1. IGBT: kjerneenheten i kraftelektronikkindustrien
IGBT kalles "CPU" i kraftelektronikkindustrien.
IGBT har utmerket generell ytelse, IGBT er kjent som isolert gate bipolar transistor, som består av isolert gate felteffektrør og bipolar transistor to deler, begge med MOSFET høy inngangsimpedans, liten kontrolleffekt, drivkretsen er enkel, rask svitsjingshastighet og BJT på-tilstandsstrøm er stor, ledningsspenningen er lav, den ene er lavt tap, ledningsspenningen er lav av viktigste fremtidige utviklingsretningen.
Med utmerket ytelse har IGBT et bredt spekter av nedstrømsapplikasjoner
IGBT har blitt førstevalget for middels og høy effekt, middels og lavfrekvent kraft elektronisk utstyr i kraft av sin høye effekttetthet, enkle drivkrets og brede sikre driftsområde. I driftsfrekvensområdet under 105 Hz er silisium-baserte IGBT-er de foretrukne krafthalvlederenhetene, med et effektområde på noen få kilowatt til ti megawatt. Typiske bruksområder inkluderer industriell kontroll (frekvensomformere, inverter sveisere, avbruddsfri strømforsyning, etc.); nye energibiler (hovedelektriske stasjoner, OBC-er, klimaanlegg, styring, etc.); ny energiproduksjon (fotovoltaiske omformere, vindturbinomformere); inverter hvitevarer (IPM); jernbanetransport (trekkomformere); og kraftproduksjon (vindturbinomformere). ); jernbanetransport (trekkomformer); smartnett osv.
IGBT teknologiutvikling trend
Fra frontportstrukturens perspektiv har strukturen opplevd utviklingen fra planport til grøfteport og den nyeste mikro-grøfteporten, og de vanlige IGBT-brikkene i det nåværende markedet domineres av grøfteport. Utviklingen av portstrukturen fra plan til grøft bidrar til å øke strømtettheten, redusere spenningsfallet i-tilstand, redusere cellestørrelsen og redusere produksjonskostnadene.
Fra kroppsstrukturens perspektiv har den opplevd tre generasjoner med utvikling fra Punch Through-typen (PT, Punch Through) til Non-Punch Through-typen (NPT, Non-Punch Through) til Field Stop-typen (FS, Field Stop).
Gjennom kontinuerlig teknologiiterasjon optimaliseres IGBT-brikkeytelsesindikatorer konstant. Fra den tidligste gjentakelsen av Planar Punch-Through (PT) til den fine grøfteporten Field Stop i 2018, har de tekniske indeksene til IGBT-brikker, som brikkeområde, prosesslinjebredde, på-tilstandsspenningsfall,-av-tid og strømtap, blitt kontinuerlig optimalisert.
2. Plass: ny energi og annen drivende IGBT-etterspørsel fortsetter å vokse
Global IGBT-markedsstørrelse har oversteget 6,6 milliarder amerikanske dollar
Den globale IGBT-markedsstørrelsen fortsetter å vokse og har nå passert 6,6 milliarder amerikanske dollar. I følge forskningsorganisasjonen Omdias data har den globale IGBT-markedsstørrelsen i løpet av det siste nesten et tiåret opprettholde vedvarende vekst, fra 3,2 milliarder amerikanske dollar i 2012 til 6,6 milliarder amerikanske dollar i 2020, den sammensatte vekstraten for åtte-årsperioden på omtrent 10 %. Globalt er industriell kontroll og nye energikjøretøyer de to nedstrømsområdene med størst andel av IGBT-etterspørselen. Nedstrøms etterspørsel (2017-data), industriell kontroll er det største etterspørselsmarkedet for IGBT, med en etterspørselsandel på 37 %; nye energikjøretøyer rangerte det nest største markedet, med en etterspørselsandel på 28 %; etterfulgt av ny energikraftproduksjon og inverter-hvitevaremarkedet, med en etterspørselsandel på henholdsvis 9 % og 8 %.
Kinas IGBT-markedsstørrelse utgjorde nesten 40% av verden, og raskere vekst
Kinas IGBT-markedsstørrelse vokser raskt, og i 2019 har den passert 15 milliarder yuan. I følge Wisdom Research Consulting vokser Kinas IGBT-markedsstørrelse raskt, fra 6 milliarder yuan i 2012 til 15,5 milliarder yuan i 2019, med en sammensatt vekstrate på rundt 15 %, sammenlignet med veksthastigheten til den globale IGBT-markedsstørrelsen er høyere.
Industriell kontroll: IGBT krever grunnleggende disk, fremtiden vil realisere jevn vekst
IGBT er kjernekomponenten i tradisjonell industriell kontroll og strømforsyningsindustri som inverter, inverter sveiser, UPS strømforsyning og elektromagnetisk induksjonsoppvarming. Den mest brukte innen industriell kontrollomformer, for eksempel, er omformeren en fast spenning, fast frekvens til spenning og frekvens kan endres utstyr, som vanligvis er av likeretterdelen, filtreringsdelen, omformerdelen, bremsekretsen, drivkretsen og deteksjonskretsen, etc. IGBT brukes vanligvis i omformerkretsen og bremsekretsen til inverteren som hovedsakelig brukes i omformeren, kretser. Omformeren er avhengig av den interne IGBT for å justere spenningen og frekvensen til utgangsstrømforsyningen.
Nye energikjøretøyer: det viktigste inkrementelle markedet for IGBT-er
IGBT-er er kjernekomponentene i nye energikjøretøyer, og de er mye brukt i nye energikjøretøyer og har en betydelig innvirkning på ytelsen til hele kjøretøyet. de viktigste bruksområdene til IGBT-er i nye energikjøretøyer inkluderer motorkontrollere,-bordladere (OBC), bilklimaanlegg og DC-ladehauger for nye energikjøretøyer.
Ny energiproduksjon: IGBT-er er mye brukt i solcelle- og vindkraftindustrien.
Fotovoltaisk (PV) kraftproduksjon må kobles til nettet gjennom en PV-omformer, og IGBT-er er kjernekomponentene i PV-omformere. Fotovoltaisk inverter er et av nøkkelutstyret i det solcellefotovoltaiske kraftgenereringssystemet, og dens rolle er å konvertere likestrømmen som genereres av fotovoltaisk kraftproduksjon til vekselstrøm som oppfyller strømkvalitetskravene til strømnettet, og IGBT er kjernekomponenten i fotovoltaisk omformer.
Inverter hvitevarer: Inverter hvitevarer er også en viktig anvendelse av IGBTer
Kinas inverter-hvitevarepenetrasjonshastighet øker. Kinas tre store salg av hvitevarer de siste årene har stabilisert seg på 300 millioner over og under, og med forbedring av kravene til energisparing og utslippsreduksjon øker Kinas frekvensomregningsfrekvens for hvitevarer, ifølge industriens online data, i 2021 vil frekvensomregningsfrekvensen for klimaanlegg, kjøleskap og vaskemaskiner på henholdsvis 68 %, 34 % og 4,6 % økes ytterligere.
Jernbanetransport: IGBT er kjerneenheten i jernbanetransport
AC-drivteknologi er det vanlige valget og kjerneteknologien til moderne trekkdrift for jernbanetransport. AC-drivprinsipp: kjøretøyet gjennom strømavtakeren fra kontaktnettverket for å oppnå en-fase AC høy-spenningseffekt, levert til kjøretøyets trekktransformator for spenningsreduksjon, og deretter konvertert til DC gjennom likeretteren, og deretter av omformeren vil bli konvertert fra DC til FM-spenningsregulert tre-fase AC, levert til AC-trekkmotorene, inneholder hele prosessen de alternerende - direkte - alternerende endringene. Fordeler med AC-transmisjon: (1) god trekkraft og bremseytelse; (2) høy effektfaktor, harmonisk interferens er liten; (3) motorkraft, liten størrelse, lett vekt, høy driftssikkerhet; (4) god dynamisk ytelse og adhesjonsutnyttelse.
3. Mønster: høy konsentrasjon av utenlandsk monopol, innenlandsk substitusjon fortsetter å akselerere
IGBT-industrien har høye adgangsbarrierer
Fra perspektivet til bransjeinngang er inngangsterskelen for IGBT-industrien veldig høy. Samlet sett er IGBT-bransjens etableringsbarrierer på tre områder, henholdsvis for de tekniske barrierene, markedsbarrierene og økonomiske barrierene, her fokuserer vi på de to første.
Tekniske barrierer: IGBT-teknologikoblinger inkluderer design og produksjon av IGBT-brikker og moduldesign og produksjon. (1) IGBT-brikker må fungere i miljøer med høy-strøm, høy-spenning og høy-frekvens, og påliteligheten til brikken har høye krav; samtidig bør brikkedesignet også sørge for at-på og-av, kortslutningsmotstand-og på-av spenningsfall balanse. Derfor er IGBT-brikkeavhengige forsknings- og utviklingskrav svært høye, design og parameterjustering og optimalisering er veldig spesiell og kompleks, med mye industrikunnskapsakkumulering. (2) Produksjonskoblingen for IGBT-brikker har også høy vanskelighetsgrad, på den ene siden er baksiden av selve IGBT-brikken vanskeligere, på den annen side krever IDM-modusen for egen{12}}bygget produksjonskapasitet en veldig stor kapitalinvestering, og Fabless-modusen må realiseres med støperiteknologien og prosessen med dybden av integrasjonen. (3) Modul, på grunn av den høye graden av integrering av modulen, og arbeid i høy-strøm, høy-spenning, høy-temperatur og andre tøffe miljøer, så i moduldesign og produksjonsprosessen for å realisere modulen må man vurdere samtidig isolasjon, spenning, varmespredning og mange andre elektromagnetiske faktorer. For å realisere den høye påliteligheten, stabiliteten og konsistensen til IGBT-modulprodukter trenger også lang tids bransjeerfaring.
Markedsbarrierer: IGBT er kjernen i nedstrøms applikasjonsprodukter, IGBT-produktytelse, pålitelighet og stabilitet har en direkte innvirkning på ytelsen til nedstrømsprodukter. Som et resultat har kunder lange verifikasjonstestsykluser og høye erstatningskostnader ved import av IGBT-er. Derfor er kundene vanligvis mer konservative og forsiktige i valget av IGBT, og når de først er valgt til å gjøre endringer og erstatning av testamentet, er de ikke sterke.
Mønster: IGBT høye barrierer for dannelsen av et lite antall utenlandske monopolmønster
Det globale IGBT-markedet er for tiden monopolisert av tyske, japanske og amerikanske selskaper. På grunn av den høye inngangsterskelen for IGBT-industrien, og utenlandske produsenter av virksomheten startet tidlig, er first-mover-fordel åpenbar (Infineons første-generasjons IGBT-produkter ble født i 1988), så dannelsen av det nåværende IGBT-markedsmonopolet av tyske, japanske og amerikanske selskaper i situasjonen, den nåværende globale IGBT-leverandøren, henholdsvis fem Mitsubishi, Fuji Electric, ON Semiconductor og Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC). Og Infineon, Mitsubishi, Fuji Electric og ON Semiconductor er IDM-modus, vertikal integrasjon av hele industrikjeden av oppstrøms, nedstrøms, og etablerte en sterk vollgrav.
Endringer i mønsteret: innenlandsk fremgang + forsyningskjedesikkerhet for å fremme akselerasjon av girskifte for innenlandsk substitusjon
Iboende årsaker til akselerasjonen av innenlandsk substitusjon: (1) IGBT som en krafthalvlederperiode, dens teknologiske iterasjon er langsommere, syklusen er lengre, bruken av en generasjon av produkter i svært lang tid, mer enn et tiår; og kunder er hovedsakelig ute etter stabiliteten og påliteligheten til IGBT-produktene, jakten på nye teknologier er ikke høy (Infineon ble lansert i 2007, fjerde generasjon av IGBT-brikken er fortsatt dagens industris hovedprodukter). ). Derfor, selv om de innenlandske IGBT-produsentene startet sent, men industrien har forlatt de lokale IGBT-produsentene nok tid til å utvikle og ta igjen, de nåværende innenlandske IGBT-produsentene raskere teknologisk fremgang, er det allerede produkter for å møte behovene til nedstrømskunder i store mengder. (2) Lokale IGBT-selskaper har bedre service, kan raskt svare på behovene til nedstrømskunder, og prisen på produktet har en viss fordel i forhold til utenlandske investorer, noe som bidrar til at nedstrømskunder kan redusere kostnadene.
4. Silisiumkarbid - tredje-generasjons halvlederkraftenheter lovende
Silisiumkarbidmateriale har overlegen ytelse
Vanlige halvledermaterialer, inkludert silisium, germanium og andre elementære halvledere, samt galliumarsenid, silisiumkarbid, galliumnitrid og andre sammensatte halvledermaterialer, i henhold til forskning og storskala bruk av tid suksessivt, er industrien vanligvis halvledermaterialer delt inn i tre generasjoner:
Den første generasjonen av halvledermaterialer: silisium og germanium som representant, den typiske applikasjonen er integrerte kretser. Silisium halvledermaterialer er for tiden den største produksjonen, de mest brukte halvledermaterialene.
Den andre generasjonen av halvledermaterialer: galliumarsenid som representant. Galliumarsenid-elektronmobilitet er mer enn 6 ganger større enn silisium, og enhetene har høy-frekvens og høy-optoelektronisk ytelse, så de er mye brukt innen optoelektronikk og mikroelektronikk.
Den tredje generasjonen av halvledermaterialer: representert av silisiumkarbid og galliumnitrid. Sammenlignet med de to første generasjonene av halvledermaterialer, har silisiumkarbid en stor forbudt båndbredde, høy nedbrytningsfeltstyrke, høy varmeledningsevne, høy elektronmetningshastighet og sterk strålingsmotstand osv. Det er egnet for høy-spenning, høy-frekvens og høy-temperaturscenarier, og er spesielt egnet for produksjon av scenarier høy-halvlederenheter innen kraftelektronikk.
Silisiumkarbidenheter overgår også silisium-baserte enheter
Silisiumkarbidkraftenheter basert på silisiumkarbid har overlegen elektrisk ytelse på grunn av materialets utmerkede egenskaper:
Høy-spenningsmotstand:Nedbrytningsfeltstyrken til silisiumkarbidmaterialer er ti ganger den for konvensjonelle silisium-baserte materialer, så høyspenningsmotstanden til silisiumkarbidkraftenheter er betydelig sterkere enn for silisium-baserte kraftenheter med samme spesifikasjon;
Høy temperatur motstand:på den ene siden er den termiske ledningsevnen til silisiumkarbid mer enn tre ganger den for silisiummateriale, så den har bedre varmeavledningsevne og opprettholder lavere temperatur under samme strømforhold, og reduserer dermed kravene til enhetens varmeavledningsdesign, noe som bidrar til å forbedre graden av integrering og få enheten til å utvikle seg i retning av miniatyrisering. På den annen side er den forbudte båndbredden til silisiumkarbid mer enn tre ganger så stor som for silisium, og jo bredere den forbudte båndbredden er, desto høyere er den begrensende driftstemperaturen til enheten (halvlederenheten vil generere bærer iboende eksitasjonsfenomen ved høye temperaturer, noe som vil resultere i svikt i enheten), derfor kan den begrensende driftstemperaturen for enheten nå mer enn kraften 60. , sammenlignet med dagens silisium-baserte IGBT-er som vanligvis opererer ved 175 grader .
Lavt tap:Silisiumkarbidmetningselektrondrifthastigheten er mer enn dobbelt så stor som for silisium, så silisiumkarbidenheter har lavere-motstand og lavt-tap; det er ingen strømmotstand i silisiumkarbidenheter, og brytertapet er også lavere enn for silisium-baserte enheter, og høyere byttefrekvens kan også realiseres.
Silisiumkarbidindustrien vil innlede rask utvikling
Drevet av bruken av nye energikjøretøyer, vil markedet for silisiumkarbidenheter vokse raskt. Ifølge Yoles prognose, drar nytte av silisiumkarbid i nye energikjøretøyer, industri- og energi- og andre områder med etterspørselsvekst, vil det globale markedet for silisiumkarbidenheter vokse fra 1 milliard amerikanske dollar i 2021 til mer enn 6 milliarder amerikanske dollar i 2027, sammensatt vekstrate vil være så høy som 34%; hvorav markedet for silisiumkarbidenheter for biler vil vokse fra 685 millioner amerikanske dollar i 2021 til 5 milliarder amerikanske dollar i 2027, sammensatt vekstrate på opptil 40%. Markedet for silisiumkarbidenheter for biler vil vokse fra 685 millioner dollar i 2021 til rundt 5 milliarder dollar i 2027, med en sammensatt veksthastighet på opptil 40 %, og markedsstørrelsen på silisiumkarbidenheter for biler vil utgjøre rundt 80 % av den totale markedsstørrelsen for silisiumkarbidenheter innen 2027.