Một bài viết hiểu IGBT

Trang chủ Nhà báo Điểm nổi bật hàng ngày Một bài viết hiểu IGBT

2022-03-17 1161

1,IGBT là gì?

Tên đầy đủ của IGBT là bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện, là một thiết bị có cấu trúc phức hợp. Nó kết hợp những ưu điểm của bóng bán dẫn MOS và bóng bán dẫn lưỡng cực BJT. Nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực chuyển đổi dòng điện và đầu ra điện, đặc biệt là trong lĩnh vực điện áp cao và dòng điện cao. IGBT là một trong những thiết bị bán dẫn cốt lõi để con người điều khiển và sử dụng năng lượng. Thiết bị bán dẫn này chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực chuyển đổi năng lượng điện tử và chúng tôi gọi chung là chất bán dẫn điện. Các ứng dụng đơn giản nhất, chẳng hạn như máy tính xách tay của chúng ta, được trang bị bộ đổi nguồn IGBT, đóng vai trò trong quá trình tăng giảm điện áp và thay đổi AC/DC. Rõ ràng, IGBT là thành viên quan trọng nhất của chất bán dẫn điện. Chức năng của nó là điều khiển điện và là chip cốt lõi của ứng dụng và chuyển đổi năng lượng điện.

2,IGBT là sản phẩm tùy chỉnh hay sản phẩm thông thường?
So với các loại chip khác, IGBT là một sản phẩm tiêu chuẩn. Thông thường, phần giới thiệu chi tiết về sản phẩm IGBT sẽ được đăng tải trên trang web chính thức của nhiều công ty, trong đó nêu rõ các thông số của sản phẩm IGBT này, chẳng hạn như dòng điện cực thu tối đa ICM, điện áp cực phát tối đa UCES, điện áp đánh thủng cực cổng UGEM, điện áp dẫn, mức điện áp chịu đựng, tốc độ chuyển mạch, loại và tuổi thọ của sóng mang, điện dung đầu vào, mức tiêu thụ điện cực thu tối đa PCM, dải nhiệt độ hoạt động, v.v. Sau khi xem xét các thông số này, khách hàng có thể thiết kế và điều chỉnh chúng cho phù hợp với yêu cầu ứng dụng thực tế. Tùy thuộc vào các tình huống ứng dụng khác nhau và khách hàng khác nhau, sẽ có những điều chỉnh khác nhau. Sau khi hoàn thiện, sản phẩm khó có thể bị thay thế, nhưng nếu không có nguồn cung, khách hàng cũng có thể đổi sang sản phẩm tương tự từ công ty khác. Tuy nhiên, về bản chất, chúng tôi vẫn cho rằng IGBT là một sản phẩm tiêu chuẩn phổ thông.

3,Tại sao IGBT được coi là chất bán dẫn công suất có lợi nhất cho quá trình trung hòa carbon?
Với việc thúc đẩy năng lượng sạch trên quy mô lớn, nhu cầu về IGBT ngày càng cao, và điển hình nhất là ứng dụng biến tần quang điện, đòi hỏi một số lượng lớn các mô-đun IGBT và IGBT điện áp cao và siêu cao, để chuyển đổi điện năng thô do quang điện phát ra thành điện năng tinh, có thể kết nối Internet một cách thông suốt. Do đó, đây là một mắt xích rất quan trọng trong việc trung hòa carbon trong tương lai. Trong ứng dụng IGBT trong kỷ nguyên xe điện, trước đây, ô tô đều chạy bằng nhiên liệu, và dù có thay đổi xăng như thế nào thì lượng khí thải của xe chạy bằng xăng cũng không thể thay đổi. Tuy nhiên, hiện nay, các loại xe năng lượng mới tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường đang được ủng hộ, và tương lai sẽ là kỷ nguyên xe điện năng lượng mới, và xe điện cần một lượng lớn các sản phẩm bán dẫn công suất như IGBT. Việc thu thập và sử dụng năng lượng điện sạch là chìa khóa để giảm lượng khí thải carbon dioxide và đạt được mức trung hòa carbon trong tương lai, và việc sử dụng năng lượng điện là không thể tách rời khỏi bán dẫn công suất và IGBT.

4,Các lĩnh vực của ứng dụng hạ nguồn là gì? Không gian ngành lớn đến mức nào?
Do chất bán dẫn là ngành công nghiệp cơ bản, mọi lĩnh vực liên quan đến điện đều là nơi chất bán dẫn công suất đóng vai trò của chúng, vì vậy ngành công nghiệp này rất lớn, vì ít nhất 50% sản phẩm xung quanh chúng ta liên quan đến điện và các sản phẩm điện tử, chẳng hạn như điện thoại điện tử tiêu dùng, tai nghe Bluetooth, máy tính xách tay, các thiết bị gia dụng khác nhau, cũng như động cơ công nghiệp lớn, vận tải đường sắt, xe năng lượng mới, bộ biến tần quang điện, lưới điện thông minh, v.v., nơi cần điện, IGBT về cơ bản là không thể thiếu. Về quy mô ngành, thị trường IGBT và mô-đun toàn cầu đã vượt quá 7 tỷ đô la Mỹ vào năm 2019 và năm nay sẽ vượt quá 10 tỷ đô la Mỹ. Dự kiến sẽ đạt 19 tỷ đô la Mỹ vào năm 2026, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm khoảng 15%. Nó thuộc về một thị trường phát triển tương đối nhanh và là một phân khúc tăng trưởng tương đối ổn định. Không giống như các sản phẩm khác, chẳng hạn như bộ nhớ, có lúc thăng lúc trầm và thay đổi chu kỳ rõ ràng, IGBT thuộc loại tăng trưởng ổn định. Với sự phát triển của xe điện năng lượng mới và quá trình điện khí hóa điện tử trong nhiều ngành công nghiệp, cùng với việc sử dụng năng lượng sạch, lĩnh vực bán dẫn công suất, bao gồm cả IGBT, tiếp tục duy trì sự tăng trưởng mạnh mẽ và mạnh mẽ. Thông thường, chúng tôi chia điện áp theo IGBT thành các cấp khác nhau. Điện áp dưới 650V-900V là điện áp trung bình và thấp, điện áp trên 900-1200V là điện áp trung bình và cao, và điện áp trên 1200V là điện áp cao. IGBT dưới 650V cũng có sẵn, nhưng mức sử dụng không lớn. Các sản phẩm MOSFET được sử dụng nhiều hơn trong lĩnh vực này. Trong số đó, hầu hết các thiết bị điện tử tiêu dùng, đồ gia dụng, v.v. đều thuộc dòng IGBT điện áp thấp, chiếm khoảng 30%. IGBT điện áp cao chiếm 20% trong các lĩnh vực công nghiệp công suất cao. IGBT được sử dụng trong các lĩnh vực năng lượng điện áp cao và công suất cao, chẳng hạn như đường sắt cao tốc, biến tần quang điện và vận tải đường sắt, chiếm 15%. Ngoài ra, xe năng lượng mới trong lĩnh vực điện tử ô tô chiếm hơn 30% và đây là hướng đi đầy triển vọng nhất trong tương lai.

5,Tình hình cung cầu của thị trường như thế nào? Dự kiến cung cầu sẽ cân bằng trong vài năm tới.
Hiện tại, toàn bộ thị trường bán dẫn hết hàng đã diễn ra được hơn một năm. Từ tháng 2020 năm XNUMX, các sản phẩm bán dẫn bắt đầu có những mức độ căng thẳng khác nhau, và sau tháng XNUMX, nó bùng phát toàn diện, giá cả tăng vọt, đạt đỉnh vào cuối tháng XNUMX năm nay. Giá nhiều con chip tăng rất quá đáng, nhà máy sản xuất tấm bán dẫn liên tục điều chỉnh giá. Dù vậy, việc đặt hàng vẫn là điên rồ, cơn sốt chip ở hạ nguồn dẫn đến cướp bóc năng lực sản xuất thượng nguồn, dẫn đến mất cân đối hoàn toàn giữa cung và cầu trong toàn ngành. Nhiều người trong ngành đã đưa ra nhiều dự đoán và giả định khác nhau để ngành bán dẫn khôi phục lại sự cân bằng giữa cung cầu và trở lại trạng thái bình thường, đồng thời dự đoán các nút thời gian khác nhau để trở lại bình thường, cũng như các điều kiện tiên quyết cho sự hình thành các điểm uốn . Quan điểm cá nhân của tôi là khoảng tháng 2022 năm XNUMX, trước hết chúng ta hãy xem xét nhiều yếu tố khác nhau ảnh hưởng đến mối quan hệ cung cầu. Đánh giá từ kinh nghiệm lịch sử để đánh giá những thay đổi của ngành, nói chung, thời kỳ bùng nổ chất bán dẫn là 24-36 tháng, và thời kỳ lạnh giá là 12-18 tháng. Kể từ tháng 2022 năm ngoái, chúng tôi cho rằng đây là thời điểm bắt đầu của thời kỳ bùng nổ nên thời kỳ bùng nổ này sẽ kéo dài đến tháng XNUMX năm XNUMX. Xét đến các yếu tố ảnh hưởng của dịch bệnh, mặc dù dịch bệnh đã làm gián đoạn nhịp độ của ngành công nghiệp toàn cầu nhưng đây sẽ là một cơ hội và thách thức mới đối với ngành bán dẫn, đặc biệt là đối với Trung Quốc. Ít nhất, chúng tôi nghĩ rằng đã có hai điểm bùng nổ lớn trong hai năm này. Đầu tiên là làm việc tại nhà sau dịch bệnh. Công việc trực tuyến đã dẫn đến nhu cầu về các loại máy tính xách tay dạng bảng tăng vọt, điều này cũng thúc đẩy nhu cầu về chip bán dẫn, vì 90% giá thành của những sản phẩm này là thiết bị bán dẫn. Vì vậy, sự đột biến này đã được gây ra. Sau mỗi đợt dịch bệnh là thời kỳ vàng của doanh số ô tô. Vừa rồi, khái niệm và chu trình của các phương tiện sử dụng năng lượng mới đã được áp dụng. Hàm lượng sản phẩm bán dẫn trong toàn bộ phương tiện đã tăng lên rất nhiều, trong khi đó phương tiện sử dụng nhiên liệu truyền thống chỉ đạt khoảng 10-15%. Tuy nhiên, sản phẩm bán dẫn trong các phương tiện sử dụng năng lượng mới lại chiếm hơn 50%. Các bộ phận quan trọng nhất của phần này là các thiết bị điện tử ô tô khác nhau, chất bán dẫn điện ô tô, cảm biến, các bộ điều khiển vi mô khác nhau MCU, v.v. Điểm chung của những con chip này là khá nhiều sản phẩm được sản xuất theo quy trình 8 inch 0.25-0.13. Tuy nhiên, việc mở rộng năng lực sản xuất dòng 8 inch gặp khó khăn do vấn đề về thiết bị nên nhu cầu tiếp tục mạnh đối với các sản phẩm này có thể tiếp tục dẫn đến tình trạng thiếu chip. Tuy nhiên, giá quá cao cũng sẽ làm giảm nhu cầu hạ nguồn nên kết luận của tôi là trong điều kiện bình thường, nó sẽ kéo dài đến tháng 2022 năm XNUMX. Tôi nghĩ thời điểm này là bước ngoặt, sau đó tình trạng thiếu chip sẽ giảm bớt và hàng tồn kho sẽ bắt đầu. Đây là nhận định cá nhân của tôi và tôi thậm chí không loại trừ khả năng nút này sẽ đến trước thời hạn. Giờ đây, tình trạng mất điện trên diện rộng và hạn chế sản xuất của Trung Quốc sẽ hạn chế nhu cầu tăng cao ở hạ nguồn và khiến khoảng cách về chip ngày càng thu hẹp. Từ góc độ này, Trong một khoảng thời gian, giá và nhu cầu về chip chắc chắn sẽ giảm, vì vậy tôi nghĩ sự mất cân bằng cực độ này sẽ kéo dài tối đa 6-9 tháng nữa và chắc chắn sẽ phục hồi, ngoại trừ điện tử ô tô, tất nhiên rồi. Ngành công nghiệp này quá đặc biệt và có quá nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc khôi phục chuỗi công nghiệp.

6,Tác động của dịch bệnh ở nước ngoài đến năng lực sản xuất IGBT lớn như thế nào? Khi nào dự kiến tình hình sẽ được cải thiện?
Tình hình dịch bệnh ở nước ngoài đã ảnh hưởng lớn đến một số công ty bán dẫn lâu đời như Infineon, Ansenmei, v.v., và nguồn cung rất bất ổn. Về thời điểm tình hình được cải thiện, rất khó để dự đoán. Ít nhất, tôi không nghĩ rằng tình hình có thể được cải thiện cho đến tháng 6 năm sau, và có thể sẽ có một điểm uốn sau tháng 6. Hàng hóa của các nhà máy lớn này luôn trong tình trạng khan hiếm, bất kể bây giờ hay không. Xét theo tình hình những năm trước, sẽ luôn có một khoảng thời gian trong năm mà nguồn cung không ổn định, dẫn đến giá tăng, nhưng chúng chủ yếu tập trung vào các sản phẩm cao cấp. Hiện tại, tốc độ thay thế trong nước đối với các sản phẩm IGBT cấp thấp tương đối nhanh, và chắc chắn sẽ giảm bớt sau khi năng lực sản xuất trong tương lai được giải phóng. Hiện tại, các sản phẩm trung và hạ áp trong nước đã rất trưởng thành, và hiệu suất chi phí của chúng rất cao, nhưng vẫn còn một khoảng cách nhất định giữa các sản phẩm cao áp cao cấp và nước ngoài. Tôi nghĩ rằng khoảng cách này chủ yếu thể hiện ở việc làm thế nào để duy trì tính nhất quán và ổn định của sản phẩm trong quá trình sản xuất hàng loạt. Không phải Trung Quốc không làm được, mà là chất lượng sản phẩm trung và hạ thế khi sản xuất số lượng lớn sẽ không thể kiểm soát được. Động lực thay thế trong nước tốt đã giải thích tất cả.

7,Sự khác biệt giữa IGBT được sử dụng trong xe năng lượng mới, pin quang điện và bộ lưu trữ năng lượng là gì? Chúng được sử dụng cho những chức năng gì?
Hiện nay, năng lượng mới được sử dụng trong ô tô chủ yếu nằm trong khoảng 650-900V, và một số hãng ô tô cũng có sơ đồ 1200V, trong đó OBC sử dụng đèn đơn 650V, và PCU sử dụng mô-đun IGBT 900V. Việc lựa chọn loại IGBT nào phụ thuộc vào sơ đồ bộ pin và điện áp của từng nhà sản xuất ô tô. Rất khác nhau. Mô-đun IGBT, chủ yếu là IGBT, và sau đó là một số thiết bị bán dẫn công suất khác như FRD (Phục hồi nhanh), TVS (Điện áp tức thời), SBD, v.v. là cần thiết để tạo thành một mô-đun có thể đáp ứng các tình huống và nhu cầu khác nhau. Nếu là mô-đun IGBT IPM, IC điều khiển công suất bên trong được tích hợp, và bên cạnh IGBT và các sản phẩm bán dẫn công suất khác còn có IC quản lý công suất.

8,Tỷ lệ IGBT trong chi phí của xe năng lượng mới/pin quang điện/lưu trữ năng lượng là bao nhiêu?
PCU+OBC, một loại xe năng lượng mới, chiếm ít nhất 25%-30% toàn bộ xe và tỷ lệ chi phí của các mẫu xe khác nhau rất khác nhau. Ví dụ, một chiếc xe ma thuật như Wuling mini được bán với giá tổng cộng 2.98 nhân dân tệ và chi phí điều khiển điện tử sẽ không vượt quá 3,000 nhân dân tệ. Loại xe này thậm chí không cần IGBT, tất cả đều là MOSFET và ví dụ, Great Wall Euler Black Cat được bán với giá 60,000 hoặc 70,000 nhân dân tệ mỗi xe và chi phí cho một bộ pin là 15,000 nhân dân tệ và có thể sử dụng IGBT. Mức tiêu thụ và giá của IGBT trên những chiếc xe cao cấp là lớn và IGBT cũng được sử dụng làm biến tần cho quang điện và lưu trữ năng lượng. Tỷ lệ chi phí này khó có thể nói rõ, bởi vì phần lớn của một nhà máy điện là pin perc và các cấu trúc khác, tùy thuộc vào quy mô đầu tư.

9,Liệu có sự cạnh tranh về công suất IGBT giữa các ngành công nghiệp khác nhau không?
Đây là tình trạng chung của toàn ngành, và giờ đây, ai có tiền thì nắm giữ năng lực sản xuất. Các công ty lớn có lợi thế vì có nguồn vốn lớn. Hiện tại, một tỷ lệ đáng kể các nhà sản xuất bán dẫn điện trong nước là các công ty IDM. Ví dụ, Silanwei và Shidai Electric có dây chuyền sản xuất riêng, nên không có chuyện thâu tóm năng lực sản xuất. Các công ty khác có thể sản xuất IGBT OEM là Hua Hong, và năng lực sản xuất này phụ thuộc vào việc thâu tóm. Một số công ty có tiềm lực tài chính mạnh, chẳng hạn như Starr, đã tập hợp được một số công ty khác.

10,IGBT có yêu cầu tùy chỉnh cho dây chuyền sản xuất không? Sự khác biệt chính là gì?
Quy trình của IGBT khá khác biệt so với các sản phẩm logic thông thường, ít nhất là quy trình cấy ion và quy trình trừ ngược chắc chắn khác biệt, và còn có nhiều quy trình lớp epitaxial đặc biệt, v.v. Những quy trình này hoàn toàn khác với mạch kỹ thuật số và mạch tương tự thông thường.

11,Dây chuyền sản xuất IGBT có thể điều chỉnh tạm thời các thông số kỹ thuật của sản phẩm không, ví dụ, dây chuyền sản xuất IGBT dùng để sản xuất quang điện có thể được điều chỉnh tạm thời thành dây chuyền sản xuất IGBT cấp ô tô không?
Tiêu chuẩn chất lượng ô tô tương đối cao, và một khi đã hoàn thiện, việc thay thế chúng là không thể dễ dàng. Mặc dù tất cả đều là IGBT, nhưng do thuộc các phân ngành khác nhau, chúng có những yêu cầu hoàn toàn khác nhau về IGBT, và không thể trộn lẫn chúng. Tuy nhiên, vì tất cả đều do một công ty sản xuất, nên công suất IGBT khác nhau được phân bổ trên dây chuyền sản xuất, đây là vấn đề nội bộ của công ty. Thiết bị vẫn là bộ thiết bị này, và dây chuyền sản xuất vẫn là bộ dây chuyền sản xuất này. Có một số khác biệt nhất định về bao bì, vì vậy chúng tôi chỉ có thể nói như vậy. Đồng thời, khách hàng không muốn trộn lẫn các dòng sản phẩm với các sản phẩm khác, vì vậy dây IGBT dành cho ô tô là độc nhất.

12,Có sự khác biệt lớn nào giữa thời gian chứng nhận cấp độ xe và dây chuyền sản xuất IGBT quang điện không?
Khác với yêu cầu rất cao của máy đo, yêu cầu kiểm tra xuất xưởng của toàn bộ nhà máy sản xuất xe là vô cùng nghiêm ngặt. Không chỉ các nhà cung cấp, mà cả các nhà cung cấp của nhà cung cấp, nhà cung cấp nguyên liệu của nhà cung cấp, v.v., dòng sản phẩm PV tương đối đơn giản và sự khác biệt là lớn.

13,Điểm khó khăn nhất của việc mở rộng công suất mới là gì?
Về độ khó của quy trình, IGBT về cơ bản có thể sử dụng quy trình 8 inch, và một số công ty trong ngành đã bắt đầu giới thiệu quy trình 12 inch. Hiện nay, việc xây dựng năng lực sản xuất mới không có nghĩa là mở rộng sản xuất khi có tiền. Vấn đề lớn nhất của quy trình 8 inch là thiếu thiết bị và giá thành cao hơn. Ví dụ, giá thiết bị 8 inch gần bằng giá thiết bị 12 inch, chu kỳ giao hàng dài, cùng với khoảng cách nhân tài đang gây khó khăn cho ngành công nghiệp bán dẫn Trung Quốc. Tóm lại, nguyên nhân chủ yếu là do thiếu thiết bị và nhân lực có kinh nghiệm.

Tóm tắt: IGBT là chip cốt lõi của chuyển đổi và ứng dụng năng lượng điện, và nó là một thành phần rất quan trọng của tính trung hòa carbon. Ứng dụng hạ nguồn lớn nhất của nó là trong lĩnh vực xe năng lượng mới và là chi phí lớn thứ hai sau pin. Ngoài ra, biến tần được sử dụng trong quang điện có nhu cầu lớn về IGBT. Hiện tại, cung và cầu của thị trường IGBT đang mất cân bằng nghiêm trọng và tình hình dịch bệnh ở nước ngoài dẫn đến năng lực sản xuất hạn chế của các nhà máy lớn. Lý do chính khiến các nhà sản xuất trong nước gặp khó khăn trong việc mở rộng sản xuất nằm ở việc thiếu thiết bị và chuyên gia giàu kinh nghiệm. Mặt khác, thường mất 1-3 năm để các nhà máy mới đưa vào dây chuyền sản xuất để kiểm tra, do đó cần có thời gian để công suất sản xuất mới được giải phóng. Các chuyên gia dự đoán rằng thời điểm cung và cầu sẽ cân bằng trở lại vào tháng 2022 năm XNUMX.

Phân tích so sánh bằng sáng chế vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba của Trung Quốc và Hoa Kỳ

Trang Tiếp

Giải thích hoạt hình 3D: Nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn cuối cùng đã bị sốc. Nước hoa