Un article comprend l'IGBT

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2022-03-17 1161

1,Qu'est-ce que l'IGBT ?

Le nom complet de l’IGBT est transistor bipolaire à grille isolée, qui est un dispositif à structure composée. Il combine les avantages du transistor MOS et du transistor bipolaire BJT. Il est largement utilisé dans les domaines de la conversion tension-courant et de la puissance de sortie, en particulier dans les domaines de la haute tension et du courant élevé. L'IGBT est l'un des principaux dispositifs semi-conducteurs permettant aux êtres humains de contrôler et d'utiliser l'énergie. Ce dispositif semi-conducteur est principalement utilisé dans le domaine de la conversion électronique de puissance, et nous l’appelons collectivement semi-conducteur de puissance. Les applications les plus simples, telles que nos ordinateurs portables, sont équipées d'adaptateurs d'alimentation, qui sont des IGBT, qui jouent un rôle dans le processus d'augmentation et de diminution de la tension et de changement AC/DC. De toute évidence, l’IGBT est le membre le plus important des semi-conducteurs de puissance. Sa fonction est de contrôler l’électricité et constitue la puce centrale de la conversion et de l’application de l’énergie électrique.

2,L'IGBT est-il un produit personnalisé ou un produit général ?
Comparé aux autres puces, l'IGBT est un produit standard. Une présentation détaillée des produits IGBT est généralement publiée sur les sites web officiels des différentes entreprises, avec divers paramètres, tels que le courant de collecteur maximal (ICM), la tension d'émetteur maximale (UCES), la tension de claquage de grille (UGEM), la tension de conduction, le niveau de tension de tenue, la vitesse de commutation, le type et la durée de vie des porteurs, la capacité d'entrée, la consommation maximale du collecteur (PCM), la plage de températures de fonctionnement, etc. Après avoir examiné ces paramètres, les clients peuvent les concevoir et les adapter aux exigences de l'application. Différents ajustements seront nécessaires en fonction des différents scénarios d'application et des différents clients. Une fois finalisé, il est peu probable qu'il soit remplacé, mais en cas d'indisponibilité, il est possible de remplacer un produit similaire par un autre fabricant. En substance, nous pensons toujours que l'IGBT est un produit standard universel.

3,Pourquoi l’IGBT est-il considéré comme le semi-conducteur de puissance le plus bénéfique pour la neutralité carbone ?
Avec la promotion à grande échelle des énergies propres, la demande en IGBT augmente. L'application la plus courante est l'utilisation d'onduleurs photovoltaïques, qui nécessitent un grand nombre d'IGBT et de modules IGBT haute et ultra-haute tension pour transformer l'électricité brute produite par le photovoltaïque en électricité fine, facilement connectable à Internet. Il s'agit donc d'un élément essentiel de la neutralité carbone future. Concernant l'application des IGBT à l'ère des véhicules électriques, les voitures étaient autrefois toutes alimentées au carburant, et quel que soit le type d'essence, les émissions de gaz d'échappement des véhicules à essence ne pouvaient être modifiées. Cependant, les véhicules économes en énergie et respectueux de l'environnement sont aujourd'hui privilégiés, et l'avenir sera celui des véhicules électriques à énergie nouvelle, qui nécessiteront un grand nombre de semi-conducteurs de puissance tels que les IGBT. L’acquisition et l’utilisation d’énergie électrique propre sont la clé pour réduire les émissions de dioxyde de carbone et atteindre la neutralité carbone à l’avenir, et l’utilisation de l’énergie électrique est indissociable des semi-conducteurs de puissance et des IGBT.

4,Quels sont les domaines d’applications en aval ? Quelle est la taille de l’espace industriel ?
Les semi-conducteurs étant une industrie fondamentale, tous les domaines liés à l'électricité sont concernés par les semi-conducteurs de puissance. Cette industrie est donc très importante, car au moins 50 % des produits qui nous entourent sont liés à l'électricité et aux produits électroniques, tels que les téléphones grand public, les casques Bluetooth, les ordinateurs portables, divers appareils électroménagers, ainsi que les gros moteurs industriels, le transport ferroviaire, les véhicules à énergies nouvelles, les onduleurs photovoltaïques, les réseaux intelligents, etc. Là où l'électricité est nécessaire, les IGBT sont fondamentalement indispensables. À l'échelle de l'industrie, le marché mondial des IGBT et des modules a dépassé 7 milliards de dollars en 2019 et dépassera 10 milliards de dollars cette année. On prévoit qu'il atteindra 19 milliards de dollars d'ici 2026, avec un taux de croissance annuel composé d'environ 15 %. Il s'agit d'un marché à croissance relativement rapide et d'un segment de croissance relativement stable. Contrairement à d'autres produits, comme les mémoires, qui connaissent des fluctuations et des cycles évidents, les IGBT affichent une croissance régulière. Avec l'avènement des véhicules électriques à énergie nouvelle, l'électrification de diverses industries et l'utilisation d'énergies propres, le secteur des semi-conducteurs de puissance, notamment les IGBT, poursuit sa forte croissance. On distingue généralement les tensions des IGBT : les tensions inférieures à 650 V-900 V correspondent aux moyennes et basses tensions, les tensions supérieures à 900-1200 1200 V aux moyennes et hautes tensions, et les tensions supérieures à 650 30 V à la haute tension. Des IGBT inférieurs à 20 V sont également disponibles, mais leur utilisation est limitée. Les MOSFET sont davantage utilisés dans ce domaine. Parmi eux, la plupart des appareils électroniques grand public, les appareils électroménagers, etc., appartiennent à la gamme des IGBT basse tension, qui représentent environ 15 %. Les IGBT haute tension représentent 30 % des applications industrielles de haute puissance. Les IGBT utilisés dans les secteurs de l'énergie haute tension et haute puissance, tels que les trains à grande vitesse, les onduleurs photovoltaïques et le transport ferroviaire, représentent XNUMX %. De plus, les véhicules à énergie nouvelle dans le domaine de l'électronique automobile représentent plus de XNUMX %, et c'est la piste la plus prometteuse pour l'avenir.

5,Quelle est la situation de l’offre et de la demande sur le marché ? On s’attend à ce que l’offre et la demande s’équilibrent dans quelques années.
À l'heure actuelle, l'ensemble du marché des semi-conducteurs en rupture de stock dure depuis plus d'un an. À partir de juillet 2020, les produits semi-conducteurs ont commencé à montrer différents degrés de tension, et après octobre, ils ont éclaté de manière générale et les prix ont grimpé en flèche, atteignant un sommet à la fin du mois de mai de cette année. L'augmentation des prix de nombreuses puces est très exagérée et l'usine de plaquettes ajuste constamment les prix. Pour autant, il reste fou de passer des commandes, et la ruée effrénée vers les chips en aval conduit au pillage des capacités de production en amont, ce qui conduit à un déséquilibre complet entre l'offre et la demande dans l'ensemble de l'industrie. De nombreuses personnes dans l'industrie ont fait diverses prédictions et hypothèses pour que l'industrie des semi-conducteurs rétablisse l'équilibre entre l'offre et la demande et revienne à l'état normal, et ont prédit divers nœuds temporels pour le retour à la normale, ainsi que les conditions préalables à la formation de points d'inflexion. . Mon opinion personnelle est que vers juin 2022, examinons tout d’abord divers facteurs qui affectent la relation entre l’offre et la demande. À en juger par l'expérience historique pour juger des changements dans l'industrie, d'une manière générale, la période de boom des semi-conducteurs est de 24 à 36 mois et la période de froid est de 12 à 18 mois. Depuis juin de l’année dernière, nous pensons que c’est le début de la période de boom, cette période de boom durera donc jusqu’en juin 2022. Compte tenu des facteurs d'influence de l'épidémie, même si l'épidémie a perturbé le rythme de l'industrie mondiale, elle devrait constituer une nouvelle opportunité et un nouveau défi pour les semi-conducteurs, en particulier pour la Chine. Au moins, nous pensons qu’il y a eu deux énormes points d’explosion au cours de ces deux années. La première est de travailler à domicile après l’épidémie. Le travail en ligne a entraîné une augmentation de la demande pour diverses tablettes portables, ce qui a stimulé la demande de puces semi-conductrices, car 90 % du coût de ces produits sont des dispositifs semi-conducteurs. C’est pourquoi cette poussée a été provoquée. Après chaque épidémie, c'est la période dorée des ventes d'automobiles. Tout à l'heure, le concept et le cycle des véhicules à énergies nouvelles se sont superposés. La teneur en produits semi-conducteurs dans l'ensemble du véhicule a été considérablement augmentée, alors que celle des véhicules à carburant traditionnels n'est que d'environ 10 à 15 %. Cependant, les produits semi-conducteurs utilisés dans les véhicules à énergies nouvelles représentent plus de 50 %. Les parties les plus importantes de cette pièce sont divers composants électroniques automobiles, semi-conducteurs de puissance automobile, capteurs, diverses unités de microcontrôle MCU, etc. Ce que ces puces ont en commun, c'est qu'un grand nombre de produits sont fabriqués selon un procédé de 8 pouces 0.25-0.13. Cependant, il est difficile d'augmenter la capacité de production de la ligne de 8 pouces en raison de problèmes d'équipement, de sorte que la forte demande continue pour ces produits pourrait perpétuer la pénurie de puces. Cependant, un prix trop élevé réduira également la demande en aval, donc ma conclusion est que dans des circonstances normales, cela durera jusqu'en juin 2022. Je pense que ce moment est un tournant, après quoi la pénurie de puces s'atténuera et les stocks commenceront. C'est mon jugement personnel, et je n'exclus même pas que ce nœud arrive en avance. Aujourd'hui, les pannes d'électricité et les restrictions de production de grande ampleur en Chine vont écraser la demande gonflée en aval et maintenir le déficit de puces à se réduire. De ce point de vue, pendant un certain temps, le prix et la demande des puces vont certainement baisser, donc je pense que ce déséquilibre extrême durera encore 6 à 9 mois au maximum, et il se rétablira certainement, à l'exception de l'électronique automobile, bien sûr. Ce secteur est trop particulier, et trop de facteurs influencent la restauration de la chaîne industrielle.

6,Quelle est l'ampleur de l'impact de l'épidémie à l'étranger sur la capacité de production d'IGBT ? Quand prévoit-on une réduction de la production ?
La situation épidémique à l'étranger a un impact considérable sur plusieurs entreprises de semi-conducteurs établies, telles qu'Infineon et Ansenmei, et l'offre est très instable. Quant à savoir quand la situation s'améliorera, il est difficile de le prévoir. Du moins, je ne pense pas qu'elle le soit avant juin prochain, et la situation pourrait connaître un point d'inflexion après juin. Les produits de ces grandes usines ont toujours été en pénurie, que ce soit le cas actuellement ou non. Si l'on en juge par la situation des années précédentes, il y aura toujours une période d'approvisionnement instable, entraînant des hausses de prix, mais celles-ci se concentrent principalement sur les produits haut de gamme. Actuellement, le rythme de substitution national des produits IGBT bas de gamme est relativement rapide et il ralentira certainement avec la libération des futures capacités de production. Actuellement, les produits nationaux moyenne et basse tension sont très matures et leur rapport qualité-prix est très élevé, mais il existe encore un certain écart entre les produits haute tension haut de gamme et les produits étrangers. Je pense que cet écart se reflète principalement dans la manière de maintenir la cohérence et la stabilité des produits lors de la production de masse. Ce n'est pas que la Chine en soit incapable, mais que la qualité des produits de moyenne et basse tension ne peut être contrôlée lorsqu'ils sont en grande quantité. La bonne dynamique de substitution nationale a déjà tout expliqué.

7,Quelle est la différence entre les IGBT utilisés dans les véhicules à énergies nouvelles, le photovoltaïque et le stockage d'énergie ? À quelles fonctions servent-ils ?
Actuellement, la nouvelle énergie utilisée par les automobiles se situe principalement entre 650 et 900 V. Certains constructeurs automobiles proposent également des schémas 1200 V, notamment OBC, qui utilise un tube unique 650 V, et PCU, des modules IGBT 900 V. Le choix du type d'IGBT dépend des schémas de batterie et de la tension de chaque constructeur automobile. Ce choix est très variable. Un module IGBT, principalement IGBT, ainsi que d'autres semi-conducteurs de puissance tels que FRD (Fast Recovery), TVS (Instantaneous Voltage), SBD, sont nécessaires pour composer un module capable de répondre à divers scénarios et exigences. S'il s'agit d'un module IGBT IPM, un circuit intégré de contrôle de puissance interne est intégré, et il existe des circuits intégrés de gestion de puissance en plus des IGBT et d'autres semi-conducteurs de puissance.

8,Quelle est la part de l'IGBT dans le coût d'un nouveau véhicule énergétique/photovoltaïque/stockage d'énergie ?
Le PCU+OBC, un véhicule à énergie nouvelle, représente au moins 25 à 30 % du véhicule, et le rapport coût-efficacité varie considérablement d'un modèle à l'autre. Par exemple, une voiture aussi magique que la Wuling Mini se vend 2.98 yuans au total, et le coût de la commande électronique ne dépasse pas 3,000 60,000 yuans. Ce type de véhicule n'a même pas besoin d'IGBT, il est entièrement constitué de MOSFET. Par exemple, la Great Wall Euler Black Cat se vend 70,000 15,000 ou XNUMX XNUMX yuans par voiture, et le coût d'une batterie est de XNUMX XNUMX yuans, et l'IGBT peut être utilisé. La consommation et le prix des IGBT dans les voitures haut de gamme sont élevés, et les IGBT sont également utilisés comme onduleurs pour le photovoltaïque et le stockage d'énergie. Ce rapport coût-efficacité est difficile à évaluer, car l'essentiel d'une centrale électrique repose sur des batteries PERC et d'autres structures, selon l'ampleur de l'investissement.

9,Y aura-t-il une accaparement des capacités IGBT entre différentes industries ?
C'est le statu quo de toute l'industrie, et cela signifie désormais que quiconque a les moyens financiers peut s'emparer des capacités de production. Les grandes entreprises bénéficient d'un avantage financier important. Actuellement, une part considérable des semi-conducteurs de puissance nationaux sont des modèles IDM. Par exemple, Silanwei et Shidai Electric possèdent leurs propres lignes de production ; il est donc impossible de s'emparer des capacités de production. Hua Hong, par exemple, est également capable de fournir des services OEM pour les IGBT, et cette capacité de production dépend de l'accaparement. Certaines entreprises aux moyens financiers importants, comme Starr, en ont déjà acquis une gamme.

10,Les IGBT auront-ils des exigences spécifiques pour les lignes de production ? Quelle est la principale différence ?
Le procédé de fabrication des IGBT est très différent de celui des produits logiques courants. Le dopage par implantation ionique et la soustraction inverse sont nettement différents, et il existe divers procédés de couches épitaxiales spécifiques, entre autres. Ces circuits sont totalement différents des circuits numériques et analogiques classiques.

11,La ligne de production IGBT peut-elle ajuster temporairement les spécifications du produit, par exemple, la ligne de production IGBT utilisée pour la production photovoltaïque est temporairement ajustée à la ligne de production IGBT de qualité automobile ?
Les exigences en matière de qualité automobile sont relativement élevées et, une fois finalisées, leur remplacement est difficile. Bien qu'il s'agisse tous d'IGBT, leurs exigences sont totalement différentes, car ils appartiennent à des sous-secteurs différents, et il est impossible de les mélanger. Cependant, étant tous produits par une seule entreprise, la capacité des différents IGBT est répartie sur la ligne de production, ce qui relève de la responsabilité de l'entreprise elle-même. L'équipement et la ligne de production restent identiques. Il existe certaines différences de conditionnement, ce qui explique pourquoi nous ne pouvons que le souligner. Par ailleurs, les clients n'apprécient pas de mélanger les gammes de produits avec d'autres, ce qui rend les fils IGBT pour automobiles uniques.

12,Existe-t-il une grande différence entre le temps de certification de la qualité de la jauge du véhicule et la ligne de production IGBT photovoltaïque ?
Différentes des exigences très élevées de la jauge, les exigences d'inspection en usine de l'ensemble de l'usine automobile sont extrêmement strictes. Non seulement les fournisseurs, mais aussi les fournisseurs des fournisseurs, les fournisseurs de matières premières des fournisseurs, etc., la gamme de produits photovoltaïques est relativement simple et la différence est grande.

13,Quel est le plus gros problème lié à l’expansion de nouvelles capacités ?
Concernant la complexité du procédé, les IGBT peuvent généralement utiliser le procédé 8 pouces, et quelques entreprises du secteur ont commencé à introduire le 12 pouces. Aujourd'hui, construire de nouvelles capacités de production ne signifie pas nécessairement augmenter la production si l'on dispose de fonds. Le principal problème du 8 pouces réside dans le manque d'équipements et leur prix plus élevé. Par exemple, le prix des équipements 8 pouces est quasiment identique à celui des 12 pouces, le délai de livraison est long et la pénurie de talents qui affecte l'industrie chinoise des semi-conducteurs est un fléau. En résumé, le principal problème réside dans le manque d'équipements et de personnel expérimenté.

Résumé : L'IGBT est la puce centrale de la conversion et de l'application de l'énergie électrique, et constitue un élément essentiel de la neutralité carbone. Son application en aval la plus importante se situe dans le domaine des véhicules à énergies nouvelles, et représente le deuxième poste de dépenses le plus important après les batteries. De plus, les onduleurs utilisés dans le photovoltaïque suscitent une forte demande d'IGBT. Actuellement, l'équilibre entre l'offre et la demande sur le marché des IGBT est fortement déséquilibré, et la situation épidémique à l'étranger limite les capacités de production des grandes usines. La principale raison des difficultés des fabricants nationaux à développer leur production réside dans le manque d'équipements et de professionnels expérimentés. Par ailleurs, il faut généralement un à trois ans pour que de nouvelles usines soient opérationnelles et validées, ce qui nécessite du temps pour libérer de nouvelles capacités de production. Les experts prévoient un retour à l'équilibre entre l'offre et la demande en juin 1.

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