Un articolo comprende l'IGBT

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2022-03-17 1161

1,Cos'è l'IGBT?

Il nome completo dell'IGBT è transistor bipolare a gate isolato, che è un dispositivo a struttura composta. Combina i vantaggi del transistor MOS e del transistor bipolare BJT. È ampiamente utilizzato nei campi della conversione tensione-corrente e della potenza in uscita, in particolare nei campi ad alta tensione e corrente elevata. L'IGBT è uno dei principali dispositivi a semiconduttore che consente agli esseri umani di controllare e utilizzare l'energia. Questo dispositivo a semiconduttore viene utilizzato principalmente nel campo della conversione di potenza elettronica e lo chiamiamo collettivamente semiconduttore di potenza. Le applicazioni più semplici, come i nostri computer notebook, sono dotate di adattatori di alimentazione IGBT, che svolgono un ruolo nel processo di aumento e diminuzione della tensione e nel cambiamento AC/DC. Ovviamente, l'IGBT è il membro più importante dei semiconduttori di potenza. La sua funzione è quella di controllare l'elettricità ed è il chip principale della conversione e dell'applicazione dell'energia elettrica.

2,L'IGBT è un prodotto personalizzato o un prodotto generico?
Rispetto ad altri chip, l'IGBT è un prodotto standard. Di solito, un'introduzione dettagliata dei prodotti IGBT viene pubblicata sui siti web ufficiali di varie aziende e vengono indicati vari parametri di questo prodotto IGBT, come la corrente massima di collettore ICM, la tensione massima di emettitore UCES, la tensione di rottura del gate UGEM, la tensione di conduzione, il livello di tensione di tenuta, la velocità di commutazione, il tipo e la durata del vettore, la capacità di ingresso, il consumo massimo di potenza del collettore PCM, l'intervallo di temperatura di esercizio, ecc. Dopo aver esaminato questi parametri, i clienti possono progettarli e adattarli in base alle effettive esigenze applicative. A seconda dei diversi scenari applicativi e dei diversi clienti, saranno necessarie diverse modifiche. Una volta finalizzato, è improbabile che venga sostituito, ma se l'alimentazione non è disponibile, è anche possibile sostituire un prodotto simile di un'altra azienda. In sostanza, tuttavia, riteniamo che l'IGBT sia ancora un prodotto universale standard.

3,Perché l'IGBT è considerato il semiconduttore di potenza più vantaggioso per la neutralità carbonica?
Con la promozione su larga scala dell'energia pulita, si registra una maggiore domanda di IGBT, e la più tipica è l'applicazione di inverter fotovoltaici, che richiede un gran numero di moduli IGBT e IGBT ad alta e altissima tensione, in modo che l'elettricità grezza emessa dal fotovoltaico possa essere trasformata in elettricità fine, facilmente collegabile a Internet. Pertanto, questo rappresenta un collegamento molto importante per la neutralità carbonica in futuro. Nell'applicazione degli IGBT nell'era dei veicoli elettrici, in passato le auto erano tutte alimentate a benzina e, indipendentemente da come si cambiasse il motore a benzina, le emissioni di scarico dei veicoli a benzina non potevano essere modificate. Tuttavia, ora si promuovono veicoli a nuova energia a risparmio energetico e rispettosi dell'ambiente, e il futuro sarà l'era dei veicoli elettrici a nuova energia, e i veicoli elettrici necessitano di un gran numero di prodotti a semiconduttore di potenza come gli IGBT. L'acquisizione e l'utilizzo di energia elettrica pulita sono fondamentali per ridurre le emissioni di anidride carbonica e raggiungere la neutralità carbonica in futuro; l'utilizzo dell'energia elettrica è inscindibile dai semiconduttori di potenza e dagli IGBT.

4,Quali sono i campi delle applicazioni downstream? Quanto è grande lo spazio industriale?
Poiché quello dei semiconduttori è un settore di base, i semiconduttori di potenza svolgono un ruolo importante in tutti i settori correlati all'elettricità. Pertanto, questo settore è molto vasto, poiché almeno il 50% dei prodotti che ci circondano è correlato all'elettricità e ai prodotti elettronici, come telefoni di consumo, cuffie Bluetooth, computer portatili, vari elettrodomestici, nonché grandi motori industriali, trasporti ferroviari, veicoli a nuova energia, inverter fotovoltaici, reti intelligenti, ecc., dove è necessaria l'elettricità, l'IGBT è praticamente indispensabile. Per quanto riguarda la scala del settore, il mercato globale degli IGBT e dei moduli ha superato i 7 miliardi di dollari nel 2019 e quest'anno supererà i 10 miliardi di dollari. Si prevede che raggiungerà i 19 miliardi di dollari entro il 2026, con un tasso di crescita annuo composto di circa il 15%. Appartiene a un mercato in rapida crescita ed è un segmento di crescita relativamente stabile. A differenza di altri prodotti, come le memorie, che presentano alti e bassi e evidenti cambiamenti ciclici, l'IGBT appartiene a un tipo di crescita costante. Con i nuovi veicoli elettrici, l'elettrificazione elettronica di vari settori e l'uso di energia pulita, il settore dei semiconduttori di potenza, inclusi gli IGBT, continua a mantenere una crescita forte e potente. Solitamente, la tensione in base agli IGBT viene suddivisa in diverse classi. La tensione inferiore a 650 V-900 V è media e bassa tensione, la tensione superiore a 900-1200 V è media e alta tensione, e la tensione superiore a 1200 V è alta tensione. Sono disponibili anche IGBT inferiori a 650 V, ma il loro utilizzo non è molto diffuso. I prodotti MOSFET sono più utilizzati in questo settore. Tra questi, la maggior parte dell'elettronica di consumo, degli elettrodomestici, ecc. appartiene alla gamma degli IGBT a bassa tensione, che rappresenta circa il 30%. Gli IGBT ad alta tensione rappresentano il 20% nei settori industriali ad alta potenza. Gli IGBT utilizzati nei settori energetici ad alta tensione e alta potenza, come le ferrovie ad alta velocità, gli inverter fotovoltaici e il trasporto ferroviario, rappresentano il 15%. Inoltre, i veicoli a nuova energia nel campo dell'elettronica automobilistica rappresentano oltre il 30% e questo è il percorso più promettente per il futuro.

5,Qual è la situazione della domanda e dell’offerta del mercato? Si prevede che entro pochi anni domanda e offerta raggiungeranno l’equilibrio.
Al momento, l'intero mercato esaurito dei semiconduttori va avanti da più di un anno. Da luglio 2020 i prodotti a semiconduttori hanno iniziato a mostrare diversi gradi di tensione, che dopo ottobre è esplosa a tutto tondo e i prezzi sono saliti alle stelle, raggiungendo il picco alla fine di maggio di quest’anno. L'aumento dei prezzi di molti chip è esagerato e la fabbrica di wafer adegua costantemente i prezzi. Nonostante ciò, è ancora una follia effettuare ordini, e la frenetica corsa ai chip a valle porta al saccheggio della capacità produttiva a monte, che porta ad un completo squilibrio tra domanda e offerta nell'intero settore. Molte persone nel settore hanno fatto varie previsioni e ipotesi affinché l'industria dei semiconduttori possa ripristinare l'equilibrio tra domanda e offerta e tornare allo stato normale, e hanno previsto vari nodi temporali per il ritorno alla normalità, nonché i presupposti per la formazione di punti di flesso . La mia opinione personale è che intorno a giugno 2022, prima di tutto, guardiamo ai vari fattori che influenzano il rapporto tra domanda e offerta. A giudicare dall'esperienza storica per giudicare i cambiamenti del settore, in generale, il periodo di boom dei semiconduttori è di 24-36 mesi e il periodo freddo è di 12-18 mesi. Dal giugno dello scorso anno, riteniamo che sia l’inizio del periodo di boom, quindi questo periodo di boom durerà fino a giugno 2022. Considerando i fattori che influenzano l’epidemia, sebbene l’epidemia abbia interrotto il ritmo dell’industria globale, dovrebbe rappresentare una nuova opportunità e una nuova sfida per i semiconduttori, in particolare per la Cina. Almeno pensiamo che ci siano stati due enormi punti di esplosione in questi due anni. Il primo è lavorare da casa dopo l’epidemia. Il lavoro online ha portato a un aumento della domanda di vari tablet laptop, che ha aumentato la domanda di chip a semiconduttore, poiché il 90% del costo di questi prodotti è costituito da dispositivi a semiconduttore. Pertanto, questa ondata è stata causata. Dopo ogni epidemia, è il periodo d’oro delle vendite di automobili. Proprio ora il concetto e il ciclo dei veicoli a nuova energia sono stati sovrapposti. Il contenuto di prodotti a semiconduttori nell'intero veicolo è stato notevolmente aumentato, mentre quello dei veicoli a carburante tradizionale è solo del 10-15% circa. Tuttavia, i prodotti a semiconduttori nei veicoli a nuova energia rappresentano oltre il 50%. Le parti più importanti di questo pezzo sono vari componenti elettronici automobilistici, semiconduttori di potenza automobilistici, sensori, varie unità di microcontrollo MCU, ecc. Ciò che questi chip hanno in comune è che un buon numero di prodotti sono fabbricati con il processo 8-0.25 da 0.13 pollici. Tuttavia, è difficile espandere la capacità produttiva della linea da 8 pollici a causa di problemi con le attrezzature, quindi la continua forte domanda di questi prodotti potrebbe continuare a far fronte alla carenza di chip. Tuttavia, un prezzo troppo alto ridurrà anche la domanda a valle, quindi la mia conclusione è che, in circostanze normali, durerà fino a giugno 2022. Penso che questo momento sia il punto di svolta, dopo il quale la carenza di chip si attenuerà e inizierà l'inventario. Questo è il mio giudizio personale, e non escludo nemmeno che questo nodo arrivi in anticipo. Ora, la vasta interruzione di energia elettrica e le restrizioni alla produzione della Cina ridurranno la domanda gonfiata a valle e continueranno a ridurre il gap di chip. Da questo punto di vista, per un periodo di tempo, il prezzo e la domanda dei chip diminuiranno definitivamente, quindi penso che questo squilibrio estremo durerà per altri 6-9 mesi al massimo, e si riprenderà sicuramente, ad eccezione dell'elettronica automobilistica, Ovviamente. Questo settore è troppo speciale e sono troppi i fattori che influenzano il ripristino della filiera industriale.

6,Quanto è grande l'impatto dell'epidemia estera sulla capacità produttiva degli IGBT? Quando si prevede che verrà attenuata?
La situazione epidemica all'estero ha un forte impatto su diverse aziende affermate di semiconduttori, come Infineon, Ansenmei, ecc., e l'offerta è molto instabile. È difficile prevedere quando verrà ripristinata la fornitura. Almeno, non credo che sarà ripristinata prima di giugno del prossimo anno, e potrebbe raggiungere un punto di svolta dopo giugno. I prodotti di queste grandi fabbriche sono sempre stati scarsi, che lo siano ora o meno. A giudicare dalla situazione degli anni precedenti, ci sarà sempre un periodo dell'anno in cui l'offerta non sarà regolare, con conseguenti aumenti dei prezzi, ma questi si concentrano principalmente sui prodotti di fascia alta. Ora, il ritmo di sostituzione nazionale dei prodotti IGBT di fascia bassa è relativamente rapido e si attenuerà sicuramente dopo il rilascio della futura capacità produttiva. Attualmente, i prodotti nazionali di media e bassa tensione sono molto maturi e il loro rapporto costi-benefici è molto elevato, ma esiste ancora un certo divario tra i prodotti di alta tensione di fascia alta e quelli esteri. Credo che questo divario si rifletta principalmente nella capacità di mantenere la coerenza e la stabilità dei prodotti durante la produzione di massa. Non che la Cina non sia in grado di farlo, ma che la qualità dei prodotti a media e bassa tensione non può essere controllata quando sono disponibili in grandi quantità. Il buon andamento della sostituzione interna ha già spiegato tutto.

7,Qual è la differenza tra gli IGBT utilizzati nei veicoli a nuova energia, nel fotovoltaico e nell'accumulo di energia? Per quali funzioni vengono utilizzati?
Attualmente, la nuova energia utilizzata dalle automobili è principalmente compresa tra 650 e 900 V, e alcune case automobilistiche dispongono anche di schemi a 1200 V, tra cui OBC che utilizza un singolo tubo da 650 V e PCU che utilizza moduli IGBT da 900 V. Dipende dagli schemi del pacco batteria e dalla tensione di ciascun produttore automobilistico, quindi la scelta del tipo di IGBT da utilizzare è molto diversa. Il modulo IGBT, principalmente IGBT, e poi alcuni altri dispositivi a semiconduttore di potenza come FRD (Fast Recovery), TVS (Instantaneous Voltage), SBD, ecc. sono necessari per formare un modulo in grado di far fronte a vari scenari ed esigenze. Se si tratta di un modulo IGBT IPM, il circuito integrato di controllo della potenza interno è integrato e sono presenti circuiti integrati di gestione della potenza oltre all'IGBT e ad altri prodotti a semiconduttore di potenza.

8,Qual è la quota di IGBT nel costo dei nuovi veicoli energetici/fotovoltaici/immagazzinamenti di energia?
PCU+OBC, un veicolo a nuova energia, rappresenta almeno il 25%-30% dell'intero veicolo, e il rapporto di costo tra i diversi modelli è molto diverso. Ad esempio, un'auto magica come la Wuling Mini viene venduta a 2.98 yuan in totale e il costo del controllo elettronico non supera i 3,000 yuan. Questo tipo di auto non ha nemmeno bisogno di IGBT, è interamente a MOSFET, e ad esempio, la Great Wall Euler Black Cat viene venduta a 60,000 o 70,000 yuan per auto, e il costo di un pacco batteria è di 15,000 yuan, e l'IGBT può essere utilizzato. Il consumo e il prezzo degli IGBT nelle auto di fascia alta sono elevati, e gli IGBT vengono utilizzati anche come inverter per il fotovoltaico e l'accumulo di energia. Questa proporzione di costo è difficile da stabilire, poiché la maggior parte di una centrale elettrica è costituita da batterie PERC e altre strutture, a seconda dell'entità dell'investimento.

9,Ci sarà un'accaparramento di capacità degli IGBT tra i diversi settori?
È lo status quo dell'intero settore, e ora significa che chiunque abbia soldi può accaparrarsi la capacità produttiva. Le grandi aziende sono avvantaggiate, grazie all'ingente capitale investito. Attualmente, una parte considerevole dei semiconduttori di potenza nazionali sono modelli IDM. Ad esempio, Silanwei e Shidai Electric hanno le proprie linee di produzione, quindi non esiste la possibilità di accaparrarsi la capacità produttiva. Un'altra azienda in grado di fornire IGBT OEM è Hua Hong, e questa capacità produttiva dipende dall'accredito. Alcune aziende con risorse finanziarie consistenti, come Starr, hanno già acquisito una serie di altre aziende.

10,Gli IGBT avranno requisiti personalizzati per le linee di produzione? Qual è la differenza principale?
Il processo di produzione degli IGBT è molto diverso da quello dei comuni prodotti logici, almeno il processo di drogaggio a impiantazione ionica e il processo di sottrazione inversa sono decisamente diversi, e ci sono vari processi speciali di stratificazione epitassiale e così via. Questi sono completamente diversi dai normali circuiti digitali e analogici.

11,La linea di produzione IGBT può adattare temporaneamente le specifiche del prodotto? Ad esempio, la linea di produzione IGBT utilizzata per la produzione fotovoltaica viene temporaneamente adattata alla linea di produzione IGBT di qualità automobilistica?
I requisiti per la qualità automobilistica sono relativamente elevati e, una volta definiti, è impossibile sostituirli facilmente. Sebbene siano tutti IGBT, poiché appartengono a sottosettori diversi, hanno requisiti completamente diversi per gli IGBT e non è possibile mescolarli. Tuttavia, poiché sono tutti prodotti da un'unica azienda, sulla linea di produzione vengono distribuite diverse capacità di IGBT, il che è una questione interna all'azienda stessa. Le apparecchiature sono sempre questo insieme di apparecchiature e la linea di produzione è sempre questo insieme di linee di produzione. Ci sono alcune differenze nel packaging, quindi possiamo solo dire questo. Allo stesso tempo, i clienti non sono disposti a mescolare linee di prodotto con altri prodotti, quindi i cavi IGBT per automobili sono unici.

12,C'è una grande differenza tra i tempi di certificazione del calibro del veicolo e della linea di produzione degli IGBT fotovoltaici?
A differenza dei requisiti molto elevati del manometro, i requisiti di ispezione di fabbrica dell'intera fabbrica di veicoli sono estremamente severi. Non solo i fornitori, ma anche i fornitori dei fornitori, i fornitori delle materie prime dei fornitori, ecc., la linea di prodotti fotovoltaici è relativamente semplice e la differenza è grande.

13,Qual è il principale punto dolente dell’espansione di nuova capacità?
Per quanto riguarda la difficoltà del processo, l'IGBT può fondamentalmente utilizzare un processo da 8 pollici, e alcune aziende del settore hanno iniziato a introdurre il 12 pollici. Ora, costruire nuova capacità produttiva non significa espandere la produzione quando si hanno soldi. Il problema principale dell'8 pollici è la mancanza di attrezzature e il prezzo più alto. Ad esempio, il prezzo delle attrezzature da 8 pollici è quasi lo stesso di quello da 12 pollici, e il ciclo di consegna è lungo, così come il divario di talenti che affligge l'industria cinese dei semiconduttori. In sintesi, il problema è principalmente la mancanza di attrezzature e personale esperto.

Sommario: L'IGBT è il chip centrale per la conversione e l'applicazione dell'energia elettrica e rappresenta un componente fondamentale per la neutralità carbonica. La sua principale applicazione a valle è nel campo dei veicoli a nuova energia, e rappresenta il secondo fattore di costo più elevato dopo le batterie. Inoltre, l'inverter utilizzato nel fotovoltaico ha una forte domanda di IGBT. Attualmente, la domanda e l'offerta nel mercato degli IGBT sono gravemente sbilanciate e la situazione epidemica all'estero limita la capacità produttiva delle grandi fabbriche. La ragione principale della difficoltà dei produttori nazionali nell'espandere la produzione risiede nella mancanza di attrezzature e di personale qualificato. D'altra parte, di solito ci vogliono 1-3 anni prima che i nuovi stabilimenti aprano la linea di produzione per la verifica, quindi ci vuole tempo per liberare nuova capacità produttiva. Gli esperti prevedono che il momento in cui la domanda e l'offerta torneranno in equilibrio sarà giugno 2022.

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