1. IGBT: osnovni uređaj u industriji energetske elektronike
IGBT se naziva "CPU" industrije energetske elektronike.
IGBT ima odlične ukupne performanse, IGBT je poznat kao bipolarni tranzistor sa izolovanim vratima, koji se sastoji od izolirane cijevi s efektom polja i bipolarnog tranzistora iz dva dijela, oba s MOSFET visokom ulaznom impedancijom, malom kontrolnom snagom, pogonsko kolo je jednostavno, brza brzina prebacivanja i BJT u-stanje struja je velika, napon provodljivosti je smanjen u jednom glavnom smjeru, prednost je smanjen u drugom smjeru. razvoja.
Sa odličnim performansama, IGBT ima širok spektar nizvodnih aplikacija
IGBT je postao prvi izbor za elektronsku opremu srednje i velike snage, srednje i niske frekvencije, zahvaljujući svojoj velikoj gustoći snage, jednostavnom pogonskom krugu i širokom sigurnom radnom području. U opsegu radne frekvencije ispod 105 Hz, IGBT bazirani na silikonu- su poželjni energetski poluprovodnički uređaji, sa opsegom snage od nekoliko kilovata do deset megavata. Tipične primjene uključuju industrijsku kontrolu (frekvencijski pretvarači, inverterski zavarivači, neprekidna napajanja, itd.); automobili nove energije (glavni električni pogoni, OBC, klima uređaji, upravljanje itd.); nova proizvodnja energije (fotonaponski invertori, pretvarači vjetroturbina); inverter bijela tehnika (IPM); željeznički transport (vučni pretvarači); i proizvodnju energije (konvertori vjetroturbina). ); željeznički transport (vučni pretvarač); pametna mreža itd.
Trend razvoja IGBT tehnologije
Iz perspektive strukture prednje kapije, njena struktura je doživjela evoluciju od planarne kapije do kapije rova i najnovije mikro{0}} kapije rova, a glavnim IGBT čipovima na trenutnom tržištu dominiraju kapija rova. Razvoj strukture kapije od planarne do rovove pogoduje povećanju gustine struje, smanjenju-pada napona u stanju, smanjenju veličine ćelije i smanjenju troškova proizvodnje.
Iz perspektive strukture karoserije, doživio je tri generacije evolucije od tipa Punch Through (PT, Punch Through) do tipa Non-Punch Through (NPT, Non-Punch Through) do tipa Field Stop (FS, Field Stop).
Kroz kontinuirano ponavljanje tehnologije, indikatori performansi IGBT čipa se konstantno optimizuju. Od najranije iteracije Planar Punch-Through (PT) do finih kapija Field Stopa u 2018. godini, tehnički indeksi IGBT čipova, kao što su površina čipa, širina procesa, pad napona uključenog-stanja, vrijeme isključenja{4}}i optimizirani gubitak energije, su kontinuirano.
2. Svemir: potražnja za novom energijom i drugim pokretačkim IGBT mrežama nastavlja da raste
Veličina globalnog IGBT tržišta premašila je 6,6 milijardi američkih dolara
Veličina globalnog IGBT tržišta nastavlja da raste, sada je premašila 6,6 milijardi američkih dolara. Prema podacima istraživačke organizacije Omdia, veličina globalnog IGBT tržišta u protekloj skoro deceniji održava održivi rast, sa 3,2 milijarde američkih dolara u 2012. na 6,6 milijardi američkih dolara u 2020., što je složena stopa rasta u osmo-godišnjem periodu za oko 10%. Globalno gledano, industrijska kontrola i nova energetska vozila su dvije nizvodne oblasti s najvećim udjelom IGBT potražnje. Nizvodna potražnja (podaci iz 2017.), industrijska kontrola je najveće tržište potražnje za IGBT, sa udjelom potražnje od 37%; nova energetska vozila rangirana su na drugom najvećem tržištu, sa udjelom potražnje od 28%; slijedi nova proizvodnja električne energije i tržište bijele tehnike invertera, sa udjelom potražnje od 9%, odnosno 8%.
Veličina kineskog IGBT tržišta čini skoro 40% svjetskog tržišta i bržu stopu rasta
Veličina kineskog IGBT tržišta brzo raste i u 2019. premašila je 15 milijardi juana. Prema Wisdom Research Consulting-u, veličina kineskog IGBT tržišta brzo raste, sa 6 milijardi juana u 2012. na 15,5 milijardi juana u 2019., uz složenu stopu rasta od oko 15%, u poređenju sa stopom rasta globalnog IGBT tržišta koja je veća.
Industrijska kontrola: IGBT zahtijeva osnovni disk, budućnost će ostvariti stabilan rast
IGBT je osnovna komponenta tradicionalne industrije upravljanja i napajanja električnom energijom kao što su inverteri, inverterski zavarivači, UPS napajanje i elektromagnetsko indukcijsko grijanje. Najčešće korišteni u području industrijskog upravljačkog pretvarača, na primjer, inverter je fiksni napon, fiksna frekvencija u napon i frekvenciju koja se može mijenjati oprema, što je obično dio ispravljača, dio za filtriranje, dio invertera, kočioni krug, pogonski krug i krug detekcije, itd. IGBT se obično koristi u krugu pretvarača i kočionom krugu u glavnom pretvaraču koji se koristi u krugu primjene u inverterskom krugu. Inverter se oslanja na interni IGBT za podešavanje napona i frekvencije izlaznog napajanja.
Nova energetska vozila: najvažnije inkrementalno tržište za IGBT
IGBT su osnovne komponente novih energetskih vozila i naširoko se koriste u vozilima nove energije i imaju značajan utjecaj na performanse cijelog vozila. glavne primjene IGBT-a u vozilima nove energije uključuju kontrolere motora, ugradne punjače (OBC), automobilske klima uređaje i DC punjenja za vozila s novom energijom.
Nova proizvodnja električne energije: IGBT se široko koriste u fotonaponskoj industriji i industriji energije vjetra.
Proizvodnja fotonaponske (PV) energije mora biti povezana na mrežu preko fotonaponskog pretvarača, a IGBT su osnovne komponente fotonaponskih invertera. Fotonaponski inverter je jedna od ključnih opreme u solarnom fotonaponskom sistemu za proizvodnju energije, a njegova uloga je da pretvori jednosmjernu struju generiranu fotonaponskom proizvodnjom energije u naizmjeničnu struju koja ispunjava zahtjeve za kvalitetom električne energije električne mreže, a IGBT je osnovna komponenta fotonaponskog pretvarača.
Inverterska bela tehnika: inverterski kućni aparati su takođe važna primena IGBT-a
Kineska stopa prodora bijele tehnike invertera raste. Tri glavne kineske prodaje bijele tehnike u posljednjih nekoliko godina stabilizirale su se na 300 miliona iznad i ispod, a s poboljšanjem zahtjeva za uštedom energije i smanjenjem emisija, stopa konverzije frekvencije bijele tehnike u Kini se povećava, prema industrijskim online podacima, u 2021. godini, stopa konverzije frekvencije klima uređaja, hladnjaka i mašina za pranje rublja od 68%, 34%, odnosno 6%, i dalje će se povećati.
Željeznički transport: IGBT je osnovni uređaj u vuči željezničkog transporta
Tehnologija AC pogona je glavni izbor i osnovna tehnologija modernog tranzitnog tranzitnog pogona za vuču. Princip AC pogona: vozilo preko pantografa iz kontaktne mreže za dobijanje jedno-faznog naizmjeničnog visokog-napona, isporučuje se vučnom transformatoru vozila radi smanjenja napona, a zatim se preko ispravljača pretvara u DC, a zatim se inverterom pretvara iz jednosmjerne u FM-naponski regulirani napon} i konačno reguliše naizmeničnu struju{4 motora, cijeli proces sadrži naizmjenične - direktne - naizmjenične promjene. Prednosti AC transmisije: (1) dobra vučna i kočiona svojstva; (2) visok faktor snage, harmonijske smetnje su male; (3) snaga motora, mala veličina, mala težina, visoka operativna pouzdanost; (4) dobre dinamičke performanse i korištenje adhezije.
3. Obrazac: visoka koncentracija stranog monopola, domaća supstitucija nastavlja da se ubrzava
IGBT industrija ima visoke barijere za ulazak
Iz perspektive ulaska u industriju, prag ulaska u IGBT industriju je vrlo visok. Sve u svemu, IGBT prepreke za ulazak u tri oblasti, odnosno tehničke prepreke, tržišne barijere i finansijske barijere, ovdje se fokusiramo na prve dvije.
Tehničke prepreke: IGBT tehnološke veze uključuju dizajn i proizvodnju IGBT čipova i dizajn i proizvodnju modula. (1) IGBT čipovi moraju raditi u visoko-strujnom,-naponskom i visokofrekventnom okruženju, pouzdanost čipa ima visoke zahtjeve; u isto vrijeme, dizajn čipa također treba osigurati da se -uključuje i-isključuje, kratak-otpor otpora i{8}}isključuje balans pada napona. Stoga su zahtjevi za istraživanje i razvoj neovisnih o IGBT čipovima vrlo visoki, dizajn i podešavanje parametara i optimizacija su vrlo posebni i složeni, s puno industrijskog znanja kako akumulacije. (2) Link za proizvodnju IGBT čipa također ima visok stepen težine, s jedne strane, stražnja strana samog IGBT čipa je teža, s druge strane, IDM način samoizgrađenog proizvodnog kapaciteta zahtijeva veoma velika kapitalna ulaganja, a Fabless način rada treba realizirati sa tehnologijom ljevaonice i procesom dubine integracije. (3) Modul, zbog visokog stepena integracije modula, i rada na visokoj-struji, visoko-naponu, visokoj-temperaturi i drugim teškim okruženjima, tako da u dizajnu i procesu proizvodnje modula za realizaciju modula moraju se istovremeno uzeti u obzir izolacija, napon, toplotna disipacija i mnogi drugi faktori elektromagnetne interferencije. Da bi se ostvarila visoka pouzdanost, stabilnost i konzistentnost proizvoda IGBT modula takođe je potrebno dugo iskustvo u industriji.
Tržišne barijere: IGBT je osnovni uređaj proizvoda za daljnju primjenu, performanse IGBT proizvoda, pouzdanost i stabilnost imaju direktan utjecaj na performanse daljnjih proizvoda. Kao rezultat toga, kupci imaju duge cikluse testiranja verifikacije i visoke troškove zamjene kada uvoze IGBT. Stoga su kupci obično konzervativniji i oprezniji u odabiru IGBT, a kada se jednom odaberu da izvrše izmjene i zamjenu volje nisu jaki.
Obrazac: IGBT visoke barijere za formiranje malog broja stranih monopolskih obrazaca
Globalno IGBT tržište je trenutno monopolizirano od strane njemačkih, japanskih i američkih kompanija. Zbog visokog praga ulaska u IGBT industriju, a strani proizvođači su posao započeli rano, prednost prvog{3}}pokretača je očigledna (prva-generacija IGBT proizvoda Infineona rođena je 1988. godine), pa je formiranje trenutnog IGBT monopola na tržištu od strane njemačkih, japanskih i američkih kompanija u situaciji, pet najboljih, globalnih dobavljača IGBT-a u situaciji Mitsubishi, Fuji Electric, ON Semiconductor and Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC). A Infineon, Mitsubishi, Fuji Electric i ON Semiconductor su IDM način rada, vertikalna integracija cijelog industrijskog lanca uzvodno, nizvodno i uspostavljena jaka jarka.
Promjene u obrascu: domaći napredak + sigurnost lanca snabdijevanja za promoviranje domaće zamjenske ubrzanja mjenjača
Intrinzični razlozi za ubrzanje domaće supstitucije: (1) IGBT kao energetski poluprovodnički period, njegova tehnološka iteracija je sporija, ciklus je duži, upotreba generacije proizvoda veoma dugo, više od jedne decenije; a kupci uglavnom traže stabilnost i pouzdanost IGBT proizvoda, potraga za novim tehnologijama nije velika (Infineon je lansiran 2007. godine, četvrta generacija IGBT čipa je i dalje glavni proizvod trenutne industrije). ). Stoga, iako su domaći IGBT proizvođači započeli kasno, ali je industrija ostavila lokalnim proizvođačima IGBT dovoljno vremena da se razviju i nadoknade, sadašnji domaći proizvođači IGBT brže napreduju, već postoje proizvodi koji zadovoljavaju potrebe kupaca u nizu u velikim količinama. (2) Lokalne IGBT kompanije imaju bolju uslugu, mogu brzo odgovoriti na potrebe daljnjih kupaca, a cijena proizvoda ima određenu prednost u odnosu na strane investitore, što pogoduje nižim kupcima za smanjenje troškova.
4. Silicijum karbid - treća-generacija poluprovodničkih energetskih uređaja koji obećavaju
Materijal od silicijum karbida ima vrhunske performanse
Uobičajeni poluprovodnički materijali, uključujući silicijum, germanijum i druge elementarne poluprovodnike, kao i galijum arsenid, silicijum karbid, galijum nitrid i druge složene poluprovodničke materijale, prema istraživanju i velikoj-primeni vremena uzastopno, industrija je obično poluprovodnički materijali podeljeni u tri generacije:
Prva generacija poluvodičkih materijala: silicijum i germanijum kao reprezentativni, tipična primena su integrisana kola. Silicijumski poluprovodnički materijali su trenutno najveća proizvodnja, najčešće korišćeni poluprovodnički materijali.
Druga generacija poluprovodničkih materijala: galijum arsenid kao predstavnik. Mobilnost elektrona galij-arsenida je više od 6 puta veća od silicijumske, a njegovi uređaji imaju visoke-frekvencije i velike-optoelektronske performanse, tako da se široko koriste u oblasti optoelektronike i mikroelektronike.
Treća generacija poluprovodničkih materijala: predstavljeni silicijum karbidom i galijum nitridom. U poređenju sa prve dvije generacije poluprovodničkih materijala, silicijum karbid ima veliku zabranjenu širinu pojasa, veliku jačinu probojnog polja, visoku toplotnu provodljivost, visoku stopu zasićenja elektronima i jaku otpornost na zračenje, itd. Pogodan je za visoke-napone, visoke-i visoke-visokofrekventne i visoke-proizvodnje, posebno za scenarije visoke temperature{5} poluvodičkih uređaja u oblasti energetska elektronika.
Uređaji od silicijum karbida također nadmašuju uređaje na bazi silikona{0}}
Uređaji za napajanje od silicijum karbida na bazi silicijum karbida imaju superiorne električne performanse zbog odličnih svojstava materijala:
Visoki{0}}otpor napona:Snaga probojnog polja materijala od silicijum karbida je deset puta veća od konvencionalnih materijala na bazi siliciju-, tako da je visoko-otpornost energetskih uređaja od silicijum karbida značajno jača od one kod uređaja za napajanje na bazi silicijuma{2}} iste specifikacije;
Otpornost na visoke temperature:s jedne strane, toplinska provodljivost silicijum karbida je više od tri puta veća od silicijum materijala, tako da ima bolju sposobnost disipacije toplote i održava nižu temperaturu pod istim uslovima napajanja, čime se smanjuju zahtevi dizajna odvođenja toplote uređaja, što pogoduje poboljšanju stepena integracije i čini da se uređaj razvija u pravcu minijaturizacije. S druge strane, zabranjeni propusni opseg silicijum karbida je više od tri puta veći od silicijum, a što je širi zabranjeni opseg, to je viša granična radna temperatura uređaja (poluprovodnički uređaj će generisati fenomen intrinzične pobude nosioca na visokim temperaturama, što će rezultirati kvarom uređaja za radnu snagu, što može dovesti do kvara radne temperature uređaja). 600 stepeni, u poređenju sa trenutnim IGBT-ovima na bazi silicijuma{2}} koji generalno rade na 175 stepeni.
Mali gubitak:Brzina drifta elektrona zasićenja silicijum-kabidom je više nego dvostruko veća od brzine silicijum-karbida, tako da uređaji sa silicijum-kabidom imaju niži-otpor i mali-gubitak; nema otpora struje u uređajima od silicijum karbida, a gubici pri prebacivanju su takođe niži nego kod uređaja na bazi silicijuma{2}}a, a takođe se može realizovati veća frekvencija prebacivanja.
Industrija silicijum karbida će uvesti brzi razvoj
Potaknuto primjenom novih energetskih vozila, tržište uređaja od silicijum karbida će brzo rasti. Prema Yoleovoj prognozi, zahvaljujući prednostima silicijum karbida u novim energetskim vozilima, industrijskim i energetskim i drugim oblastima rasta potražnje, globalno tržište uređaja sa silicijum karbidom će porasti sa 1 milijarde američkih dolara u 2021. na više od 6 milijardi američkih dolara u 2027., kombinovana stopa rasta će biti čak 34%; od kojih će tržište automobilskih uređaja sa silicijum karbidom porasti sa 685 miliona američkih dolara u 2021. na 5 milijardi američkih dolara u 2027. godini, sa stopom rasta do 40%. Tržište uređaja od silicijum karbida za automobile će porasti sa 685 miliona dolara u 2021. na oko 5 milijardi dolara u 2027, sa kombinovanom stopom rasta od do 40%, a veličina tržišta uređaja od silicijum karbida za automobile će činiti oko 80% ukupne veličine tržišta uređaja od silicijum karbida do 2027.