1. IGBT: jõuelektroonikatööstuse põhiseade
IGBT-d nimetatakse jõuelektroonikatööstuse "CPU-ks".
IGBT-l on suurepärane üldine jõudlus, IGBT-d tuntakse kui isoleeritud paisuga bipolaarset transistorit, mis koosneb isoleeritud paisuväljaefekti torust ja bipolaarsest transistorist kahest osast, mõlemad suure MOSFET-i sisendtakistusega, väikese juhtimisvõimsusega, ajamiahel on lihtne, kiire lülituskiirus ja BJT sisselülitamise üks peamisi tuleviku arengusuundi.
Suurepärase jõudlusega IGBT-l on lai valik allavoolu rakendusi
IGBT-st on saanud oma suure võimsustiheduse, lihtsa ajamiahela ja laia ohutu tööala tõttu esimene valik keskmise ja suure võimsusega, keskmise ja madala sagedusega võimsusega elektroonikaseadmete jaoks. Töösagedusvahemikus alla 105 Hz on ränipõhised Tüüpilised rakendused hõlmavad tööstuslikku juhtimist (sagedusmuundurid, inverterkeevitajad, katkematu toiteallikad jne); uued energiasõidukid (peamised elektriajamid, OBC-d, kliimaseade, rool jne); uus energiatootmine (fotogalvaanilised inverterid, tuuleturbiini muundurid); inverteri kodumasinad (IPM); raudteetransport (veojõumuundurid); ja elektritootmine (tuuleturbiinide muundurid). ); raudteetransport (veojõumuundur); nutivõrk jne.
IGBT tehnoloogia arengutrend
Esivärava konstruktsiooni vaatenurgast on selle struktuur muutunud tasapinnalisest väravast kraaviväravaks ja uusimaks mikro-kaeviku väravaks ning praegusel turul domineerivad peavoolu IGBT kiibid kraavivärav. Värava struktuuri arendamine tasapinnalisest kraavini soodustab voolutiheduse suurendamist, pingelanguse vähendamist, elemendi suurust ja tootmiskulusid.
Kere ehituse vaatenurgast on see läbinud kolm põlvkonda evolutsiooni läbilöögitüübist (PT, Punch Through) mitte{0}}läbilöögi tüübini (NPT, mitte{1}}läbilöögi tüübini) Field Stop tüübini (FS, Field Stop).
Pideva tehnoloogia iteratsiooni abil optimeeritakse IGBT kiibi jõudlusnäitajaid pidevalt. Alates Planar Punch-Through (PT) varaseimast iteratsioonist kuni 2018. aasta peene kaeviku värava välja peatamiseni on IGBT kiipide tehnilisi indekseid, nagu kiibi pindala, protsessi joonelaius, sisse-oleku pingelangus, väljalülitusaega{4}}ja võimsuskadu, pidevalt optimeeritud.
2. Kosmos: nõudlus uue energia ja muu IGBT järele kasvab jätkuvalt
Globaalne IGBT turu suurus on ületanud 6,6 miljardit USA dollarit
Ülemaailmse IGBT turu suurus kasvab jätkuvalt ja on nüüdseks ületanud 6,6 miljardit USA dollarit. Uurimisorganisatsiooni Omdia andmetel on globaalse IGBT turu suurus viimase ligi kümne aasta jooksul, et säilitada püsiv kasv, 3,2 miljardilt USA dollarilt 2012. aastal 6,6 miljardile USA dollarile 2020. aastal, mis on kaheksa{12}}aastase perioodi liitkasvumäär umbes 10%. Ülemaailmselt on tööstuskontroll ja uued energiasõidukid kaks allavoolu valdkonda, kus IGBT nõudlus on suurim. Järelvoolu nõudlus (2017. aasta andmed), tööstuskontroll on IGBT jaoks suurim nõudlusturg, mille nõudluse osakaal on 37%; uued energiasõidukid olid suuruselt teisel turul, nõudluse osakaaluga 28%; järgnesid uue energiatootmise ja inverterite kodumasinate turg nõudluse osakaaluga vastavalt 9% ja 8%.
Hiina IGBT turu suurus moodustas peaaegu 40% maailmast ja kiirem kasvutempo
Hiina IGBT turu suurus kasvab kiiresti ja 2019. aastal ületas see 15 miljardit jüaani. Wisdom Research Consultingi andmetel kasvab Hiina IGBT turu suurus kiiresti, 6 miljardilt jüaanilt 2012. aastal 15,5 miljardi jüaanini 2019. aastal, liitkasvutempoga umbes 15%, samas kui globaalse IGBT turu kasvutempo on suurem.
Tööstuslik juhtimine: IGBT nõudlus põhikettale, tulevikus realiseerub pidev kasv
IGBT on traditsiooniliste tööstuslike juhtimis- ja toiteallikate tööstusharude, nagu inverter, inverter keevitaja, UPS-i toiteallikas ja elektromagnetiline induktsioonküte, põhikomponent. Kõige sagedamini kasutatav tööstusliku juhtmuunduri valdkonnas, näiteks inverter on fikseeritud pinge, fikseeritud sagedust pingeks ja sagedust saab muuta seadmetega, mis on tavaliselt alaldi osa, filtreerimisosa, inverteri osa, pidurdusahela, ajamiahela ja tuvastusahela jne kaudu. IGBT-d kasutatakse tavaliselt inverteri ahelas ja pidurdusahelas inverteris, mida kasutatakse peamiselt inverteris. Inverter tugineb sisemisele IGBT-le, et reguleerida väljundtoiteallika pinget ja sagedust.
Uued energiasõidukid: IGBT-de kõige olulisem lisaturg
IGBT-d on uute energiasõidukite põhikomponendid ja neid kasutatakse laialdaselt uutes energiasõidukites ja neil on oluline mõju kogu sõiduki toimimisele. IGBT-de peamised rakendused uutes energiasõidukites on mootorikontrollerid, pardalaadijad (OBC-d), autode kliimaseadmed ja uute energiasõidukite alalisvoolu laadimisvaiad.
Uus energiatootmine: IGBT-sid kasutatakse laialdaselt fotogalvaanilises ja tuuleenergiatööstuses.
Fotogalvaaniline (PV) elektritootmine tuleb ühendada võrku PV-inverteri kaudu ja IGBT-d on PV-inverterite põhikomponendid. Fotogalvaaniline inverter on päikeseenergia fotogalvaanilise energiatootmissüsteemi üks peamisi seadmeid ja selle ülesanne on muundada fotogalvaanilise energia tootmisel tekkiv alalisvool vahelduvvooluks, mis vastab elektrivõrgu toitekvaliteedi nõuetele, ja IGBT on fotogalvaanilise inverteri põhikomponent.
Inverteri kodumasinad: IGBT-de oluline rakendus on ka inverteri kodumasinad
Hiina inverterite kodumasinate levik kasvab. Hiina kolm peamist kodumasinate müüki on viimastel aastatel stabiliseerunud 300 miljonil üle ja alla ning energiasäästu ja heitkoguste vähendamise nõuete paranemisega suureneb Hiina kodumasinate sageduste ümberarvestus tööstuse veebiandmete kohaselt 2021. aastal kliimaseadmete, külmikute ja pesumasinate sageduste teisendusmäär vastavalt 68%, 34% ja 46% ning tulevik paraneb veelgi.
Raudteetransport: IGBT on raudteetranspordi veojõu põhiseade
Vahelduvvooluajami tehnoloogia on kaasaegse raudteetransiitveoajami peamine valik ja põhitehnoloogia. Vahelduvvooluajami põhimõte: sõiduk läbi pantograafi kontaktvõrgust, et saada ühe-faasiline vahelduvvoolu kõrge-pingevõimsus, mis suunatakse pinge vähendamiseks sõiduki veojõutrafosse ja seejärel muundatakse alaldi kaudu alalisvooluks ning seejärel muundatakse muunduri abil alalisvoolust FM-pingega kolmefaasiliseks- Vahelduvvoolu ja lõpuks vahelduvvoolu veomootoritele tarnituna sisaldab kogu protsess vahelduvaid - otseseid - vahelduvaid muudatusi. Vahelduvvoolu jõuülekande eelised: (1) hea haarduvus ja pidurdustõhusus; (2) kõrge võimsustegur, harmoonilised häired on väikesed; (3) mootori võimsus, väike suurus, kerge kaal, kõrge töökindlus; (4) hea dünaamiline jõudlus ja adhesiooni kasutamine.
3. Muster: välismonopoli suur kontsentratsioon, siseriiklik asendamine kiireneb jätkuvalt
IGBT-tööstusel on kõrged sisenemisbarjäärid
Tööstusharu sisenemise seisukohast on IGBT-tööstuse sisenemislävi väga kõrge. Üldiselt IGBT tööstuse turuletulekutõkked kolmes valdkonnas, vastavalt tehniliste tõkete, turutõkete ja rahaliste tõkete osas, keskendume siin kahele esimesele.
Tehnilised tõkked: IGBT-tehnoloogia seosed hõlmavad IGBT-kiipide projekteerimist ja tootmist ning moodulite kavandamist ja valmistamist. (1) IGBT-kiibid peavad töötama kõrge-voolu, kõrge-pinge ja kõrge-sagedusega keskkonnas, kiibi töökindlusele esitatakse kõrgeid nõudeid; samal ajal peaks kiibi disain tagama ka sisse- ja väljalülitamise-väljalülitamise, lühise-takistuse ja sisse-väljalülitamise pingelanguse tasakaalu. Seetõttu on IGBT-kiibist sõltumatute teadus- ja arendustegevuse nõuded väga kõrged, disain ja parameetrite reguleerimine ja optimeerimine on väga erilised ja keerulised ning tööstuse oskusteavet koguneb palju. (2) IGBT-kiibi valmistamise lingil on samuti palju raskusi, ühelt poolt on IGBT-kiibi tagakülg keerulisem, teisest küljest nõuab iseehitatud tootmisvõimsuse IDM-režiim väga suuri kapitaliinvesteeringuid ning Fablessi režiim tuleb realiseerida valutehnoloogia ja integratsiooni sügavuse protsessiga. (3) Moodul, kuna moodul on väga integreeritud ning töötab kõrge{15}}voolu, kõrge-pinge, kõrge{17}}temperatuuri ja muudes karmides keskkondades, nii et mooduli projekteerimisel ja tootmisprotsessis tuleb mooduli realiseerimiseks arvestada samaaegselt isolatsiooni, pinge, soojuse hajumise ja paljude muude elektromagnetiliste häiretega. IGBT-moodulitoodete kõrge töökindluse, stabiilsuse ja järjepidevuse mõistmiseks on vaja ka pikaajalist kogemust tööstuses.
Turutõkked: IGBT on tootmisahela järgmise etapi toodete põhiseade, IGBT-toodete jõudlus, usaldusväärsus ja stabiilsus mõjutavad otseselt tootmisahela järgmise etapi toodete jõudlust. Selle tulemusena on klientidel IGBT-de importimisel pikad kontrollikatsetsüklid ja kõrged asenduskulud. Seetõttu on kliendid IGBT-i valikul tavaliselt konservatiivsemad ja ettevaatlikumad ning pärast valimist muudatuste tegemiseks ja asendamiseks ei ole tahe tugev.
Muster: IGBT kõrged tõkked väikese arvu välismaiste monopolide moodustumisele
Ülemaailmne IGBT turg on praegu monopoliseeritud Saksamaa, Jaapani ja USA ettevõtete poolt. IGBT tööstuse kõrge sisenemisläve ja ettevõtte varakult alustanud välismaiste tootjate tõttu on esimese-käija eelis ilmselge (Infineoni esimese-põlvkonna IGBT tooted sündisid 1988. aastal), nii et praeguse IGBT turu monopoli moodustamine Saksa, Jaapani ja USA ettevõtete poolt on olukorras, kus praegune globaalne IGBT, Mitubly, IGBT, Mitubly, top IGBT. Fuji Electric, ON Semiconductor and Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC). Ja Infineon, Mitsubishi, Fuji Electric ja ON Semiconductor on IDM-režiim, vertikaalne integratsioon kogu tööstuse ahela ülesvoolu, allavoolu ja rajatud tugeva vallikraavi.
Muutused mustris: siseriiklikud edusammud + tarneahela turvalisus, et edendada kodumaist asenduskäigu käiguvahetuskiirendust
Kodumaise asendamise kiirenemise olemuslikud põhjused: (1) IGBT kui võimsuspooljuhtide periood, selle tehnoloogia iteratsioon on aeglasem, tsükkel pikem, toodete põlvkonna kasutamine väga pikka aega, üle kümne aasta; ja kliendid otsivad peamiselt IGBT toodete stabiilsust ja töökindlust, uute tehnoloogiate poole püüdlemine ei ole kõrge (Infineon tuli turule 2007. aastal, IGBT kiibi neljas põlvkond on endiselt praeguse tööstuse põhitooted). ). Seega, kuigi kodumaised IGBT-tootjad alustasid hilja, kuid tööstus on jätnud kohalikele IGBT-tootjatele piisavalt aega arenemiseks ja järele jõudmiseks, on praegustel kodumaistel IGBT-tootjatel kiirem tehnoloogiline areng, on juba tooteid, mis vastavad järgnevate klientide vajadustele suurtes kogustes. (2) Kohalikel IGBT ettevõtetel on parem teenindus, nad suudavad kiiresti reageerida alljärgnevate klientide vajadustele ning toote hinnal on välisinvestorite ees teatud eelis, mis soodustab järgnevatel klientidel kulusid vähendades.
4. Paljulubavad ränikarbiidist - kolmanda-põlvkonna pooljuhttoiteseadmed
Ränikarbiidmaterjalil on suurepärane jõudlus
Levinud pooljuhtmaterjalid, sealhulgas räni, germaanium ja muud elementaarsed pooljuhid, samuti galliumarseniid, ränikarbiid, galliumnitriid ja muud liitpooljuhtmaterjalid, vastavalt teadusuuringutele ja laiaulatuslikule järjestikusele{0}}aja rakendamisele jagunevad pooljuhtmaterjalid tavaliselt kolme põlvkonda:
Pooljuhtmaterjalide esimese põlvkonna esindajad: räni ja germaanium, tüüpiliseks kasutusalaks on integraallülitused. Räni pooljuhtmaterjalid on praegu suurim toodang, enimkasutatavad pooljuhtmaterjalid.
Teise põlvkonna pooljuhtmaterjalid: esindajana galliumarseniid. Galliumarseniidi elektronide liikuvus on rohkem kui 6 korda suurem kui räni oma ning selle seadmetel on kõrge-sageduslik ja suure-kiirusega optoelektrooniline jõudlus, mistõttu kasutatakse neid optoelektroonika ja mikroelektroonika valdkonnas laialdaselt.
Pooljuhtmaterjalide kolmas põlvkond: esindatud ränikarbiid ja galliumnitriid. Võrreldes kahe esimese põlvkonna pooljuhtmaterjalidega on ränikarbiidil suur keelatud ribalaius, suur läbilöögivälja tugevus, kõrge soojusjuhtivus, kõrge elektronide küllastusaste ja tugev kiirgustakistus jne. See sobib kõrge -pinge, kõrge-sageduse ja kõrge temperatuuriga{4}}tootmise stsenaariumidele ning on eriti sobiv tootmiseks. suure võimsusega-pooljuhtseadmed jõuelektroonika valdkonnas.
Ränikarbiidist valmistatud seadmed ületavad ka räni{0}}põhiseid seadmeid
Ränikarbiidil põhinevatel ränikarbiidi jõuseadmetel on materjali suurepäraste omaduste tõttu suurepärane elektriline jõudlus:
Kõrge{0}}pingetakistus:Ränikarbiidmaterjalide läbilöögiväljatugevus on kümme korda suurem kui tavalistel räni{0}}põhistel materjalidel, seega on ränikarbiidist toiteseadmete kõrge-pingetakistus oluliselt tugevam kui sama spetsifikatsiooniga räni-põhiste toiteseadmete oma;
Kõrge temperatuuritaluvus:ühest küljest on ränikarbiidi soojusjuhtivus rohkem kui kolm korda suurem kui ränimaterjalil, seega on sellel parem soojuseraldusvõime ja see hoiab madalamat temperatuuri sama võimsuse tingimustes, vähendades seega seadme soojuse hajumise konstruktsiooni nõudeid, mis aitab kaasa integreerimisastme parandamisele ja paneb seadme arenema miniaturiseerimise suunas. Teisest küljest on ränikarbiidi keelatud ribalaius rohkem kui kolm korda räni omast ja mida laiem on keelatud ribalaius, seda kõrgem on seadme piirav töötemperatuur (pooljuhtseade tekitab kõrgetel temperatuuridel kandja sisemise ergastuse nähtuse, mille tulemuseks on seadme rike), seetõttu võib võrreldav seadmete võimsus ületada 6 kraadi karbiidi, 000 kraadi. praeguste räni{2}}põhiste IGBT-dega, mis töötavad üldiselt 175 kraadi juures.
Väike kaotus:Ränikarbiidi küllastuselektronide triivimiskiirus on rohkem kui kaks korda suurem kui räni oma, seega on ränikarbiidist valmistatud seadmetel väiksem-takistus ja väiksem-kadu; ränikarbiidseadmetes puudub voolutakistus ja lülituskadu on samuti väiksem kui räni-põhistel seadmetel, samuti on võimalik saavutada suurem lülitussagedus.
Ränikarbiiditööstus käivitab kiire arengu
Ajendatuna uute energiasõidukite rakendamisest, kasvab ränikarbiidi seadmete turg kiiresti. Yole prognoosi kohaselt kasvab ränikarbiidist uutes energiasõidukites, tööstuses ja energeetikas ning muudes nõudluse kasvu valdkondades kasu saades globaalne ränikarbiidi seadmete turg 1 miljardilt USA dollarilt 2021. aastal enam kui 6 miljardile USA dollarile 2027. aastal, ühendite kasvutempo on kuni 34%; millest autotööstuse ränikarbiidi seadmete turg kasvab 685 miljonilt USA dollarilt 2021. aastal 5 miljardile USA dollarile 2027. aastal, liitkasvumäär kuni 40%. Autotööstuse ränikarbiidist seadmete turg kasvab 685 miljonilt dollarilt 2021. aastal umbes 5 miljardile dollarile 2027. aastal, liitkasvutempoga kuni 40%, ning autotööstuse ränikarbiidist seadmete turu suurus moodustab 2027. aastaks umbes 80% ränikarbiidi seadmete turu kogumahust.