Satu artikel memahami IGBT

Beranda Kolumnis Sorotan Harian Satu artikel memahami IGBT

2022-03-17 1161

1,Apa itu IGBT?

Nama lengkap IGBT adalah transistor bipolar gerbang terisolasi, yang merupakan perangkat struktur majemuk. Ini menggabungkan keunggulan transistor MOS dan transistor bipolar BJT. Ini banyak digunakan di bidang konversi tegangan-arus dan keluaran daya, terutama di bidang tegangan tinggi dan arus tinggi. IGBT adalah salah satu perangkat semikonduktor inti bagi manusia untuk mengontrol dan memanfaatkan daya. Perangkat semikonduktor ini terutama digunakan di bidang konversi daya elektronik, dan kami secara kolektif menyebutnya semikonduktor daya. Aplikasi yang paling sederhana, seperti komputer notebook kita, dilengkapi dengan adaptor daya yaitu IGBT yang berperan dalam proses kenaikan dan penurunan tegangan serta perubahan AC/DC. Jelas sekali, IGBT adalah anggota semikonduktor daya yang paling penting. Fungsinya untuk mengontrol listrik, dan merupakan chip inti konversi dan penerapan energi listrik.

2,Apakah IGBT merupakan produk yang disesuaikan atau produk umum?
Dibandingkan dengan chip lain, IGBT merupakan produk standar. Biasanya, pengenalan produk IGBT secara detail akan dirilis di situs web resmi berbagai perusahaan, dan berbagai parameter produk IGBT ini akan dicantumkan, seperti arus kolektor maksimum (ICM), tegangan emitor maksimum (UCES), tegangan tembus gerbang (UGEM), tegangan konduksi, level tegangan tahan, kecepatan switching, jenis dan masa pakai pembawa, kapasitansi input, konsumsi daya kolektor maksimum (PCM), rentang suhu operasi, dll. Setelah melihat parameter-parameter ini, pelanggan dapat merancang dan mencocokkannya sesuai dengan kebutuhan aplikasi aktual. Penyesuaian akan dilakukan berdasarkan skenario aplikasi dan pelanggan yang berbeda. Setelah difinalisasi, kemungkinan besar tidak akan diganti, tetapi jika pasokan tidak tersedia, dimungkinkan juga untuk mengganti produk serupa dari perusahaan lain. Namun pada dasarnya, kami tetap menganggap IGBT sebagai produk standar universal.

3,Mengapa IGBT dianggap sebagai semikonduktor daya yang paling bermanfaat untuk netralitas karbon?
Dengan promosi energi bersih berskala besar, permintaan yang lebih tinggi diajukan untuk IGBT, dan yang paling umum adalah penerapan inverter fotovoltaik, yang membutuhkan sejumlah besar modul IGBT dan IGBT tegangan tinggi dan ultra-tinggi, sehingga listrik kasar yang dipancarkan oleh fotovoltaik dapat diubah menjadi listrik halus yang dapat dihubungkan dengan lancar ke Internet. Oleh karena itu, ini adalah tautan yang sangat penting dari netralitas karbon di masa depan. Dalam penerapan IGBT di era kendaraan listrik, di masa lalu, mobil semuanya adalah kendaraan bertenaga bahan bakar, dan tidak peduli bagaimana bensin diubah, emisi gas buang kendaraan bensin tidak dapat diubah. Namun, kendaraan energi baru yang hemat energi dan ramah lingkungan dianjurkan sekarang, dan masa depan akan menjadi era kendaraan listrik energi baru, dan kendaraan listrik membutuhkan sejumlah besar produk semikonduktor daya seperti IGBT. Perolehan dan pemanfaatan energi listrik bersih merupakan kunci untuk mengurangi emisi karbon dioksida dan mencapai netralitas karbon di masa depan, dan pemanfaatan energi listrik tidak dapat dipisahkan dari semikonduktor daya dan IGBT.

4,Apa saja bidang aplikasi hilir? Seberapa besar ruang industrinya?
Karena semikonduktor adalah industri dasar, semua bidang yang terkait dengan listrik adalah tempat semikonduktor daya memainkan perannya, sehingga industri ini sangat besar, karena setidaknya 50% produk di sekitar kita terkait dengan listrik dan produk elektronik, seperti telepon elektronik konsumen, headset Bluetooth, komputer notebook, berbagai peralatan rumah tangga, serta motor industri besar, angkutan kereta api, kendaraan energi baru, inverter fotovoltaik, jaringan pintar, dll., di mana listrik dibutuhkan, IGBT pada dasarnya sangat diperlukan. Sejauh menyangkut skala industri, pasar global untuk IGBT dan modul melampaui USD 7 miliar pada tahun 2019, dan tahun ini akan melampaui USD 10 miliar. Diprediksi akan mencapai USD 19 miliar pada tahun 2026, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sekitar 15%. Itu termasuk pasar yang tumbuh relatif cepat, dan merupakan segmen pertumbuhan yang relatif stabil. Tidak seperti produk lain, seperti memori, yang memiliki pasang surut dan perubahan siklus yang jelas, IGBT termasuk dalam tipe pertumbuhan yang stabil. Dengan kendaraan listrik energi baru dan elektrifikasi elektronik berbagai industri, dan penggunaan energi bersih, bidang semikonduktor daya, termasuk IGBT, terus mempertahankan pertumbuhan yang kuat dan bertenaga. Biasanya, kami membagi tegangan menurut IGBT ke dalam berbagai tingkatan. Tegangan di bawah 650V-900V adalah tegangan menengah dan rendah, tegangan di atas 900-1200V adalah tegangan menengah dan tinggi, dan tegangan di atas 1200V adalah tegangan tinggi. IGBT di bawah 650V juga tersedia, tetapi penggunaannya tidak besar. Produk MOSFET lebih banyak digunakan di bidang ini. Di antara mereka, sebagian besar elektronik konsumen, barang putih, dll. termasuk dalam kisaran IGBT tegangan rendah, yang mencakup sekitar 30%. IGBT tegangan tinggi mencakup 20% di bidang industri daya tinggi. IGBT yang digunakan dalam bidang energi tegangan tinggi dan daya tinggi, seperti kereta api berkecepatan tinggi, inverter fotovoltaik, dan angkutan kereta api, mencakup 15%. Selain itu, kendaraan energi baru di bidang elektronik otomotif menyumbang lebih dari 30%, dan ini merupakan jalur yang paling menjanjikan di masa depan.

5,Bagaimana situasi penawaran dan permintaan pasar? Diperkirakan pasokan dan permintaan akan seimbang dalam beberapa tahun.
Saat ini, seluruh pasar kehabisan stok semikonduktor telah berlangsung selama lebih dari setahun. Mulai Juli 2020, produk semikonduktor mulai menunjukkan tingkat ketegangan yang berbeda-beda, dan setelah Oktober, produk tersebut meledak secara menyeluruh, dan harga melonjak, mencapai puncaknya pada akhir Mei tahun ini. Kenaikan harga banyak keripik sangat berlebihan, dan pabrik wafer terus-menerus menyesuaikan harga. Meski begitu, melakukan pemesanan masih merupakan hal yang gila, dan serbuan chip di hilir menyebabkan penjarahan kapasitas produksi hulu, yang menyebabkan ketidakseimbangan total antara pasokan dan permintaan di seluruh industri. Banyak orang di industri telah membuat berbagai prediksi dan asumsi agar industri semikonduktor dapat memulihkan keseimbangan antara penawaran dan permintaan serta kembali ke keadaan normal, dan memperkirakan berbagai titik waktu untuk kembali normal, serta prasyarat terbentuknya titik belok. . Pendapat pribadi saya, sekitar bulan Juni 2022, pertama-tama mari kita lihat berbagai faktor yang mempengaruhi hubungan antara supply dan demand. Dilihat dari pengalaman sejarah untuk menilai perubahan industri, secara umum periode booming semikonduktor adalah 24-36 bulan, dan periode dingin adalah 12-18 bulan. Sejak bulan Juni tahun lalu, kami kira ini adalah awal masa boom, sehingga masa boom ini akan berlangsung hingga Juni 2022. Mengingat faktor-faktor yang mempengaruhi epidemi, meskipun epidemi telah mengganggu ritme industri global, hal ini seharusnya menjadi peluang dan tantangan baru bagi semikonduktor, terutama bagi Tiongkok. Setidaknya, menurut kami telah terjadi dua titik ledakan besar dalam dua tahun ini. Yang pertama adalah bekerja di rumah setelah epidemi. Pekerjaan online telah menyebabkan lonjakan permintaan berbagai laptop tablet, yang meningkatkan permintaan chip semikonduktor, karena 90% harga produk tersebut adalah perangkat semikonduktor. Oleh karena itu, lonjakan ini terjadi. Setelah setiap epidemi, ini adalah periode emas penjualan mobil. Saat ini, konsep dan siklus kendaraan energi baru telah diterapkan. Kandungan produk semikonduktor di seluruh kendaraan telah meningkat pesat, sedangkan kandungan bahan bakar kendaraan tradisional hanya sekitar 10-15%. Namun, produk semikonduktor pada kendaraan energi baru mencapai lebih dari 50%. Bagian terpenting dari bagian ini adalah berbagai elektronik otomotif, semikonduktor daya otomotif, sensor, berbagai unit kontrol mikro MCU, dll. Kesamaan dari chip ini adalah cukup banyak produk yang diproduksi dengan proses 8 inci 0.25-0.13. Namun, sulit untuk memperluas kapasitas produksi lini 8 inci karena masalah peralatan, sehingga permintaan yang kuat untuk produk-produk ini dapat melanjutkan kekurangan chip. Namun harga yang terlalu tinggi juga akan menurunkan permintaan hilir, jadi kesimpulan saya dalam keadaan normal akan bertahan hingga Juni 2022. Saya pikir titik waktu ini adalah titik balik, setelah itu kekurangan chip akan berkurang dan inventaris akan dimulai. Ini adalah penilaian pribadi saya, dan saya bahkan tidak mengesampingkan bahwa simpul ini akan muncul lebih awal. Saat ini, pemadaman listrik besar-besaran dan pembatasan produksi di Tiongkok akan menekan peningkatan permintaan di sektor hilir dan membuat kesenjangan chip semakin menyusut. Dari sudut pandang ini, untuk jangka waktu tertentu, harga dan permintaan chip pasti akan turun, jadi menurut saya ketidakseimbangan ekstrem ini akan berlangsung paling lama 6-9 bulan lagi, dan pasti akan pulih, kecuali elektronik otomotif. Tentu saja. Industri ini terlalu istimewa, dan ada terlalu banyak faktor yang memengaruhi pemulihan rantai industri.

6,Seberapa besar dampak epidemi di luar negeri terhadap kapasitas produksi IGBT? Kapan dampaknya diperkirakan akan mereda?
Situasi epidemi di luar negeri berdampak besar pada beberapa perusahaan semikonduktor mapan, seperti Infineon, Ansenmei, dll., dan pasokannya sangat tidak stabil. Mengenai kapan akan dilonggarkan, sulit untuk dinilai. Setidaknya, saya rasa tidak mungkin dilonggarkan hingga Juni tahun depan, dan mungkin menghadapi titik balik setelah Juni. Barang-barang dari pabrik-pabrik besar ini selalu kekurangan pasokan, baik sekarang maupun tidak. Dilihat dari situasi di tahun-tahun sebelumnya, akan selalu ada periode waktu dalam setahun ketika pasokan tidak lancar, yang menyebabkan kenaikan harga, tetapi mereka terutama terkonsentrasi pada produk-produk kelas atas. Sekarang, laju substitusi domestik untuk produk IGBT kelas bawah relatif cepat, dan pasti akan mereda setelah pelepasan kapasitas produksi di masa mendatang. Saat ini, produk tegangan menengah dan rendah dalam negeri sangat matang, dan kinerja biayanya sangat tinggi, tetapi masih ada kesenjangan tertentu antara produk tegangan tinggi kelas atas dan luar negeri. Saya pikir kesenjangan ini terutama tercermin dalam bagaimana menjaga konsistensi dan stabilitas produk selama produksi massal. Bukan berarti Tiongkok tidak mampu melakukannya, tetapi kualitas produk tegangan menengah dan rendah tidak dapat dikontrol ketika jumlahnya tinggi. Momentum substitusi domestik yang baik telah menjelaskan semuanya.

7,Apa perbedaan antara IGBT yang digunakan pada kendaraan energi baru, fotovoltaik, dan penyimpanan energi? Apa saja fungsinya?
Saat ini, energi baru yang digunakan oleh mobil terutama antara 650-900V, dan beberapa perusahaan mobil juga memiliki skema 1200V, di antaranya OBC menggunakan tabung tunggal 650V, dan PCU menggunakan modul IGBT 900V. Itu tergantung pada skema paket baterai dan tegangan setiap produsen mobil, dan kemudian memilih jenis IGBT yang akan digunakan. Sangat berbeda. Modul IGBT, terutama IGBT, dan kemudian beberapa perangkat semikonduktor daya lainnya seperti FRD (Pemulihan Cepat), TVS (Tegangan Sesaat), SBD, dll. diperlukan untuk membentuk modul untuk mengatasi berbagai skenario dan tuntutan. Jika itu adalah modul IGBT IPM, IC kontrol daya internal terintegrasi, dan ada IC manajemen daya selain IGBT dan produk semikonduktor daya lainnya.

8,Berapa proporsi IGBT dalam biaya kendaraan energi baru/fotovoltaik/penyimpanan energi?
PCU+OBC, kendaraan energi baru, menyumbang setidaknya 25%-30% dari keseluruhan kendaraan, dan rasio biaya model yang berbeda sangat berbeda. Misalnya, mobil ajaib seperti Wuling mini dijual seharga total 2.98 yuan, dan biaya kontrol elektronik tidak akan melebihi 3,000 yuan. Mobil jenis ini bahkan tidak memerlukan IGBT, semuanya adalah MOSFET, dan misalnya, Great Wall Euler Black Cat dijual seharga 60,000 atau 70,000 yuan per mobil, dan biaya paket baterai adalah 15,000 yuan, dan IGBT dapat digunakan. Konsumsi dan harga IGBT pada mobil kelas atas besar, dan IGBT juga digunakan sebagai inverter untuk fotovoltaik dan penyimpanan energi. Proporsi biaya ini sulit dikatakan, karena sebagian besar pembangkit listrik ada pada baterai perc dan struktur lainnya, tergantung pada skala investasi.

9,Akankah terjadi perebutan kapasitas IGBT di berbagai industri?
Ini adalah status quo di seluruh industri, dan sekarang berarti siapa pun yang punya uang dapat merebut kapasitas produksi. Perusahaan besar memiliki keuntungan karena jumlah uang yang besar. Saat ini, sebagian besar semikonduktor daya domestik adalah model IDM. Misalnya, Silanwei dan Shidai Electric memiliki lini produksi sendiri, sehingga tidak ada yang namanya merebut kapasitas produksi. Perusahaan lain yang dapat mengerjakan OEM IGBT adalah Hua Hong, dan kapasitas produksi ini bergantung pada perebutan kapasitas. Beberapa perusahaan berkantong tebal, seperti Starr, telah mengumpulkan lini produk lain.

10,Apakah IGBT memiliki persyaratan khusus untuk lini produksi? Apa perbedaan utamanya?
Proses IGBT sangat berbeda dari produk logika umum, setidaknya proses doping implantasi ion dan proses pengurangan baliknya jelas berbeda, dan terdapat berbagai proses lapisan epitaksial khusus, dan sebagainya. Hal ini sangat berbeda dari rangkaian digital dan rangkaian analog biasa.

11,Dapatkah lini produksi IGBT menyesuaikan spesifikasi produk untuk sementara, misalnya, lini produksi IGBT yang digunakan untuk produksi fotovoltaik untuk sementara disesuaikan dengan lini produksi IGBT tingkat ukuran mobil?
Persyaratan untuk kelas mobil relatif tinggi, dan setelah difinalisasi, mustahil untuk menggantinya dengan mudah. Meskipun semuanya adalah IGBT, karena berada di sub-industri yang berbeda, persyaratan IGBT-nya pun sangat berbeda, dan tidak mungkin untuk mencampurnya. Namun, karena semuanya diproduksi oleh satu perusahaan, kapasitas IGBT yang berbeda didistribusikan di lini produksi, yang merupakan urusan internal perusahaan itu sendiri. Peralatannya tetaplah perangkat ini, dan lini produksinya tetaplah perangkat ini. Ada beberapa perbedaan dalam pengemasan, jadi kami hanya bisa mengatakan itu. Di saat yang sama, pelanggan tidak senang mencampur lini produk dengan produk lain, sehingga kabel IGBT untuk mobil bersifat unik.

12,Apakah ada perbedaan besar antara waktu sertifikasi tingkat ukuran kendaraan dan jalur produksi IGBT fotovoltaik?
Berbeda dari persyaratan pengukur yang sangat tinggi, persyaratan inspeksi pabrik di seluruh pabrik kendaraan sangatlah ketat. Tidak hanya pemasok, tetapi juga pemasok pemasok, pemasok bahan baku pemasok, dll., lini produk PV relatif sederhana, dan perbedaannya besar.

13,Apa kendala terbesar dalam memperluas kapasitas baru?
Mengenai kesulitan proses, IGBT pada dasarnya dapat menggunakan proses 8 inci, dan beberapa perusahaan industri telah mulai memperkenalkan 12 inci. Saat ini, membangun kapasitas produksi baru bukan berarti memperluas produksi jika Anda memiliki dana. Masalah terbesar 8 inci adalah kurangnya peralatan, dan harganya yang lebih tinggi. Misalnya, harga peralatan 8 inci hampir sama dengan 12 inci, siklus pengirimannya panjang, serta kesenjangan bakat yang selama ini melanda industri semikonduktor Tiongkok. Singkatnya, penyebab utamanya adalah kurangnya peralatan dan tenaga kerja berpengalaman.

Ringkasan: IGBT adalah chip inti konversi dan aplikasi energi listrik, dan merupakan komponen yang sangat penting dari netralitas karbon. Aplikasi hilir terbesarnya adalah di bidang kendaraan energi baru, dan merupakan biaya terbesar kedua setelah baterai. Selain itu, inverter yang digunakan dalam fotovoltaik memiliki permintaan IGBT yang besar. Saat ini, pasokan dan permintaan pasar IGBT sangat tidak seimbang, dan situasi epidemi di luar negeri menyebabkan terbatasnya kapasitas produksi pabrik-pabrik besar. Alasan utama kesulitan produsen dalam negeri dalam memperluas produksi terletak pada kurangnya peralatan dan profesional yang berpengalaman. Di sisi lain, biasanya dibutuhkan 1-3 tahun bagi pabrik baru untuk mendarat di jalur produksi untuk verifikasi, sehingga membutuhkan waktu untuk kapasitas produksi baru dilepaskan. Para ahli memperkirakan bahwa waktu ketika pasokan dan permintaan akan seimbang kembali pada Juni 2022.

sebelumnya

Analisis perbandingan paten material semikonduktor generasi ketiga China dan Amerika Serikat

Selanjutnya

Penjelasan animasi 3D: Prinsip kerja transistor akhirnya kaget. Esensi