1. IGBT: el dispositiu bàsic de la indústria de l'electrònica de potència
IGBT s'anomena la "CPU" de la indústria de l'electrònica de potència.
L'IGBT té un rendiment global excel·lent, l'IGBT es coneix com a transistor bipolar de porta aïllada, que consta d'un tub d'efecte de camp de porta aïllat i un transistor bipolar de dues parts, ambdues amb una alta impedància d'entrada MOSFET, petita potència de control, circuit d'accionament és senzill, velocitat de commutació ràpida i BJT en{0}}el corrent d'estat és gran, la tensió de conducció és reduïda, l'avantatge de la potència principal del semiconductor es redueix, direcció futura del desenvolupament.
Amb un rendiment excel·lent, IGBT té una àmplia gamma d'aplicacions aigües avall
IGBT s'ha convertit en la primera opció per a equips electrònics de potència mitjana i alta, mitjana i baixa freqüència gràcies a la seva alta densitat de potència, circuit d'accionament senzill i àrea operativa àmplia i segura. En el rang de freqüències de funcionament inferior a 105 Hz, els IGBT basats en silici-són els dispositius semiconductors de potència preferits, amb un rang de potència d'uns pocs quilowatts a deu megawatts. Les aplicacions típiques inclouen el control industrial (convertidors de freqüència, soldadores inverter, fonts d'alimentació ininterrompuda, etc.); automòbils de nova energia (principals motors elèctrics, OBC, aire condicionat, direcció, etc.); nova generació d'energia (inversors fotovoltaics, convertidors d'aerogeneradors); electrodomèstics inverter (IPM); transport ferroviari (convertidors de tracció); i generació d'energia (convertidors d'aerogeneradors). ); transport ferroviari (convertidor de tracció); xarxa intel·ligent, etc.
Tendència de desenvolupament de tecnologia IGBT
Des de la perspectiva de l'estructura de la porta frontal, la seva estructura ha experimentat l'evolució des de la porta plana fins a la porta de trinxera i la darrera porta de micro-trinxera, i els xips IGBT principals del mercat actual estan dominats per la porta de trinxera. El desenvolupament de l'estructura de la porta des de la planar fins a la trinxera afavoreix l'augment de la densitat de corrent, la reducció de la-caiguda de tensió de l'estat, la reducció de la mida de la cel·la i la reducció dels costos de fabricació.
Des de la perspectiva de l'estructura corporal, ha experimentat tres generacions d'evolució des del tipus Punch Through (PT, Punch Through) fins al tipus No-Punch Through (NPT, No-Punch Through) fins al tipus Field Stop (FS, Field Stop).
Mitjançant la iteració contínua de la tecnologia, els indicadors de rendiment del xip IGBT s'optimitzen constantment. Des de la primera iteració de Planar Punch-Through (PT) fins a la parada de camp de la porta de trinxera fina el 2018, s'han optimitzat contínuament els índexs tècnics dels xips IGBT, com ara l'àrea de xip, l'amplada de línia del procés, la caiguda de tensió d'encesa-estat, el temps d'apagat- i la pèrdua de potència.
2. Espai: la demanda de noves energies i altres impulsors d'IGBT continua creixent
La mida del mercat global d'IGBT ha superat els 6.600 milions de dòlars dels EUA
La mida del mercat global d'IGBT continua creixent, ara ha superat els 6.600 milions de dòlars EUA. Segons les dades de l'organització d'investigació Omdia, la mida global del mercat IGBT en l'última dècada per mantenir un creixement sostingut, de 3.200 milions de dòlars EUA el 2012 a 6.600 milions de dòlars EUA el 2020, la taxa de creixement composta del període de vuit-anys al voltant del 10%. A nivell mundial, el control industrial i els vehicles de nova energia són les dues àrees aigües avall amb la major proporció de demanda d'IGBT. Demanda avall (dades de 2017), el control industrial és el mercat de demanda més gran d'IGBT, amb una quota de demanda del 37%; els vehicles de nova energia van ocupar el segon mercat més gran, amb una quota de demanda del 28%; seguit de la generació d'energia nova i el mercat dels electrodomèstics amb inversor, amb una quota de demanda del 9% i el 8% respectivament.
La mida del mercat IGBT de la Xina representava gairebé el 40% del món i una taxa de creixement més ràpida
La mida del mercat IGBT de la Xina està creixent ràpidament i el 2019 ha superat els 15.000 milions de iuans. Segons Wisdom Research Consulting, la mida del mercat IGBT de la Xina està creixent ràpidament, de 6.000 milions de iuans el 2012 a 15.500 milions de iuans el 2019, amb una taxa de creixement composta d'uns 15%, en comparació amb la taxa de creixement de la mida del mercat global IGBT és més gran.
Control industrial: IGBT exigeix disc bàsic, el futur tindrà un creixement constant
IGBT és el component bàsic de les indústries tradicionals de control industrial i subministrament d'alimentació, com ara inversor, soldador inversor, font d'alimentació UPS i calefacció per inducció electromagnètica. El més utilitzat en el camp de l'inversor de control industrial, per exemple, l'inversor és una tensió fixa, la freqüència fixa en tensió i la freqüència es pot canviar l'equip, que sol ser per la part rectificadora, part de filtratge, part inversor, circuit de frenada, circuit d'accionament i circuit de detecció, etc. circuits. L'inversor es basa en l'IGBT intern per ajustar la tensió i la freqüència de la font d'alimentació de sortida.
Vehicles de nova energia: el mercat incremental més important per als IGBT
Els IGBT són els components bàsics dels vehicles d'energia nova i s'utilitzen àmpliament en els vehicles d'energia nova i tenen un impacte significatiu en el rendiment de tot el vehicle. Les principals aplicacions dels IGBT en vehicles d'energia nova inclouen controladors de motors,-carregadors a bord (OBC), aparells d'aire condicionat per a cotxes i piles de càrrega de corrent continu per a vehicles d'energia nova.
Nova generació d'energia: els IGBT s'utilitzen àmpliament a les indústries de l'energia fotovoltaica i eòlica.
La generació d'energia fotovoltaica (PV) s'ha de connectar a la xarxa mitjançant un inversor fotovoltaic, i els IGBT són els components bàsics dels inversors fotovoltaics. L'inversor fotovoltaic és un dels equips clau en el sistema de generació d'energia solar fotovoltaica, i la seva funció és convertir el corrent continu generat per la generació d'energia fotovoltaica en corrent altern que compleixi els requisits de qualitat d'energia de la xarxa elèctrica, i l'IGBT és el component bàsic de l'inversor fotovoltaic.
Electrodomèstics inversors: els electrodomèstics inversors també són una aplicació important dels IGBT
La taxa de penetració d'equips blancs inversors de la Xina està augmentant. Les tres vendes principals d'electrodomèstics de la Xina en els darrers anys s'han estabilitzat en 300 milions per sobre i per sota, i amb la millora dels requisits d'estalvi d'energia i reducció d'emissions, la taxa de conversió de freqüència dels electrodomèstics de la Xina està augmentant, segons dades en línia de la indústria, el 2021, la taxa de conversió de freqüència d'aire condicionat, frigorífics i rentadores del 68%, 34% i 46%, respectivament, es millorarà encara més i en el futur.
Transport ferroviari: IGBT és el dispositiu bàsic en la tracció del transport ferroviari
La tecnologia d'accionament de CA és l'opció principal i la tecnologia bàsica de l'accionament de tracció de trànsit ferroviari modern. Principi d'accionament de CA: el vehicle a través del pantògraf des de la xarxa de contactes per obtenir una potència de voltatge d'alta-CA monofàsica, lliurada al transformador de tracció del vehicle per a la reducció de la tensió, i després convertida a CC a través del rectificador, i després per l'inversor es convertirà de CC a FM-CA trifàsica regulada per tensió-, i, finalment, lliurat als motors de tracció de CA, tot el procés conté els canvis alternatius - directes - alterns. Avantatges de la transmissió de CA: (1) bon rendiment de tracció i frenada; (2) factor de potència elevat, la interferència harmònica és petita; (3) potència del motor, mida petita, pes lleuger, alta fiabilitat operativa; (4) bon rendiment dinàmic i utilització d'adhesió.
3. Patró: alta concentració de monopoli estranger, la substitució domèstica continua accelerant-se
La indústria IGBT té grans barreres d'entrada
Des de la perspectiva de l'entrada a la indústria, el llindar d'entrada de la indústria IGBT és molt alt. En general, les barreres de la indústria IGBT a l'entrada en tres àrees, respectivament, per a les barreres tècniques, barreres de mercat i barreres financeres, aquí ens centrem en les dues primeres.
Barreres tècniques: els enllaços tecnològics IGBT inclouen el disseny i la fabricació de xips IGBT i el disseny i la fabricació de mòduls. (1) Els xips IGBT han de funcionar en un entorn d'alta-corrent, alt-tensió i alta-freqüència, la fiabilitat del xip té requisits elevats; al mateix temps, el disseny del xip també ha de garantir que l'-encès i apagat-, la resistència als curtcircuits-i l'equilibri de la caiguda de tensió-desactivada. Per tant, els requisits d'investigació i desenvolupament independents del xip IGBT són molt alts, el disseny i l'ajust i l'optimització dels paràmetres són molt especials i complexos, amb una gran quantitat de coneixements de la indústria. (2) L'enllaç de fabricació de xips IGBT també té un alt grau de dificultat, d'una banda, la part posterior del propi xip IGBT és més difícil, d'altra banda, el mode IDM de capacitat de producció pròpia -construïda requereix una inversió de capital molt gran i el mode Fabless s'ha de realitzar amb la tecnologia de foneria i el procés de la profunditat d'integració. (3) El mòdul, a causa de l'alt grau d'integració del mòdul, funciona en alt-corrent, alt- voltatge, alta-temperatura i altres entorns durs, de manera que en el procés de disseny i fabricació del mòdul per realitzar el mòdul s'han de tenir en compte alhora l'aïllament, la tensió, la dissipació de calor i molts altres factors d'interferència electromagnètica. Per adonar-se de l'alta fiabilitat, estabilitat i consistència dels productes de mòduls IGBT també necessiten una llarga experiència en la indústria.
Barreres del mercat: IGBT és el dispositiu bàsic dels productes d'aplicació aigües avall, el rendiment, la fiabilitat i l'estabilitat del producte IGBT tenen un impacte directe en el rendiment dels productes aigües avall. Com a resultat, els clients tenen cicles de prova de verificació llargs i costos de substitució elevats quan importen IGBT. Per tant, els clients solen ser més conservadors i prudents en la selecció d'IGBT, i un cop seleccionats per fer canvis i substitució de la voluntat no són forts.
Patró: IGBT altes barreres per a la formació d'un petit nombre de patró de monopoli estranger
El mercat global d'IGBT està actualment monopolitzat per empreses alemanyes, japoneses i nord-americanes. A causa de l'elevat llindar d'entrada de la indústria IGBT i els fabricants estrangers del negoci van començar aviat, l'avantatge del primer-mover és obvi (els productes IGBT de primera-generació d'Infineon van néixer el 1988), de manera que la formació de l'actual monopoli del mercat IGBT per part de les empreses alemanyes, japoneses i nord-americanes en la situació, els cinc principals venedors globals, respectivament, Infineon, IGBT Mitsubishi, Fuji Electric, ON Semiconductor i Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC). I Infineon, Mitsubishi, Fuji Electric i ON Semiconductor són el mode IDM, la integració vertical de tota la cadena industrial d'aigües amunt, aigües avall i van establir un fort fossat.
Canvis en el patró: progrés intern + seguretat de la cadena de subministrament per promoure l'acceleració del canvi de marxa de substitució domèstica
Raons intrínseques per a l'acceleració de la substitució domèstica: (1) IGBT com a període de semiconductors de potència, la seva iteració tecnològica és més lenta, el cicle és més llarg, l'ús d'una generació de productes durant molt de temps, més d'una dècada; i els clients busquen principalment l'estabilitat i la fiabilitat dels productes IGBT, la recerca de noves tecnologies no és alta (Infineon es va llançar el 2007, la quarta generació del xip IGBT segueix sent els principals productes de la indústria actual). ). Per tant, tot i que els fabricants nacionals d'IGBT van començar tard, però la indústria ha deixat als fabricants locals d'IGBT el temps suficient per desenvolupar-se i posar-se al dia, els actuals fabricants nacionals d'IGBT més ràpid progrés tecnològicament, ja hi ha productes per satisfer les necessitats dels clients aigües avall en grans quantitats. (2) Les empreses IGBT locals tenen un millor servei, poden respondre ràpidament a les necessitats dels clients aigües avall i el preu del producte té un cert avantatge sobre els inversors estrangers, cosa que afavoreix que els clients aigües avall redueixin costos.
4. Dispositius de potència semiconductors de - tercera-generació de carbur de silici prometedors
El material de carbur de silici té un rendiment superior
Materials semiconductors comuns, inclòs silici, germani i altres semiconductors elementals, així com arsenur de gal·li, carbur de silici, nitrur de gal·li i altres materials semiconductors compostos, segons la investigació i l'aplicació a gran escala-del temps successivament, la indústria sol els materials semiconductors es divideixen en tres generacions:
La primera generació de materials semiconductors: silici i germani com a representant, l'aplicació típica són els circuits integrats. Els materials semiconductors de silici són actualment la producció més gran, els materials semiconductors més utilitzats.
La segona generació de materials semiconductors: arsenur de gal·li com a representant. La mobilitat d'electrons d'arsenur de gal·li és més de 6 vegades la del silici, i els seus dispositius tenen un rendiment optoelectrònic d'alta-freqüència i alta-velocitat, de manera que s'utilitzen àmpliament en el camp de l'optoelectrònica i la microelectrònica.
La tercera generació de materials semiconductors: representada per carbur de silici i nitrur de gal·li. En comparació amb les dues primeres generacions de materials semiconductors, el carbur de silici té una gran amplada de banda prohibida, una gran intensitat de camp de ruptura, una alta conductivitat tèrmica, una alta taxa de saturació d'electrons i una forta resistència a la radiació, etc. És adequat per a escenaris d'alta -tensió, alta-freqüència i{{4}temperatura, i és especialment adequat per a la fabricació. dispositius semiconductors d'alta-potència en el camp de l'electrònica de potència.
Els dispositius de carbur de silici també superen els dispositius-de silici
Els dispositius de potència de carbur de silici basats en carbur de silici tenen un rendiment elèctric superior a causa de les excel·lents propietats del material:
Resistència a -alta tensió:La intensitat del camp de descomposició dels materials de carbur de silici és deu vegades més gran que la dels materials basats en silici-convencionals, de manera que la resistència a l'alta-tensió dels dispositius de potència de carbur de silici és significativament més forta que la dels dispositius de potència basats en silici-de la mateixa especificació;
Resistència a altes temperatures:d'una banda, la conductivitat tèrmica del carbur de silici és més de tres vegades la del material de silici, de manera que té una millor capacitat de dissipació de calor i manté una temperatura més baixa en les mateixes condicions de potència, reduint així els requisits del disseny de dissipació de calor del dispositiu, que és propici per millorar el grau d'integració i fer que el dispositiu es desenvolupi en la direcció de la miniaturització. D'altra banda, l'amplada de banda prohibida del carbur de silici és més de tres vegades la del silici, i com més ampla sigui l'amplada de banda prohibida, més alta serà la temperatura de funcionament limitant del dispositiu (el dispositiu semiconductor generarà un fenomen d'excitació intrínsec del portador a altes temperatures, que provocarà la fallada del dispositiu), per tant, la temperatura de funcionament limitant dels dispositius de potència de carbur de silici pot arribar a més de 60 graus. , en comparació amb els actuals IGBT-basats en silici que generalment funcionen a 175 graus .
Baixa pèrdua:La velocitat de deriva d'electrons de saturació de carbur de silici és més del doble que la del silici, de manera que els dispositius de carbur de silici tenen menys-resistència i baixa-pèrdua; no hi ha arrossegament actual als dispositius de carbur de silici i la pèrdua de commutació també és inferior a la dels dispositius basats en silici-, i també es pot aconseguir una freqüència de commutació més alta.
La indústria del carbur de silici marcarà el començament d'un ràpid desenvolupament
Impulsat per l'aplicació de vehicles d'energia nova, el mercat de dispositius de carbur de silici creixerà ràpidament. Segons la previsió de Yole, beneficiant-se del carbur de silici en vehicles d'energia nova, industrials i energètics i altres àrees de creixement de la demanda, el mercat global de dispositius de carbur de silici passarà de 1.000 milions de dòlars EUA el 2021 a més de 6.000 milions de dòlars EUA el 2027, la taxa de creixement composta serà tan alta com el 34%; dels quals el mercat de dispositius de carbur de silici per a automòbils passarà de 685 milions de dòlars EUA el 2021 a 5.000 milions de dòlars EUA el 2027, una taxa de creixement composta de fins a un 40%. El mercat dels dispositius de carbur de silici per a automòbils passarà de 685 milions de dòlars el 2021 a uns 5.000 milions de dòlars el 2027, amb una taxa de creixement composta de fins a un 40%, i la mida del mercat dels dispositius de carbur de silici per a automòbils representarà al voltant del 80% de la mida total del mercat de dispositius de carbur de silici per al 2027.