برای IGBT دارد. در حال حاضر، عرضه و تقاضای بازار IGBT به طور جدی نامتعادل است و وضعیت همه‌گیری در خارج از کشور منجر به ظرفیت تولید محدود کارخانه‌های بزرگ می‌شود. دلیل اصلی دشواری تولیدکنندگان داخلی در گسترش تولید، کمبود تجهیزات و متخصصان باتجربه است. از سوی دیگر، معمولاً ۱ تا ۳ سال طول می‌کشد تا کارخانه‌های جدید برای تأیید به خط تولید برسند، بنابراین آزادسازی ظرفیت تولید جدید زمان می‌برد. کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که زمان تعادل مجدد عرضه و تقاضا در ژوئن ۲۰۲۲ خواهد بود.

قبلی

تجزیه و تحلیل مقایسه اختراع مواد نیمه هادی نسل سوم چین و ایالات متحده

بعدی

توضیح انیمیشن سه بعدی: اصول کار ترانزیستور بالاخره شوکه شد. ذات