Bir makale IGBT'yi anlıyor

Ana Sayfa köşe yazarı Günlük Öne Çıkanlar Bir makale IGBT'yi anlıyor

2022-03-17 1161

1,IGBT nedir?

IGBT'nin tam adı, bileşik yapılı bir cihaz olan yalıtımlı geçit bipolar transistörüdür. MOS transistörünün ve BJT bipolar transistörün avantajlarını birleştirir. Gerilim-akım dönüşümü ve güç çıkışı alanlarında, özellikle yüksek gerilim ve yüksek akım alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. IGBT, insanların gücü kontrol etmesi ve kullanması için temel yarı iletken cihazlardan biridir. Bu yarı iletken cihaz esas olarak elektronik güç dönüşümü alanında kullanılır ve biz buna toplu olarak güç yarı iletkeni diyoruz. Dizüstü bilgisayarlarımız gibi en basit uygulamalar, voltajın artıp azalması ve AC/DC değişimi sürecinde rol oynayan IGBT olan güç adaptörleri ile donatılmıştır. Açıkçası, IGBT güç yarı iletkenlerinin en önemli üyesidir. İşlevi elektriği kontrol etmektir ve elektrik enerjisi dönüşümü ve uygulamasının temel çipidir.

2,IGBT özelleştirilmiş bir ürün mü yoksa genel bir ürün mü?
Diğer çiplerle karşılaştırıldığında, IGBT standart bir üründür. Genellikle, çeşitli şirketlerin resmi web sitelerinde IGBT ürünlerinin ayrıntılı bir tanıtımı yayınlanır ve bu IGBT ürününün çeşitli parametreleri belirtilir; örneğin maksimum kollektör akımı ICM, maksimum emitör voltajı UCES, kapı kırılma voltajı UGEM, iletim voltajı, dayanım voltajı seviyesi, anahtarlama hızı, taşıyıcı tipi ve ömrü, giriş kapasitansı, maksimum kollektör güç tüketimi PCM, çalışma sıcaklığı aralığı vb. Bu parametreleri gördükten sonra, müşteriler bunları gerçek uygulama gereksinimlerine göre tasarlayıp eşleştirebilirler. Farklı uygulama senaryolarına ve farklı müşterilere göre çeşitli ayarlamalar yapılacaktır. Kesinleştikten sonra değiştirilmesi olası değildir, ancak güç kaynağı mevcut değilse, başka bir şirketten benzer bir ürünle değiştirmek de mümkündür. Ancak özünde, IGBT'nin hala standart ve evrensel bir ürün olduğunu düşünüyoruz.

3,IGBT neden karbon nötrlüğü için en faydalı güç yarı iletkeni olarak kabul ediliyor?
Temiz enerjinin geniş çaplı tanıtımıyla birlikte, IGBT'ye olan talep artmakta ve en tipik olanı, çok sayıda yüksek voltajlı ve ultra yüksek voltajlı IGBT ve IGBT modülü gerektiren fotovoltaik invertör uygulamasıdır. Böylece fotovoltaik tarafından yayılan kaba elektrik, internete sorunsuz bir şekilde bağlanabilen ince elektriğe dönüştürülebilir. Dolayısıyla bu, gelecekte karbon nötrlüğünün çok önemli bir halkasıdır. Elektrikli araçlar çağında IGBT uygulamasında, geçmişte tüm arabalar yakıtla çalışan araçlardı ve benzin nasıl değiştirilirse değiştirilsin, benzinli araçların egzoz emisyonları değiştirilemiyordu. Ancak, günümüzde enerji tasarrufu sağlayan ve çevre dostu yeni enerji araçları savunulmaktadır ve gelecek, yeni enerjili elektrikli araçların çağı olacak ve elektrikli araçların IGBT gibi çok sayıda güç yarı iletken ürününe ihtiyacı olacaktır. Temiz elektrik enerjisinin elde edilmesi ve kullanılması, karbondioksit emisyonlarının azaltılması ve gelecekte karbon nötrlüğüne ulaşılması açısından anahtar rol oynamaktadır ve elektrik enerjisinin kullanımı güç yarı iletkenleri ve IGBT'den ayrılamaz.

4,Aşağı yönlü uygulama alanları nelerdir? Sanayi alanı ne kadar büyük?
Yarı iletken temel bir endüstri olduğundan, elektrikle ilgili tüm alanlar güç yarı iletkenlerinin rol oynadığı alanlardır, bu nedenle bu endüstri çok büyüktür, çünkü çevremizdeki ürünlerin en az %50'si elektrik ve elektronik ürünlerle ilgilidir, örneğin tüketici elektroniği telefonları, Bluetooth kulaklıklar, dizüstü bilgisayarlar, çeşitli ev aletleri, ayrıca büyük endüstriyel motorlar, raylı ulaşım, yeni enerji araçları, fotovoltaik invertörler, akıllı şebekeler vb., elektriğe ihtiyaç duyulan her yerde IGBT temelde vazgeçilmezdir. Endüstri ölçeğine gelince, IGBT ve modülleri için küresel pazar 7'da 2019 milyar ABD dolarını aştı ve bu yıl 10 milyar ABD dolarını aşacak. Yaklaşık %19'lik bir bileşik yıllık büyüme oranıyla 2026 yılına kadar 15 milyar ABD dolarına ulaşacağı öngörülüyor. Nispeten hızlı büyüyen bir pazara aittir ve nispeten istikrarlı bir büyüme segmentidir. Bellek gibi iniş çıkışları ve belirgin döngü değişiklikleri olan diğer ürünlerin aksine, IGBT istikrarlı bir büyüme türüne aittir. Yeni enerji elektrikli araçları ve çeşitli endüstrilerin elektronik elektrifikasyonu ve temiz enerjinin kullanımıyla, IGBT de dahil olmak üzere güç yarı iletken alanı güçlü ve etkili bir büyümeyi sürdürmektedir. Genellikle, voltajı IGBT'ye göre farklı derecelere ayırırız. 650V-900V'un altındaki voltaj orta ve düşük voltaj, 900-1200V'un üzerindeki voltaj orta ve yüksek voltaj ve 1200V'un üzerindeki voltaj yüksek voltajdır. 650V'un altındaki IGBT de mevcuttur, ancak kullanımı büyük değildir. Bu alanda daha çok MOSFET ürünleri kullanılmaktadır. Bunlar arasında çoğu tüketici elektroniği, beyaz eşya vb. yaklaşık %30'luk bir paya sahip olan düşük voltajlı IGBT aralığına aittir. Yüksek voltajlı IGBT, yüksek güçlü endüstriyel alanlarda %20'lik bir paya sahiptir. Yüksek hızlı tren, fotovoltaik invertör ve raylı sistem gibi yüksek voltajlı ve yüksek güçlü enerji alanlarında kullanılan IGBT ise %15'lik bir paya sahiptir. Ayrıca otomotiv elektroniği alanında yeni enerji araçlarının payı yüzde 30'un üzerinde olup, bu da geleceğin en umut vadeden kulvarı olarak karşımıza çıkıyor.

5,Piyasanın arz ve talep durumu nedir? Arz ve talebin birkaç yıl içinde dengelenmesi bekleniyor.
Şu anda, tüm yarı iletken borsası bir yıldan fazla bir süredir devam ediyor. Temmuz 2020'den itibaren yarı iletken ürünler farklı derecelerde gerilim göstermeye başladı ve Ekim ayından sonra çok yönlü bir çıkış yaptı ve fiyatlar hızla yükselerek bu yılın Mayıs ayının sonunda zirveye ulaştı. Birçok çipin fiyat artışı çok abartılı ve gofret fabrikası fiyatları sürekli olarak ayarlıyor. Öyle olsa bile, sipariş vermek hala çılgınca ve alt kısımdaki çiplere yönelik çılgınca akın, üst kısımdaki üretim kapasitesinin yağmalanmasına yol açıyor ve bu da tüm endüstride arz ve talep arasında tam bir dengesizliğe yol açıyor. Sektördeki birçok kişi, yarı iletken endüstrisinin arz ve talep arasındaki dengeyi yeniden sağlaması ve normal duruma dönmesi için çeşitli tahminler ve varsayımlarda bulunmuş ve normale dönüş için çeşitli zaman düğümlerinin yanı sıra dönüm noktalarının oluşması için ön koşullar öngörmüştür. . Benim kişisel görüşüm Haziran 2022 civarında öncelikle arz talep ilişkisini etkileyen çeşitli faktörlere bakalım. Sektördeki değişiklikleri değerlendirmek için tarihsel deneyime bakıldığında, genel olarak konuşursak, yarı iletken patlama dönemi 24-36 ay, soğuk dönem ise 12-18 aydır. Geçen yılın haziran ayından bu yana patlama döneminin başlangıcı olduğunu düşünüyoruz, dolayısıyla bu patlama dönemi Haziran 2022'ye kadar sürecek. Salgını etkileyen faktörler göz önüne alındığında, salgın küresel endüstrinin ritmini bozsa da yarı iletkenler, özellikle de Çin için yeni bir fırsat ve yeni bir meydan okuma olmalı. En azından bu iki yılda iki büyük patlama noktasının yaşandığını düşünüyoruz. Birincisi salgın sonrası evde çalışmak. Çevrimiçi çalışma, çeşitli tablet dizüstü bilgisayarlara olan talebin artmasına neden oldu ve bu da yarı iletken çiplere olan talebi artırdı çünkü bu ürünlerin maliyetinin %90'ı yarı iletken cihazlardır. Bu nedenle bu dalgalanma meydana geldi. Her salgının ardından otomobil satışlarının altın dönemi yaşanıyor. Şu anda yeni enerji araçlarının konsepti ve döngüsü üst üste bindirildi. Tüm araçtaki yarı iletken ürünlerin içeriği büyük ölçüde artırılırken, geleneksel yakıtlı araçların içeriği yalnızca %10-15 civarındadır. Ancak yeni enerji araçlarındaki yarı iletken ürünlerin payı %50'den fazladır. Bu parçanın en önemli parçaları çeşitli otomotiv elektroniği, otomotiv güç yarı iletkenleri, sensörler, çeşitli mikro kontrol üniteleri MCU vb.'dir. Bu çiplerin ortak noktası, pek çok ürünün 8 inçlik 0.25-0.13 işlemiyle üretilmesidir. Ancak ekipman sorunları nedeniyle 8 inçlik hattın üretim kapasitesini genişletmek zor olduğundan bu ürünlere yönelik güçlü talebin devam etmesi, çip kıtlığının devam etmesine neden olabilir. Ancak çok yüksek bir fiyat aynı zamanda alt pazardaki talebi de azaltacaktır, dolayısıyla benim sonucum, normal şartlarda bunun Haziran 2022'ye kadar süreceği yönünde. Bu dönemin dönüm noktası olduğunu düşünüyorum, sonrasında çip kıtlığı azalacak ve stoklar başlayacak. Bu benim kişisel görüşüm ve bu düğümün vaktinden önce geleceğini bile göz ardı etmiyorum. Şimdi, Çin'in kapsamlı elektrik kesintisi ve üretim kısıtlaması, artan talebi baskılayacak ve çip açığının daralmasını sağlayacaktır. Bu açıdan bakıldığında, bir süreliğine chip fiyatı ve talebi mutlaka düşecek, dolayısıyla bu aşırı dengesizliğin en fazla 6-9 ay daha süreceğini ve otomotiv elektroniği hariç mutlaka düzeleceğini düşünüyorum. Elbette. Bu sektör çok özel ve sanayi zincirinin yeniden canlanmasını etkileyen çok fazla faktör var.

6,Yurtdışı salgının IGBT üretim kapasitesi üzerindeki etkisi ne kadar büyük? Ne zaman hafifletilmesi bekleniyor?
Yurtdışındaki salgın durumu, Infineon, Ansenmei vb. gibi birçok köklü yarı iletken şirketini büyük ölçüde etkiliyor ve arz oldukça istikrarsız. Ne zaman azalacağını kestirmek zor. En azından, gelecek yılın Haziran ayına kadar azalacağını sanmıyorum ve Haziran ayından sonra bir dönüm noktasıyla karşılaşabilir. Bu büyük fabrikaların malları, şimdi olsun ya da olmasın, her zaman kıtlık içinde olmuştur. Önceki yıllardaki duruma bakılırsa, yılda her zaman arzın sorunsuz olmadığı ve fiyat artışlarına yol açtığı bir dönem olacaktır, ancak bunlar çoğunlukla üst düzey ürünlere yoğunlaşmaktadır. Şu anda, düşük kaliteli IGBT ürünlerinin yurt içi ikame hızı nispeten hızlı ve gelecekteki üretim kapasitesinin serbest bırakılmasının ardından kesinlikle azalacaktır. Şu anda, yurt içi orta ve düşük voltajlı ürünler oldukça olgunlaşmış durumda ve maliyet performansları çok yüksek, ancak üst düzey yüksek voltajlı ürünlerle yabancı ülkeler arasında hala belirli bir fark var. Bence bu fark, esas olarak seri üretim sırasında ürünlerin tutarlılığını ve istikrarını nasıl koruyacağımıza yansıyor. Çin'in bunu yapamayacağı anlamına gelmiyor, ancak orta ve düşük voltajlı ürünlerin kalitesi, yüksek miktarda olduklarında kontrol edilemiyor. İyi iç ikame ivmesi zaten her şeyi açıklıyor.

7,Yeni enerji araçlarında, fotovoltaiklerde ve enerji depolamada kullanılan IGBT'ler arasındaki fark nedir? Hangi işlevler için kullanılırlar?
Şu anda otomobillerin kullandığı yeni enerji çoğunlukla 650-900V arasındadır ve birkaç otomobil şirketinin de 1200V şemaları vardır; bunlar arasında OBC 650V tek tüp, PCU ise 900V IGBT modülleri kullanır. Her otomobil üreticisinin akü paketi şemalarına ve voltajına bağlıdır ve ardından hangi tür IGBT kullanılacağına karar verilir. Çok farklı. Çeşitli senaryo ve taleplerle başa çıkabilmek için bir modül oluşturmak amacıyla çoğunlukla IGBT olmak üzere IGBT modülü ve ardından FRD (Hızlı Kurtarma), TVS (Anlık Gerilim), SBD vb. gibi bazı diğer güç yarı iletken aygıtlarına ihtiyaç vardır. Bir IGBT IPM modülü ise, dahili güç kontrol IC'si entegre edilmiştir ve IGBT ve diğer güç yarı iletken ürünlerinin yanı sıra güç yönetimi IC'si de vardır.

8,Yeni enerji aracı/fotovoltaik/enerji depolama maliyetinde IGBT'nin oranı nedir?
Yeni bir enerji aracı olan PCU+OBC, aracın toplam maliyetinin en az %25-30'unu oluşturur ve farklı modellerin maliyet oranları oldukça farklıdır. Örneğin, Wuling Mini gibi sihirli bir araba toplamda 2.98 yuan'a satılır ve elektronik kontrol maliyeti 3,000 yuanı geçmez. Bu tür bir arabanın IGBT'ye bile ihtiyacı yoktur, tamamen MOSFET'tir ve örneğin Great Wall Euler Black Cat, araç başına 60,000 veya 70,000 yuan'a satılır ve bir pil takımının maliyeti 15,000 yuandır ve IGBT kullanılabilir. Üst düzey araçlarda IGBT'nin tüketimi ve fiyatı yüksektir ve IGBT ayrıca fotovoltaik ve enerji depolama için invertör olarak da kullanılır. Bu maliyet oranını söylemek zordur, çünkü bir enerji santralinin büyük kısmı yatırım ölçeğine bağlı olarak perc piller ve diğer yapılardan oluşur.

9,Farklı sektörlerde IGBT kapasite kapmacaları yaşanacak mı?
Bu, tüm sektörün mevcut durumu ve artık parası olanın üretim kapasitesini ele geçirebileceği anlamına geliyor. Büyük şirketler, büyük miktardaki paraları nedeniyle avantajlı. Şu anda, yerli güç yarı iletkenlerinin önemli bir kısmı IDM modellerinden oluşuyor. Örneğin, Silanwei ve Shidai Electric'in kendi üretim hatları var, bu nedenle üretim kapasitesini ele geçirmek gibi bir durum söz konusu değil. IGBT OEM işi yapabilen diğer şirketler arasında Hua Hong da var ve bu üretim kapasitesi ele geçirmeye bağlı. Starr gibi cebi derin bazı şirketler, şimdiden bir dizi başka şirket satın aldı.

10,IGBT'nin üretim hatları için özelleştirilmiş gereksinimleri olacak mı? Temel fark nedir?
IGBT'nin süreci, yaygın mantık ürünlerinin sürecinden oldukça farklıdır; en azından iyon aşılama ve geri çıkarma süreçleri kesinlikle farklıdır ve çeşitli özel epitaksiyel katman süreçleri vb. vardır. Bunlar, sıradan dijital ve analog devrelerden tamamen farklıdır.

11,IGBT üretim hattında ürün özellikleri geçici olarak ayarlanabilir mi, örneğin fotovoltaik üretimde kullanılan IGBT üretim hattı geçici olarak araç ölçüm sınıfı IGBT üretim hattına ayarlanabilir mi?
Otomobil sınıfının gereksinimleri nispeten yüksektir ve bir kez kesinleştikten sonra kolayca değiştirilmeleri imkansızdır. Hepsi IGBT olmasına rağmen, farklı alt sektörlerde oldukları için IGBT'ler için tamamen farklı gereksinimleri vardır ve bunları karıştırmak mümkün değildir. Ancak, hepsi tek bir şirket tarafından üretildiği için, üretim hattına farklı IGBT kapasiteleri dağıtılmıştır; bu da şirketin kendi içinde bir konudur. Ekipman hala bu ekipman setidir ve üretim hattı da bu üretim hatları setidir. Paketlemede bazı farklılıklar vardır, bu yüzden sadece bunu söyleyebiliriz. Aynı zamanda, müşteriler ürün serilerini diğer ürünlerle karıştırmaktan hoşlanmazlar, bu nedenle otomobiller için IGBT kabloları benzersizdir.

12,Araç gösterge sınıfı ile fotovoltaik IGBT üretim hattının sertifikasyon süresi arasında büyük bir fark var mıdır?
Göstergenin çok yüksek gereksinimlerinden farklı olarak, tüm araç fabrikasının fabrika denetim gereksinimleri son derece katıdır. Yalnızca tedarikçiler değil, aynı zamanda tedarikçilerin tedarikçileri, tedarikçilerin hammadde tedarikçileri vb. de PV ürün yelpazesi nispeten basittir ve fark büyüktür.

13,Yeni kapasiteyi genişletmenin en büyük sıkıntı noktası nedir?
İşlem zorluğuna gelince, IGBT temel olarak 8 inçlik bir işlemle kullanılabilir ve bazı endüstri şirketleri 12 inçlik olanları piyasaya sürmeye başlamıştır. Yeni üretim kapasitesi oluşturmak, paranız varken üretimi genişletmek anlamına gelmez. 8 inçliklerin en büyük sorunu ekipman eksikliği ve fiyatının daha yüksek olmasıdır. Örneğin, 8 inçlik ekipmanların fiyatı 12 inçliklerle neredeyse aynıdır ve teslimat döngüsü uzundur. Ayrıca, Çin yarı iletken endüstrisini rahatsız eden yetenek açığı da vardır. Özetle, asıl sorun ekipman ve deneyimli personel eksikliğidir.

Özet: IGBT, elektrik enerjisi dönüşümünün ve uygulamasının temel çipidir ve karbon nötrlüğünün çok önemli bir bileşenidir. En büyük alt akış uygulaması yeni enerji araçları alanındadır ve pillerden sonra ikinci en büyük maliyete sahiptir. Ayrıca, fotovoltaikte kullanılan invertörlerde IGBT'ye büyük bir talep vardır. Şu anda, IGBT pazarındaki arz ve talep ciddi şekilde dengesizdir ve yurtdışındaki salgın durumu büyük fabrikaların sınırlı üretim kapasitesine yol açmaktadır. Yerli üreticilerin üretimi genişletmedeki zorluğunun temel nedeni ekipman ve deneyimli profesyonellerin eksikliğidir. Öte yandan, yeni fabrikaların doğrulama için üretim hattına girmesi genellikle 1-3 yıl sürmektedir, bu nedenle yeni üretim kapasitesinin serbest bırakılması zaman almaktadır. Uzmanlar, arz ve talebin tekrar dengeleneceği zamanın Haziran 2022 olacağını öngörüyor.

Çin ve Amerika Birleşik Devletleri'nin üçüncü nesil yarı iletken malzeme patentinin karşılaştırma analizi

3 boyutlu animasyon açıklaması: Transistörün çalışma prensibi nihayet şok oldu. Öz