IGBTをこの記事で理解する

2022-03-17 1198

1、ＩＧＢＴとは？

IGBTの正式名称は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであり、複合構造のデバイスです。 MOS トランジスタと BJT バイポーラトランジスタの利点を組み合わせています。電圧電流変換や電力出力の分野、特に高電圧・大電流分野で広く使用されています。 IGBTは、人間が電力を制御し利用するための核となる半導体デバイスの1つです。この半導体デバイスは主に電力変換の分野で使用され、総称してパワー半導体と呼びます。当社のノートブックコンピューターなどの最も単純なアプリケーションには、電圧の増減および AC/DC 変化のプロセスで役割を果たす IGBT である電源アダプターが装備されています。言うまでもなく、IGBT はパワー半導体の最も重要な要素です。その機能は電気を制御することであり、電気エネルギーの変換と応用のコアチップです。

2、IGBTはカスタマイズ製品ですか、それとも汎用製品ですか？
他のチップと比較して、IGBTは標準的な製品です。通常、各社の公式サイトにはIGBT製品の詳細な紹介が掲載されており、最大コレクタ電流ICM、最大エミッタ電圧UCES、ゲートブレークダウン電圧UGEM、導通電圧、耐電圧レベル、スイッチング速度、キャリアの種類と寿命、入力容量、最大コレクタ消費電力PCM、動作温度範囲など、IGBT製品のさまざまなパラメータが記載されています。これらのパラメータを確認した後、お客様は実際のアプリケーション要件に応じて設計および調整できます。さまざまなアプリケーションシナリオとさまざまな顧客に応じて、さまざまな調整が必要です。一度確定すると、交換される可能性は低いですが、供給がない場合は、他社の類似製品に変更することも可能です。しかし、本質的には、IGBTは依然として標準的な汎用製品であると考えています。

3、なぜ IGBT はカーボンニュートラルにとって最も有益なパワー半導体だと考えられているのでしょうか?
クリーンエネルギーの大規模な推進に伴い、IGBTに対する需要が高まっており、最も典型的なのは太陽光発電インバータへの応用です。太陽光発電で放出される粗い電気をインターネットにスムーズに接続できる微細な電気に変換するために、大量の高電圧および超高電圧IGBTとIGBTモジュールが必要です。したがって、これは将来のカーボンニュートラルの非常に重要なリンクです。電気自動車時代のIGBTの応用では、過去には自動車はすべて燃料自動車であり、ガソリンをどのように変更しても、ガソリン車の排出ガスは変えることができませんでした。しかし、現在、省エネで環境に優しい新エネルギー車が提唱されており、将来は新エネルギー電気自動車の時代となり、電気自動車にはIGBTなどのパワー半導体製品が大量に必要です。クリーンな電気エネルギーの獲得と活用は、将来的に二酸化炭素排出量を削減し、カーボンニュートラルを実現する鍵であり、電気エネルギーの活用はパワー半導体やIGBTと切り離せない関係にあります。

4、下流アプリケーションの分野は何ですか?業界のスペースはどれくらいですか?
半導体は基礎産業であるため、電力に関わるすべての分野でパワー半導体が活躍しており、この産業は非常に大きいです。身の回りの製品の少なくとも50％は電気や電子製品に関連しており、例えば、民生用電子電話、Bluetoothヘッドセット、ノートパソコン、各種家電製品、さらには大型産業用モーター、鉄道輸送、新エネルギー車、太陽光発電インバーター、スマートグリッドなど、電力が必要なところでは、IGBTは基本的に不可欠です。業界規模で見ると、IGBTおよびモジュールの世界市場は7年に2019億ドルを超え、今年は10億ドルを超えるでしょう。19年には2026億ドルに達し、年平均成長率は約15％になると予測されています。これは比較的急成長している市場に属し、比較的安定した成長分野です。メモリなど、浮き沈みや明らかなサイクル変化がある他の製品とは異なり、IGBTは着実な成長タイプに属します。新エネルギー電気自動車や各産業の電子電化、クリーンエネルギーの利用に伴い、IGBTを含むパワー半導体分野は引き続き力強い成長を維持しています。通常、IGBTは電圧に応じてグレード分けされています。650V〜900V以下の電圧は中低電圧、900〜1200V以上の電圧は中高電圧、1200V以上の電圧は高電圧です。650V以下のIGBTも利用可能ですが、使用量は多くありません。この分野ではMOSFET製品がより多く使用されています。その中でも、ほとんどの民生用電子機器、白物家電などは低電圧IGBTの範囲に属し、約30％を占めています。高電圧IGBTは、高電力産業分野で20％を占めています。高速鉄道、太陽光発電インバータ、鉄道輸送などの高電圧・高電力エネルギー分野で使用されるIGBTは15％を占めています。また、自動車エレクトロニクス分野では新エネルギー車が30％以上を占めており、今後最も有望な分野となっています。

5、市場の需給状況はどうなっているのでしょうか？数年後には需要と供給のバランスが整うと予想されます。
現在、半導体市場全体の在庫切れは1年以上続いている。 2020年XNUMX月から半導体製品は度合いの違う緊張感を見せ始め、XNUMX月以降は全面的にブレイクして価格が高騰し、今年XNUMX月末にピークに達した。多くのチップの価格上昇は非常に誇張されており、ウェーハ工場は常に価格を調整しています。それでも発注は狂気の沙汰で、下流でのチップの殺到が上流の生産能力の略奪につながり、業界全体の需要と供給の完全な不均衡につながっている。業界関係者の多くは、半導体産業が需要と供給のバランスを回復して正常な状態に戻るためにさまざまな予測と仮定を立て、正常に戻るまでのさまざまな時期や変曲点形成の前提条件を予測してきた。。私の個人的な意見としては、2022年XNUMX月頃、まずは需要と供給の関係に影響を与えるさまざまな要因を見てみましょう。業界の変遷を判断する歴史的経験から判断すると、一般的に半導体好況期は24～36ヶ月、低迷期は12～18ヶ月とされています。昨年の2022月以来、好況期の始まりだと考えており、この好況期はXNUMX年XNUMX月まで続くと考えられます。感染症の影響要因を考慮すると、感染症は世界の産業のリズムを混乱させたものの、半導体、特に中国にとっては新たな機会であり、新たな課題となるはずだ。少なくとも、この 2 年間で大きな爆発点が 2 回あったと考えられます。 1つ目は、流行後の在宅勤務です。オンラインでの仕事により、さまざまなタブレット型ノートパソコンの需要が急増し、半導体チップの需要が高まっています。これらの製品のコストの 90% は半導体デバイスであるためです。したがって、この急増が引き起こされたのです。感染症が流行するたびに、自動車販売の黄金期が到来します。まさに今、新エネルギー車のコンセプトとサイクルが重ね合わされました。自動車全体に占める半導体製品の含有量は大幅に増加しているが、従来の燃料自動車では約10～15％にすぎない。しかし、新エネルギー車では半導体製品が50％以上を占めています。この部品の最も重要な部品は、さまざまな車載エレクトロニクス、車載パワー半導体、センサー、さまざまなマイクロコントロールユニット MCU などです。これらのチップに共通するのは、かなりの製品が8インチ0.25～0.13プロセスで製造されていることです。ただし、8インチラインは設備の問題により生産能力を拡大することが困難であり、引き続き旺盛な需要が続くため、チップ不足が続く可能性があります。ただし、高すぎると下流の需要も減ってしまうので、通常であれば2022年XNUMX月まで続くというのが私の結論です。この時点が転換点となり、その後チップ不足が緩和され在庫が始まると考えています。これは私の個人的な判断であり、このノードが事前に登場する可能性も排除しません。現在、中国の大規模な停電と生産制限により、下流の膨張した需要が圧迫され、チップギャップは縮小し続けるだろう。この観点から、しばらくの間、チップの価格と需要は確実に低下するため、この極端な不均衡はあと6〜9か月続き、自動車エレクトロニクスを除いて必ず回復すると思います。もちろん。この業界は非常に特殊であり、産業チェーンの回復に影響を与える要因が多すぎます。

6、海外での流行がIGBTの生産能力に及ぼす影響はどの程度ですか？いつ緩和される見込みですか？
海外の流行状況は、インフィニオンやアンセンメイなど、いくつかの老舗半導体企業に大きな影響を与えており、供給は非常に不安定です。いつ緩和されるかは判断が難しいですが、少なくとも来年6月までは緩和されない可能性が高いと考えており、6月以降に転換期を迎える可能性があります。これらの大型工場の製品は、現在に限らず、常に品薄状態にあります。過去の状況から判断すると、1年に一度は供給が滞り、価格が上昇する時期が必ずありますが、それは主にハイエンド製品に集中しています。現在、ローエンドIGBT製品の国内代替ペースは比較的速く、今後の生産能力の解放に伴い、確実に緩和されるでしょう。現在、国内の中低圧製品は非常に成熟しており、コストパフォーマンスも非常に高いですが、ハイエンドの高圧製品と海外の間には依然として一定の差があります。この差は、主に量産時の製品の一貫性と安定性をどのように維持するかに反映されていると考えています。中国にそれができないわけではない。中低圧製品の品質は、大量生産されると管理が難しくなるのだ。国内の好調な代替推進力が全てを物語っている。

7、新エネルギー自動車、太陽光発電、エネルギー貯蔵に使用されるIGBTの違いは何ですか？どのような機能に使用されますか？
現在、自動車が使用する新エネルギーは主に650～900Vですが、一部の自動車メーカーは1200V方式も採用しています。その中で、OBCは650V単管を使用し、PCUは900V IGBTモジュールを使用しています。各自動車メーカーのバッテリーパック方式と電圧に応じて、使用するIGBTの種類を選択します。IGBTモジュールは主にIGBTを主体とし、FRD（高速回復）、TVS（瞬時電圧）、SBDなどのパワー半導体デバイスを組み合わせてモジュールを構成し、さまざまなシナリオや需要に対応しています。IGBT IPMモジュールの場合は、内部に電源制御ICが統合されており、IGBTなどのパワー半導体製品に加えて、電源管理ICも搭載されています。

8、新エネルギー自動車/太陽光発電/エネルギー貯蔵のコストにおける IGBT の割合はどのくらいですか?
新エネルギー車であるPCU+OBCは、車両全体の少なくとも25％～30％を占めており、モデルによってコスト比率が大きく異なります。例えば、五菱ミニのような魔法車は総額2.98元で販売されており、電子制御のコストは3,000元を超えることはありません。このような車はIGBTを必要とせず、すべてMOSFETであり、例えば、万里の長城オイラーブラックキャットは60,000台あたり70,000万～15,000万元で販売されており、バッテリーパックのコストはXNUMX元で、IGBTを使用できます。高級車におけるIGBTの消費量と価格は大きく、IGBTは太陽光発電やエネルギー貯蔵用のインバータとしても使用されています。このコスト比率は、投資規模に応じて、発電所の大部分がパークバッテリーなどの構造物であるため、言うのは難しいです。

9、異なる業界間で IGBT の生産能力の奪い合いが起きるでしょうか?
これは業界全体の現状であり、今や資金力のある企業が生産能力を掌握できる状況です。大企業は資金力があるため有利です。現在、国産パワー半導体のかなりの割合はIDMモデルです。例えば、思藍微電機や紫大電機は自社生産ラインを持っているため、生産能力を掌握する余地はありません。IGBTのOEM生産が可能な他の企業は華鴻ですが、この生産能力は掌握にかかっています。Starrのように資金力のある企業は、既に他社の生産ラインを掌握しています。

10、IGBT には生産ラインのカスタマイズ要件がありますか？主な違いは何ですか？
IGBTのプロセスは一般的なロジック製品とは大きく異なり、少なくともイオン注入ドーピングプロセスとバックサブトラクションプロセスは明確に異なります。また、様々な特殊なエピタキシャル層プロセスなどもあります。これらは、通常のデジタル回路やアナログ回路とは全く異なります。

11、IGBT 生産ラインは、一時的に製品仕様を調整できますか。たとえば、太陽光発電生産に使用されている IGBT 生産ラインを、一時的に自動車ゲージグレードの IGBT 生産ラインに調整できますか。
自動車グレードの要求は比較的高く、一度確定すると簡単に置き換えることはできません。同じIGBTでも、異なるサブ産業に属しているため、IGBTに対する要求は全く異なり、混在させることはできません。しかし、すべて1つの会社で生産されているため、異なるIGBTの容量が生産ラインに分散されていますが、これは会社内の問題です。設備は依然としてこの設備セットであり、生産ラインは依然としてこの生産ラインセットです。パッケージングには一定の違いがあるため、それとしか言えません。同時に、顧客は製品ラインを他の製品と混在させることを好まないため、自動車用のIGBTワイヤーは独特なものになっています。

12、車両ゲージグレードと太陽光発電IGBT生産ラインの認証時間に大きな違いはありますか？
ゲージの非常に高い要求とは異なり、車両工場全体の工場検査要求は非常に厳しいです。サプライヤーだけでなく、サプライヤーのサプライヤー、サプライヤーの原材料サプライヤーなどにとっても、PV 製品ラインは比較的単純であり、その違いは大きいです。

13、新しい生産能力を拡大する際の最大の問題点は何ですか?
プロセスの難易度に関して言えば、IGBTは基本的に8インチプロセスを採用でき、業界内の一部の企業は12インチプロセスの導入を開始しています。現在、新たな生産能力を構築することは、資金があれば生産を拡大できるということではありません。8インチの最大の問題は、設備不足と価格の高さです。例えば、8インチの設備価格は12インチとほぼ同じで、納期も長いことに加え、中国の半導体業界を悩ませてきた人材不足も問題となっています。つまり、設備不足と経験豊富な人材不足が主な原因です。

概要 IGBTは電気エネルギーの変換と応用のコアチップであり、カーボンニュートラルの非常に重要な構成要素です。その最大の下流用途は新エネルギー車分野であり、バッテリーに次いで1番目に高いコストとなっています。また、太陽光発電に使用されるインバーターはIGBTの大きな需要があります。現在、IGBT市場の需給は深刻なアンバランスに陥っており、海外の疫病状況は大規模工場の生産能力の限界につながっています。国内メーカーが生産拡大を困難にしている主な理由は、設備と経験豊富な専門家の不足にあります。一方、新しい工場が生産ラインに着陸して検証されるまでには通常3〜2022年かかるため、新しい生産能力が解放されるまでには時間がかかります。専門家は、需給が再び均衡する時期はXNUMX年XNUMX月になると予測しています。

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