الأفكار الأساسية:

من المتوقع أن تشهد أشباه الموصلات الكهربائية طفرة كبيرة في عام 2021. ففي عام 2018، وبسبب النمو السريع للطلب على السيارات الكهربائية والطلب على الرقائق الأخرى التي تشغل طاقة إنتاج 8 بوصات، عانت أشباه الموصلات الكهربائية من نقص في المعروض وارتفاع في الأسعار. وفي عام 2019، تأثرت بانخفاض مبيعات الهواتف الذكية والسيارات التقليدية، بينما شهد قطاع السيارات الكهربائية نموًا مطردًا. أما في عام 2020، فقد تأثر الطلب على أشباه الموصلات الكهربائية بالوباء، حيث لم يكن جيدًا في النصف الأول من العام، ولكنه ازداد بشكل ملحوظ بعد الربع الثالث، مدفوعًا بإمدادات الطاقة لتقنية الجيل الخامس، والهواتف الذكية، والصناعة، والسيارات الكهربائية، ومعدات إنترنت الأشياء. وقد أثر الوباء في الخارج على طاقة الإنتاج لدى الشركات المصنعة الأجنبية، مما أدى إلى نقص في بعض المنتجات وارتفاع في الأسعار. وبناءً على ذلك، نتوقع أن تشهد أشباه الموصلات الكهربائية طفرة كبيرة في عام 2021، مدفوعةً بتعدد مصادر الطلب.

منظور الصناعة

في عام 2021، سيساهم نمو الطلب وارتفاع الأسعار واستبدال المنتجات المحلية في توفير فرص نمو جيدة لأشباه موصلات الطاقة. فقد تأثرت هذه المنتجات عالميًا بجائحة كورونا، ما أدى إلى انخفاض الطلب عليها في عام 2020. وتتوقع شركة QYResearch انخفاضًا سنويًا بنسبة 9.1% في عام 2020، بينما من المتوقع أن ينمو الطلب بنسبة 8.1% سنويًا في عام 2021، مدفوعًا بالطلب على هواتف الجيل الخامس والمركبات الكهربائية وإنترنت الأشياء. وفي الربع الأخير من عام 2020، تم تمديد فترة تسليم منتجات أشباه موصلات الطاقة من ON Semiconductor، بما في ذلك منتجات Infineon وSTMicroelectronics وDiodes. وكان اتجاه ارتفاع أسعار بعض منتجات MOSFET واضحًا، لا سيما منتجات Infineon. كما شهدت العلامات التجارية المحلية نقصًا في المعروض وارتفاعًا في الأسعار، حيث ارتفعت أسعار MOSFET عمومًا بنسبة تتراوح بين 10% و20%. وفي عام 2019، أصبحت الصين أكبر سوق لأشباه موصلات الطاقة في العالم، حيث تستحوذ على 35.9% من السوق العالمية. مع ذلك، لا يزال معدل الاكتفاء الذاتي منخفضًا. فعلى سبيل المثال، بلغ معدل الاكتفاء الذاتي لتقنية IGBT في عام 2019 نسبة 16.3% فقط. ونعتقد أن عام 2021 سيشهد نموًا ملحوظًا في قطاع أشباه الموصلات الكهربائية مدفوعًا بنمو الطلب وارتفاع الأسعار واستبدال المنتجات المحلية، ما سيعود بالنفع على سلسلة التوريد بأكملها.

تشهد مركبات الطاقة الجديدة ازدهارًا ملحوظًا، ويتزايد الطلب على ترانزستورات IGBT بسرعة. وتدخل هذه المركبات مرحلة نمو متسارع. ففي نوفمبر 2020، بلغ إنتاج ومبيعات مركبات الطاقة الجديدة 198,000 ألفًا و200,000 ألف مركبة على التوالي، مسجلةً بذلك زيادة سنوية قدرها 75.1% و104.9% على التوالي. وتشير التوقعات إلى أن يصل العدد العالمي لمركبات الطاقة الجديدة إلى 11 مليون مركبة بحلول عام 2025، تستحوذ الصين على 50% منها. وتتطلب مركبات الطاقة الجديدة كميات كبيرة من أشباه الموصلات الكهربائية. فعلى سبيل المثال، تتطلب المركبة الهجينة الخفيفة بجهد 48 فولت زيادة في التكلفة تتجاوز 90 دولارًا أمريكيًا، بينما تتطلب المركبة الكهربائية أو الهجينة زيادة تتجاوز 330 دولارًا أمريكيًا. ومن المتوقع أن يصل معدل النمو السنوي المركب لوحدات IGBT المستخدمة في السيارات إلى 23.5% خلال الفترة من 2018 إلى 2023. وتُعد صناعة أشباه الموصلات الكهربائية للسيارات سوقًا تنافسيًا للغاية، حيث تتمتع الشركات المصنعة الأوروبية والأمريكية بميزة تنافسية كبيرة. في عام 2019، كانت شركة إنفينون أكبر شركة في العالم بحصة سوقية بلغت 25.5%، تلتها شركة إس تي ميكروإلكترونيكس بحصة سوقية بلغت 13.9%. وشكّلت الشركات الخمس الأولى مجتمعةً 62.1% من إجمالي السوق، مما يشير إلى درجة عالية من التركيز. ورغم ضعف قاعدة الشركات الصينية في مجال أشباه موصلات الطاقة للسيارات، إلا أن السيارات الكهربائية في الصين شهدت نموًا سريعًا في السنوات الأخيرة، مما ساهم في ازدهار صناعة ترانزستورات IGBT. وتصدّرت إنفينون سوق ترانزستورات IGBT لسيارات الطاقة الجديدة في الصين عام 2019 بحصة بلغت 49.3%، تلتها شركة بي واي دي، التي تُورّد منتجاتها الخاصة بشكل رئيسي، بحصة بلغت 20%، ثم شركة ستار سيميكوندكتور في المركز الثالث بحصة سوقية بلغت 16.6% وحققت نموًا سريعًا.

تتميز أشباه الموصلات من الجيل الثالث بأداء ممتاز، ويتزايد الطلب عليها. يُستخدم كربيد السيليكون (SiC) بشكل رئيسي في الأجهزة المنزلية، والطاقة المتجددة (السيارات الكهربائية، وطاقة الرياح، والخلايا الكهروضوئية)، والتطبيقات الصناعية. ومن المتوقع أن يتجاوز حجم سوق أجهزة طاقة كربيد السيليكون 10 مليارات دولار أمريكي بحلول عام 2027. وفيما يتعلق بتطبيقات السيارات، تتفوق ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون بشكل واضح من حيث الأداء، حيث تُقلل الفاقد وتُصغر حجم ووزن الوحدة. وكانت سيارة موديل 3 أول سيارة تستخدم ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون، مما مهد الطريق لاستخدامه في السيارات الكهربائية. وفي عام 2020، استخدمت شركة BYD Han أيضًا وحدات كربيد السيليكون، مما حسّن بشكل فعال من أداء التسارع والطاقة والمتانة. كما زُودت سيارة تويوتا ميراي التي تعمل بخلايا الوقود بكربيد السيليكون، مما قلل حجم وحدة الطاقة بنسبة 30% وخفض الفاقد بنسبة 70%. ونعتقد أنه مع انخفاض التكاليف والنضوج التدريجي للتكنولوجيا، يتمتع كربيد السيليكون بفرص تطبيق واسعة في مجال السيارات الكهربائية.

الشركات الرئيسية: ستار سيميكوندكتور، هوا هونغ سيميكوندكتور، تشاينا ريسورسز مايكرو، سيلان مايكرو، ونيو كلين إنرجي.

تحذير من المخاطر: لم يلبِ تطوير السيارات الكهربائية التوقعات، ولم تلبِ مبيعات الهواتف الذكية التوقعات، وكان تقدم تقنية الجيل الخامس أقل من المتوقع.

1. نطاق واسع من التطبيقات وتطور مطرد لصناعة أشباه الموصلات الكهربائية

1.1 من المتوقع أن يبلغ متوسط ​​معدل النمو السنوي لأشباه موصلات الطاقة العالمية 4.3% خلال الفترة من 2019 إلى 2025

تُستخدم أشباه الموصلات الكهربائية على نطاق واسع في مختلف المنتجات الإلكترونية. بلغ حجم سوق أشباه الموصلات الكهربائية 17.5 مليار دولار أمريكي في عام 2019. وتتوقع شركة Yole أن يصل حجم السوق إلى 22.5 مليار دولار أمريكي في عام 2025، وأن يبلغ متوسط ​​معدل النمو السنوي 4.3% خلال الفترة من 2019 إلى 2025.

بلغ متوسط ​​معدل النمو السنوي الإجمالي لوحدات IGBT من عام 2019 إلى عام 2025 نسبة 18%. وبفضل التطور السريع لقطاعات الطاقة الجديدة (المركبات الكهربائية، وطاقة الرياح، والطاقة الشمسية الكهروضوئية) وقطاعات التحكم الصناعي، من المتوقع أن يصل إجمالي قيمة وحدات IGBT إلى 5.4 مليار دولار أمريكي في عام 2025، ما يمثل 24% من إجمالي سوق أشباه الموصلات المستخدمة في الطاقة.

يمثل قطاع السيارات النسبة الأكبر، يليه قطاع المحركات. في عام 2019، بلغت قيمة سوق أشباه الموصلات المستخدمة في قطاع السيارات (بما في ذلك السيارات الكهربائية والهجينة ووحدات MOSFET المصنوعة من السيليكون) 1.5 مليار دولار أمريكي، وقطاع محركات القيادة (وحدات IGBT) 1.4 مليار دولار أمريكي، وقطاع الهواتف الذكية والأجهزة اللاسلكية (وحدات MOSFET المصنوعة من السيليكون) 1.3 مليار دولار أمريكي، وقطاع تكنولوجيا الحوسبة والتخزين (وحدات MOSFET المصنوعة من السيليكون) 1.2 مليار دولار أمريكي، وقطاع الصناعة (وحدات MOSFET المصنوعة من السيليكون) 1.1 مليار دولار أمريكي، وقطاع السيارات الكهربائية والهجينة (وحدات IGBT) 600 مليون دولار أمريكي (بينما بلغت قيمة القطاعات الأخرى 10.4 مليار دولار أمريكي). وبالنظر إلى نسبة مكونات سوق أشباه الموصلات المستخدمة في الطاقة، نجد أن وحدات MOSFET المصنوعة من السيليكون تستحوذ على 45%. وتُعد وحدات IGBT مكونًا رئيسيًا آخر، حيث بلغ حجم سوقها 3.7 مليار دولار أمريكي في عام 2019. وقد حظيت تطبيقاتها في الصناعة، ومحولات استعادة الطاقة، والسيارات الكهربائية والهجينة باهتمام كبير (خاصةً السيارات الكهربائية والهجينة باعتبارها أحدث التطبيقات). اتجاه).

يشهد سوق ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) نموًا سريعًا في قطاع السيارات. فبسبب الطلب المتزايد من شركات تصنيع السيارات مثل تسلا في الولايات المتحدة وبي واي دي في الصين، تحل وحدات السيليكون تدريجيًا محل وحدات IGBT كعاكس رئيسي. ومن المتوقع أن ينمو سوق ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون أيضًا نتيجة لنمو سوق السيارات الكهربائية والهجينة. وستتنافس ترانزستورات كربيد السيليكون المنفصلة مع ترانزستورات MOSFET في المستقبل كأنظمة شحن فعالة مدمجة في السيارات.

1.2 يحتل سوق أشباه الموصلات الكهربائية في الصين المرتبة الأولى عالميًا، وتتطور الشركات المحلية الرائدة فيه بسرعة.

في عام 2019، استحوذ سوق أشباه الموصلات الكهربائية في الصين على 35.9% من السوق العالمية: الصين هي أكبر مستهلك لأجهزة الطاقة في العالم، وتحتل المنتجات الرئيسية في قطاع أجهزة الطاقة المرتبة الأولى في حصة السوق الصينية.

لا تزال الحصة السوقية العالمية للشركات المحلية الرائدة منخفضة للغاية، وهناك فجوة واضحة بينها وبين الشركات العالمية العملاقة. فعلى غرار صناعة أشباه الموصلات ككل، تختلف المبيعات السنوية للشركات المحلية الرائدة في مجال أجهزة الطاقة (مثل China Resources Micro وStar Semiconductor وNew Clean Energy وYangjie Technology وChina Microelectronics وSilan Micro وغيرها) اختلافًا كبيرًا عن مبيعات الشركات العالمية العملاقة، مقارنةً بمصنعي أجهزة الطاقة الدوليين في الخارج. كما أن هيكل منتجاتها منخفض التكلفة، مما يشير إلى وجود تباين كبير بين حجم سوق أجهزة الطاقة في الصين ومعدل استقلاليتها، ووجود مجال واسع للاستبدال المحلي. في الوقت الراهن، تشهد صناعة أشباه موصلات الطاقة في الصين نموًا سريعًا. فقد استحوذت شركة Wingtech Technology على شركة Nexperia، وتم إدراج عدد من شركات أشباه موصلات الطاقة، مثل Star Semiconductor وChina Resources Micro وNew Clean Energy، تباعًا، وهي تشهد نموًا متزايدًا.

2. مدفوعة بالطلب، ستشهد أشباه الموصلات الكهربائية دورة ازدهار عالية في عام 2021

2.1 تم تمديد وقت التسليم لدى كبرى الشركات المصنعة لأشباه الموصلات الكهربائية العالمية

في الربع الأخير من عام 2020، شهدت فترة تسليم منتجات شركة إنفينون من ترانزستورات MOSFET وIGBT وغيرها من المنتجات تمديدًا عامًا، حيث وصلت أطول فترة تسليم إلى 30 أسبوعًا. وشهدت أسعار ترانزستورات MOSFET منخفضة وعالية الجهد، بالإضافة إلى ترانزستورات الطيران العسكرية، ارتفاعًا ملحوظًا. في المقابل، أظهرت فترات تسليم منتجات أشباه الموصلات الكهربائية من شركة STMicroelectronics اتجاهًا عامًا نحو التمديد، بينما ظلت الأسعار مستقرة.

في الربع الأخير من عام 2020، تم تمديد فترة تسليم منتجات MOSFET والترانزستورات من شركة Diodes، حيث وصلت أطول دورة تسليم إلى 20 أسبوعًا، وشهدت أسعار MOSFETs ذات الجهد المنخفض اتجاهًا تصاعديًا. كما تم تمديد فترة تسليم منتجات سلسلة الطاقة من شركة ON Semiconductor، وشهدت أسعار منتجات MOSFETs ذات الجهد العالي والمنخفض اتجاهًا تصاعديًا.

2.2 من الواضح أن اتجاه ارتفاع أسعار ترانزستورات MOSFET لأشباه الموصلات المستخدمة في الطاقة

تراوحت الزيادات في أسعار ترانزستورات MOSFET بين 10 و20%. ووفقًا لمعلومات أبحاث سلسلة التوريد، فقد نفدت مخزونات العلامات التجارية الأجنبية، وخاصةً شركة Infineon، خلال الفترة من نوفمبر إلى ديسمبر 2020. كما شهدت العلامات التجارية المحلية نقصًا في المعروض وارتفاعًا في الأسعار. وبشكل عام، ارتفعت أسعار ترانزستورات MOSFET في السوق بنسبة تتراوح بين 10 و20%.

تُعدّ الصين دولة ذات طلب كبير على ترانزستورات MOSFET، إلا أنها تعتمد بشكل كبير على الواردات. ووفقًا لبيانات IHS، بلغ حجم سوق ترانزستورات MOSFET العالمي 7.6 مليار دولار أمريكي في عام 2019، حيث استحوذ السوق المحلي على 39% منه. ومن منظور هيكل سوق ترانزستورات MOSFET، تستحوذ شركات Infineon وON Semiconductor وToshiba وST وRenesas مجتمعةً على 61% من حصة السوق المحلي. ويعاني كبار المصنّعين العالميين من نقص في الإمدادات ونقص حاد في المعروض.

ارتفع الطلب بشكل كبير، وتسبب نقص الطاقة الإنتاجية لرقائق السيليكون مقاس 8 بوصات في حدوث نقص في المعروض وارتفاع في الأسعار. وقد أدى التحول إلى السيارات الكهربائية إلى زيادة هائلة في الطلب على ترانزستورات MOSFET. كما أن الطلب على ترشيد استهلاك الطاقة وحماية البيئة في الأجهزة الإلكترونية الأخرى لم يساهم فقط في زيادة الطلب، بل أدى أيضًا إلى التحديث السريع لهيكل المنتج. وقد ساهم بدء عملية التسويق التجاري لتقنية الجيل الخامس (5G) في زيادة الطلب على ترانزستورات MOSFET بشكل كبير. ومن المتوقع أن ينمو الطلب بنسبة 20-30% هذا العام في مجالي تزويد الطاقة لمحطات الشحن وتزويد الطاقة لشبكات اتصالات الجيل الخامس. وقد بدأ الطلب المتراكم خلال النصف الأول من العام على أجهزة الكمبيوتر والأجهزة المنزلية والشحن السريع بالظهور تدريجيًا. أما من جانب العرض، فيعتمد سوق ترانزستورات MOSFET بشكل أساسي على مصانع رقائق السيليكون مقاس 8 بوصات و6 بوصات، حيث تمثل الرقائق مقاس 12 بوصة وما دونها أكثر من 80% من السوق. ووفقًا لمعلومات أبحاث سلسلة التوريد، فإن الطاقة الإنتاجية لرقائق السيليكون مقاس 8 بوصات في مصانع الرقائق الرئيسية تعمل بكامل طاقتها حاليًا. على سبيل المثال، تقترب معدلات استخدام الطاقة الإنتاجية لمصانع تصنيع الرقائق المحلية مقاس 8 بوصات مثل Huahong و China Resources Micro من طاقتها الإنتاجية الكاملة، وستظل طاقة مصنع تصنيع الرقائق مقاس 8 بوصات التابع لشركة UMC محملة بالكامل حتى النصف الثاني من عام 2021.

ستبدأ شركة Diodes (الولايات المتحدة وتايوان) برفع أسعار بعض منتجاتها اعتبارًا من 1 يناير 2021. وأوضحت الشركة في إشعارها لعملائها أن جائحة كوفيد-19 تُسبب لها تحدياتٍ نتيجة ارتفاع التكاليف وتأخر مواعيد التسليم من الموردين. وعليه، سترفع أسعار بعض منتجاتها ابتداءً من 1 يناير 2021.

ارتفعت أسعار منتجات Silan Micro SGT MOS بنسبة 20%. في 9 ديسمبر، صرّحت شركة Hangzhou Silan Microelectronics بأنه نظرًا لارتفاع أسعار رقائق MOS ومواد التغليف، فضلًا عن تأثير الطاقة الإنتاجية، فإن تكلفة منتجات الشركة ذات الصلة في ازدياد مستمر. ولضمان استمرار توريد المنتجات والحفاظ على علاقات تجارية جيدة، قامت الشركة بدراسة متأنية وقررت زيادة أسعار منتجات SGT MOS بنسبة 20% اعتبارًا من 9 ديسمبر 2020.

سترفع شركة شينجي للطاقة أسعار بعض منتجاتها ابتداءً من 1 يناير 2021. وفي 21 ديسمبر 2020، أصدرت شركة ووشي للطاقة النظيفة الجديدة إشعارًا بتعديل الأسعار لعملائها. وأوضح الإشعار أن ارتفاع تكاليف المواد الخام والتعبئة والتغليف، ومحدودية الطاقة الإنتاجية، وطول دورات الإنتاج، قد أدى إلى زيادة كبيرة في تكاليف المنتجات، ما يجعل السعر الأصلي غير كافٍ لتلبية احتياجات العرض.

من المتوقع أن تشهد أشباه الموصلات الكهربائية طفرة كبيرة في عام 2021. ففي عام 2018، وبسبب النمو السريع في الطلب على السيارات الكهربائية وغيرها من الرقائق التي تشغل طاقة إنتاج شاشات 8 بوصات، عانت أشباه الموصلات الكهربائية من نقص في المعروض وارتفاع في الأسعار. وفي عام 2019، تأثرت بانخفاض مبيعات الهواتف الذكية والسيارات التقليدية، بينما شهد قطاع السيارات الكهربائية نموًا مطردًا، ما أدى إلى استقرار أداء هذه الأشباه. أما في عام 2020، فقد تأثر الطلب على أشباه الموصلات الكهربائية بالوباء، حيث لم يكن جيدًا في النصف الأول من العام، ولكنه ازداد بشكل ملحوظ بعد الربع الثالث، مدفوعًا بتقنيات الجيل الخامس، والهواتف الذكية، والشحن السريع، والصناعة، والسيارات الكهربائية، ومعدات إنترنت الأشياء، وغيرها، ما أدى إلى نقص في المعروض وارتفاع في الأسعار في بعض المنتجات. وعليه، نتوقع أن تشهد أشباه الموصلات الكهربائية طفرة كبيرة في عام 2021.

3. الطلب القوي على السيارات الكهربائية، مدفوعًا بالطلب في مجالات متعددة، بالإضافة إلى إمكانية استبدالها محليًا، يتمتع ترانزستور IGBT بمستقبل واعد.

3.1 IGBT - جوهرة تاج أجهزة الطاقة، ووحدات المعالجة المركزية في أجهزة وأنظمة إلكترونيات الطاقة

يُعدّ IGBT جهازًا متكاملًا لأشباه الموصلات ذات مبدأ عمل معقد. من الناحية الهيكلية، يدمج IGBT جميع البنى الأساسية لأجهزة أشباه الموصلات تقريبًا، مثل الثنائيات، وBJTs، وJFETs، وMOSFETs، وSCRs. تؤدي التغييرات في المعايير الهيكلية لـ IGBT إلى تغييرات مقابلة في أدائه. من حيث تقنية التصنيع، يستخدم IGBT تقنية الدوائر المتكاملة MOS لتكامل الطاقة على مساحة واسعة. يُظهر التصميم انخفاضًا في حجم الخلية الأساسية. وكلما زاد عدد الخلايا المتكاملة بالتوازي، انخفض انخفاض جهد التشغيل (فقد التوصيل) تدريجيًا.

تم ابتكار تقنية IGBT منذ أكثر من 30 عامًا، وقد مرت بستة أجيال من التحسينات التقنية والتصنيعية. من الناحية الهيكلية، يمكن تقسيم IGBT إلى بنية رأسية، وبنية بوابة IGBT، وتقنية معالجة رقائق السيليكون. ويتمثل الاتجاه الرئيسي للتطوير في تقليل الفاقد.

يُعدّ ترانزستور IGBT مناسبًا للتطبيقات ذات الجهد العالي: فهو جهاز شبه موصل مُركّب من ترانزستور ثنائي القطبية (BJT) وترانزستور MOSFET. يتميز IGBT بمزايا ترانزستور MOSFET، فهو لا يقتصر على سرعة التبديل العالية، ومقاومة الدخل العالية، واستهلاك الطاقة المنخفض، ودائرة القيادة البسيطة، وفقدان التبديل المنخفض، بل يتميز أيضًا بمزايا ترانزستور BJT، مثل انخفاض جهد التشغيل، وارتفاع تيار التشغيل، وانخفاض الفقد. يتفوق IGBT على أجهزة الطاقة الأخرى من حيث الجهد العالي، والتيار العالي، والسرعة العالية. لذلك، يُعدّ جهاز تبديل مثاليًا في مجال إلكترونيات الطاقة، ويمثل الاتجاه الرئيسي لتطوير التطبيقات في المستقبل. يُعدّ استقرار IGBT أقل بقليل من استقرار MOSFET، ولكنه أقوى من استقرار BJT. ومع ذلك، يُمكن رفع جهد تحمل IGBT بسهولة أكبر من جهد تحمل MOSFET، كما أنه أقل عرضة للتلف بسبب الانهيار الثانوي، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات الجهد العالي.

تُستخدم وحدات IGBT، باعتبارها جهازًا أساسيًا في مجال التحكم الصناعي والأتمتة، على نطاق واسع في العديد من المجالات، مثل ترشيد استهلاك الطاقة في المحركات، والنقل بالسكك الحديدية، والشبكات الذكية، والفضاء، والأجهزة المنزلية، وإلكترونيات السيارات، وتوليد الطاقة المتجددة، ومركبات الطاقة المتجددة، وغيرها. ومع تطور مركبات الطاقة المتجددة وشيوع استخدام الأجهزة المنزلية ذات التردد المتغير، يشهد سوق IGBT نموًا متزايدًا. فهي لا تُحسّن مستوى الأتمتة ودقة التحكم في المعدات في التطبيقات الصناعية فحسب، بل تُحسّن أيضًا كفاءة استخدام الطاقة الكهربائية بشكل كبير، مع تقليل حجم المنتج ووزنه وتوفير المواد.

يتمتع ترانزستور IGBT بمزايا قوية عند جهد يزيد عن 600 فولت، ويمكن استخدامه حاليًا في تطبيقات الجهد العالي التي تصل إلى 6500 فولت. وفي مجال الجهد العالي، يُعد ترانزستور SiC MOSFET منافسًا لترانزستور IGBT، إلا أن تكلفته لا تزال مرتفعة.

مع التطور المستمر للتطبيقات، ظهرت متطلبات جديدة لرقائق ووحدات IGBT. يُشترط في هذه الرقائق تقليل المساحة وتحقيق سرعة تبديل عالية. كما يُشترط في وحدات IGBT تحمل جهد وتيار أعلى، مع انخفاض الفقدان وارتفاع الموثوقية.

تتطلب وحدات الطاقة المستخدمة في صناعة السيارات موثوقية تشغيل كهربائية أعلى، وعمرًا أطول، وتوفيرًا أفضل للطاقة، ومقاومة قوية للتداخل، ووزنًا خفيفًا، وحجمًا صغيرًا، وما إلى ذلك.

من أجل تلبية احتياجات التطبيقات المختلفة، تتطور تقنية تغليف وحدات الطاقة باستمرار، وتشمل بشكل أساسي التقنيات الجديدة لأجهزة السيليكون، وتقليل المقاومة الحرارية، وطرق لحام الرقائق الجديدة، وتبديد الحرارة على الوجهين، وتحسين التكامل، وما إلى ذلك.

3.2 تُعدّ مركبات الطاقة الجديدة المحرك الرئيسي لنمو وحدات IGBT

ازدادت قيمة أشباه الموصلات المستخدمة في الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة بشكل ملحوظ، حيث تستمد هذه الأجهزة قيمتها بشكل أساسي من أنظمة الطاقة الثلاثة في السيارات، والتي تشمل التحكم في الطاقة، والقيادة الكهربائية، وأنظمة البطاريات. في وحدة التحكم في الطاقة، تقوم وحدات IGBT أو SiC بتحويل التيار المستمر عالي الجهد إلى تيار متردد لتشغيل المحرك ثلاثي الأطوار. وفي محولات التيار المتردد/المستمر والتيار المستمر/المستمر الموجودة في شواحن السيارات، تُستخدم أنابيب IGBT أو SiC أو MOS أو SBD أحادية. أما في وحدات التحكم المساعدة عالية الجهد، مثل نظام التوجيه الكهربائي، ومضخات المياه، ومضخات الزيت، وPTC، وضاغطات تكييف الهواء، فتُستخدم أنابيب IGBT أحادية أو وحدات. وفي أنظمة بدء التشغيل والإيقاف ISG، تُستخدم أنابيب MOS أحادية في وحدات التحكم منخفضة الجهد، مثل ماسحات الزجاج الأمامي.

(1) نظام التحكم في سرعة المحرك الكهربائي: يوجد نوعان رئيسيان من أجهزة الطاقة في نظام التحكم في سرعة محرك المركبات الكهربائية الجديدة: مُقطِّعات التيار المستمر (DC) ومُحولات التيار المتردد (AC). (1) المُقطِّع: يُستخدم المُقطِّع بشكل عام في أنظمة التحكم في سرعة محركات التيار المستمر. تتميز دائرة الطاقة فيه بالبساطة النسبية والكفاءة العالية. مع تطور أجهزة الطاقة، يمكن أن يصل تردد المُقطِّع إلى عدة آلاف من الهرتز، مما يجعله مناسبًا جدًا لتنظيم سرعة جر التيار المستمر. تعمل المركبات الكهربائية الجديدة بمحركات التيار المستمر، سواء كانت محركات توالي أو محركات إثارة منفصلة، ​​حيث يُستخدم المُقطِّع كمُحوِّل للطاقة. تعتمد أجهزة الطاقة في المُقطِّعات في الغالب على ترانزستورات MOSFET وBJT. (2) في وضع تحويل التيار المستمر/المستمر (DC/DC) للمُحول، توجد طريقتان رئيسيتان: مُقطِّع التيار المستمر مع مُحول التيار، ومُحول التيار المستمر/المتردد (DC/DA). نظرًا لانخفاض جهد إمداد الطاقة في المركبات الكهربائية الجديدة، فإن استخدام الطريقة الأولى سيؤدي إلى زيادة عدد وصلات نقل الطاقة، مما يُقلل من كفاءة النظام ككل. يتميز استخدام محول الجهد بتقنية تعديل عرض النبضة (PWM) ببساطة الدائرة، وقلة عدد الوصلات، والكفاءة العالية. بالإضافة إلى ذلك، ظهرت محولات وصلة التيار المستمر الرنانة ومحولات وصلة التيار المتردد الرنانة عالية التردد. وبفضل استخدام تقنية التبديل عند جهد أو تيار صفري، يتمتع المحول الرنان بمزايا انخفاض فقد التبديل، وانخفاض التداخل الكهرومغناطيسي، وانخفاض مستوى الضوضاء، وكثافة الطاقة العالية، والموثوقية العالية.

(2) محول الطاقة: يُعد جهاز الطاقة المكون الرئيسي لمحول الطاقة في مركبات الطاقة الجديدة. تشمل أجهزة الطاقة الشائعة الاستخدام حاليًا: ترانزستورات ثنائية القطبية (BJT)، وترانزستورات MOSFET، وترانزستورات IGBT، وترانزستورات SITSITH، وترانزستورات MCT. تتميز ترانزستورات CTO وMCT بسرعة تبديل عالية، وقدرة عالية على نقل الطاقة، وخصائص ديناميكية فائقة، وموثوقية عالية، مما يجعلها مناسبة جدًا لتشغيل المركبات الكهربائية. في الوقت نفسه، تؤثر أجهزة الطاقة على بنية محول الطاقة. تُستخدم محولات التيار المستمر إلى التيار المستمر (DC-DC) ومحولات التيار المستمر إلى التيار المتردد (DC-AC) في محركات التيار المستمر ومحركات التيار المتردد على التوالي.

(3) جهاز الشحن المدمج: يُعدّ تطوير أجهزة الشحن المدمجة شرطًا أساسيًا لتطوير مركبات الطاقة الجديدة، إذ يُمكنها تزويد بطارية كل مركبة كهربائية بالطاقة من شبكة التيار المتردد بكفاءة. وتتمثل وظيفة الشاحن في تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر، وهو ما يتطلب استخدام أجهزة طاقة مثل ترانزستورات IGBT. وقد فرضت مركبات الطاقة الجديدة متطلبات جديدة على هذه الأجهزة، فهي لا تقتصر على الشحن ثنائي المراحل بتيار وجهد ثابتين فحسب، بل تتطلب أيضًا كفاءة عالية، وخفة وزن، ووظائف حماية متعددة مثل الفحص الذاتي والشحن التلقائي، والقدرة على برمجة منحنى وقت الشحن، ومراقبة درجة حرارة البطارية، وعدم تلويث شبكة الكهرباء.

(4) محطات الشحن: تُعدّ محطات الشحن في بلادنا منشأة أساسية لا غنى عنها لدعم مركبات الطاقة الجديدة، وهي تشهد نموًا سريعًا في مرحلة الإنشاء، ما يُبشّر بآفاق سوقية واسعة. وتشير إحصائيات شركة إنفينون إلى أن محطة شحن بقدرة 100 كيلوواط تتطلب جهاز طاقة بقيمة تتراوح بين 200 و300 دولار أمريكي، وتُعتبر وحدة IGBT المكون الرئيسي فيها.

تتطلب المركبات الكهربائية المختلفة كميات متفاوتة من أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية. ومع ازدياد عدد المركبات الكهربائية بالكامل، ستشهد أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية المستخدمة في صناعة السيارات ارتفاعًا في كل من حجم الطلب وسعره.

وفقًا لبيانات شركة Infineon، في عام 2020، ستحتاج المركبات الهجينة الخفيفة ذات 48 فولت إلى إضافة 90 دولارًا من أشباه الموصلات الكهربائية، وستحتاج المركبات الكهربائية أو الهجينة إلى إضافة 330 دولارًا من أشباه الموصلات الكهربائية.

في عام 2019، بلغ العدد العالمي للسيارات الكهربائية 2.21 مليون سيارة، بزيادة سنوية قدرها 10٪، وبلغت مبيعات سيارات الطاقة الجديدة في الصين 1.206 مليون سيارة، بانخفاض سنوي قدره 4.0٪.

في نوفمبر 2020، بلغ إنتاج ومبيعات مركبات الطاقة الجديدة 198,000 ألفًا و200,000 ألف مركبة على التوالي، بزيادة سنوية قدرها 75.1% و104.9% على التوالي. وخلال الفترة من يناير إلى نوفمبر 2020، بلغ إنتاج ومبيعات مركبات الطاقة الجديدة 1.119 مليون و1.109 مليون مركبة على التوالي، حيث انخفض الإنتاج بنسبة 0.1% على أساس سنوي، بينما ارتفعت المبيعات بنسبة 3.9% على أساس سنوي.

تتوقع بلومبيرغ إن إي إف أن يصل عدد سيارات الطاقة الجديدة عالميًا إلى 11 مليون سيارة في عام 2025، تستحوذ الصين على 50% منها. ومن المتوقع أن يصل هذا العدد إلى 28 مليون سيارة في عام 2030، ثم إلى 56 مليون سيارة في عام 2040. وبحلول ذلك الوقت، ستشكل مبيعات السيارات الكهربائية 57% من إجمالي مبيعات السيارات الجديدة.

تُعدّ أشباه موصلات الطاقة للسيارات سوقًا شديدة التنافسية، حيث تتمتع الشركات المصنعة الأوروبية والأمريكية بميزة تنافسية كبيرة. في عام 2019، بلغ حجم سوق أشباه موصلات السيارات العالمي 37.2 مليار دولار أمريكي. تصدّرت شركة إنفينون القائمة بحصة سوقية بلغت 13.4%، بينما بلغت حصة أكبر خمس شركات مجتمعة 49.1%. تُعتبر إنفينون أكبر شركة في العالم في مجال أشباه موصلات الطاقة للسيارات، بحصة سوقية تبلغ 25.5%. تليها شركة إس تي ميكروإلكترونيكس بحصة سوقية تبلغ 13.9%. وتستحوذ أكبر خمس شركات مجتمعة على 62.1% من السوق، مما يدل على درجة عالية من التركيز.

تشهد شركة ستار سيميكونداكتور نموًا سريعًا. في حين أن صناعة السيارات الصينية تعاني من ضعف البنية التحتية وبطء التطور في مجال أشباه الموصلات المستخدمة في السيارات. مع ذلك، شهدت السيارات الكهربائية في الصين نموًا متسارعًا في السنوات الأخيرة، مما ساهم بدوره في دفع عجلة نمو صناعة أشباه الموصلات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBT). ووفقًا لبيانات شركة زوس لأبحاث السيارات، احتلت شركة إنفينون المرتبة الأولى في سوق أشباه الموصلات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBT) لسيارات الطاقة الجديدة في الصين عام 2019، بحصة سوقية بلغت 49.3%، تلتها شركة بي واي دي، التي تعتمد بشكل أساسي على منتجاتها الخاصة، بحصة سوقية بلغت 20%، بينما احتلت شركة ستار سيميكونداكتور المرتبة الثالثة بحصة سوقية بلغت 16.6%.

3.3 تساهم مجالات التحكم الصناعي والطاقة الجديدة وتحويل تردد الأجهزة المنزلية وغيرها في النمو المستقر لتقنية IGBT

تُستخدم أجهزة أشباه الموصلات الخاصة بالطاقة بشكل متزايد في صناعة إدارة الطاقة. وفي المستقبل، ستكون مجالات التحكم الصناعي، والطاقة الجديدة، والأجهزة المنزلية ذات التردد المتغير، ومراكز البيانات، وشبكات الجيل الخامس، وإنترنت الأشياء، وغيرها من المجالات، هي القطاعات الأساسية للنمو السريع لأجهزة أشباه الموصلات الخاصة بالطاقة، وسيستمر الطلب على ترانزستورات IGBT في الازدياد.

3.3.1 يُعد التحكم الصناعي أكبر مجال لتطبيقات IGBT، مع نمو مطرد في الطلب.

تُعدّ وحدات IGBT مكونات أساسية في صناعات التحكم الصناعي التقليدية وإمدادات الطاقة، مثل محولات التردد وآلات اللحام العاكسة، وقد شاع استخدامها في هذا المجال. ومع تعافي أسواق صناعات التحكم الصناعي وإمدادات الطاقة تدريجيًا، يُتوقع أن يتوسع حجم سوق وحدات IGBT في هذا المجال تدريجيًا أيضًا.

١) صناعة محولات التردد: لا تقتصر وظيفة وحدات IGBT على أداء دور الترانزستورات التقليدية في محولات التردد، بل تشمل أيضًا جزء التقويم. يتم عزل إشارة الموجة الجيبية المولدة بواسطة وحدة التحكم عن طريق الاقتران البصري، ثم تدخل إلى وحدة IGBT. تقوم وحدة IGBT بتحويل طاقة التيار المستمر المُقوَّمة 380 فولت (220 فولت) إلى طاقة تيار متردد لإخراجها مرة أخرى وفقًا لتغير الإشارة.

يشهد سوق صناعة محولات التردد في بلدي نموًا متزايدًا بشكل عام. وقد دخلت هذه المحولات مجال الطاقة المتجددة، ومن المتوقع أن تحافظ على نموها المطرد في قطاعات صناعية مثل التعدين والفحم والبتروكيماويات. ومع تزايد معدلات التوسع الحضري، سيستمر الطلب على محولات التردد في المرافق العامة، كالإدارة البلدية والنقل بالسكك الحديدية، في النمو، مما سيعزز توسع السوق. وفي السنوات القليلة المقبلة، سيواصل سوق محولات الجهد العالي ذات الكفاءة العالية ووظائف توفير الطاقة نموه مدفوعًا بالسياسات المتبعة. وبحلول عام 2023، سيصل حجم سوق محولات الجهد العالي إلى حوالي 17.5 مليار يوان.

٢) صناعة ماكينات اللحام العاكسة: يُعدّ مصدر طاقة اللحام القوسي العاكس، المعروف أيضًا باسم عاكس اللحام القوسي، نوعًا جديدًا من مصادر طاقة اللحام. يقوم هذا النوع من مصادر الطاقة بتحويل جهد التيار المتردد ثلاثي الأطوار (50 هرتز) إلى تيار مستمر من خلال التقويم والترشيح بواسطة مقوم الإدخال، ثم يحوله إلى جهد تيار متردد بتردد متوسط ​​يتراوح بين عدة آلاف وعشرات الآلاف من الهرتز من خلال عملية التبديل المتناوب لمكونات إلكترونية عالية الطاقة (IGBT). في الوقت نفسه، يتم تخفيض الجهد إلى عشرات الفولتات المناسبة للحام من خلال محول، ثم يُقوّم مرة أخرى ويُرشّح بواسطة مفاعلة لإخراج تيار لحام مستمر مستقر نسبيًا.

وفقًا لبيانات المكتب الوطني للإحصاء، بلغ إنتاج ماكينات اللحام الكهربائية في بلدي عام 2018 ما مقداره 8.533 مليون وحدة، بزيادة قدرها 584,600 وحدة مقارنة بعام 2017. وسيضمن استمرار ازدهار سوق ماكينات اللحام زيادة تدريجية في الطلب على ترانزستورات IGBT.

3.3.2 ينمو توليد الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح بسرعة، ويرحب IGBT بمحركات النمو الجديدة

بما أن الطاقة الكهربائية الناتجة عن توليد الطاقة المتجددة لا تفي بمتطلبات الشبكة، فإنه يلزم تقويمها إلى تيار مستمر عبر محولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية أو محولات طاقة الرياح، ثم تحويلها إلى تيار متردد يفي بمتطلبات الشبكة قبل إدخالها إليها. تُعد وحدات IGBT المكونات الأساسية لمحولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية ومحولات طاقة الرياح. وسيُشكل التطور السريع لقطاع توليد الطاقة المتجددة قوة دافعة أخرى لاستمرار نمو صناعة وحدات IGBT. بلغ إنتاج الطاقة العالمي 6414 جيجاواط في عام 2015، ومن المتوقع أن يصل إلى 8647 جيجاواط في عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 3.0% على مدى 10 سنوات، حيث يشهد توليد الطاقة المتجددة معدل نمو أسرع، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 5.9%. وبالتفصيل أكثر، نجد أن معدل نمو توليد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح أعلى من معدل النمو المركب لتوليد الطاقة المتجددة، حيث يبلغ معدل النمو السنوي المركب لتوليد الطاقة الشمسية خلال الفترة من 15 إلى 25 عامًا 16.4%، وهو أعلى بكثير من متوسط ​​معدل نمو هذا القطاع. وعلى الصعيد الإقليمي، تشهد طاقة الرياح نموًا سريعًا في الصين وأوروبا والولايات المتحدة، بينما تشهد الطاقة الشمسية نموًا سريعًا في الصين وأوروبا والولايات المتحدة ومناطق أخرى في آسيا والمحيط الهادئ.

طاقة الرياح: تُعدّ الصين والولايات المتحدة من أبرز الدول التي تُطوّر طاقة الرياح بنشاط. وعلى المدى المتوسط ​​والطويل، يشهد توليد طاقة الرياح نموًا مطردًا. وبالمقارنة مع توليد الطاقة الحرارية، فإنّ الطلب على أشباه الموصلات لكل ميغاواط من محطات طاقة الرياح يزيد 30 ضعفًا عن الطلب عليها في محطات الطاقة الحرارية. وقد بلغت قدرة توربينات الرياح 1.5 ميغاواط في عام 2011، وارتفعت إلى 2-3 ميغاواط في عام 2017. وسيؤدي النمو المطرد في توليد طاقة الرياح إلى زيادة الطلب على أشباه الموصلات المستخدمة في الطاقة.

توليد الطاقة الشمسية: تتوقع شركة IHS أن يبلغ معدل النمو السنوي المركب للطلب على وحدات IGBT من مصادر الطاقة الشمسية 9.0% خلال الفترة من 2016 إلى 2021. ولتلبية احتياجات توليد الطاقة الشمسية النظيفة وربطها بشبكة العاكس بكفاءة، يلزم توفير مزيج مناسب من أجهزة التحكم والتشغيل وإخراج الطاقة. يُعد IGBT خيارًا لا غنى عنه كمفتاح طاقة، كما سيكون عاكس الطاقة الشمسية الكهروضوئية من أوائل الأجهزة القائمة على كربيد السيليكون، مما سيرفع من قيمة IGBT بشكل ملحوظ.

يشهد قطاع تصنيع محولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية في الصين نموًا متزايدًا، وكذلك الحال بالنسبة لتقنية IGBT. وتواصل الشركات المصنعة المحلية، وعلى رأسها هواوي وسونغرو، تحقيق إنجازات بارزة في سوق محولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية. ووفقًا لإحصاءات SolarEdge، بلغت حصة هواوي في سوق محولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية العالمي 22% في عام 2018، محتلةً بذلك المرتبة الأولى عالميًا، بينما بلغت حصة سونغرو 15%، لتحتل المرتبة الثانية عالميًا. وفي سوق محولات الطاقة الشمسية ثلاثية الطور تحديدًا، وصلت حصة هواوي إلى 56% في عام 2017، ما منحها ميزة تنافسية واضحة. وقد ساهم التطور السريع لشركات تصنيع محولات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الصينية في تعزيز مكانة الصين كبديل لتقنية IGBT المحلية.

3.3.3 يشهد تحويل التردد في الأجهزة المنزلية العالمية انتشارًا متسارعًا، ويواجه ترانزستور IGBT فرصًا جيدة للتطوير.

تُعدّ وحدة IGBT المكوّن الأساسي في عاكس التيار المتغير التردد للأجهزة المنزلية. وتُوفّر وظيفة الفتح والإغلاق عالية التردد لوحدة IGBT المزايا التالية: 1. انخفاض فقد التوصيل وفقد التبديل؛ 2. أداء ممتاز في مجال التوافق الكهرومغناطيسي، حيث يُمكن تلبية متطلبات التوافق الكهرومغناطيسي عن طريق تغيير حجم مقاومة القيادة مع الحفاظ على فقد التبديل ضمن نطاق معقول؛ 3. مقاومة عالية للدارة القصيرة؛ 4. انخفاض ارتفاعات الجهد (لحماية الأجهزة المنزلية). وباعتبارها أكبر سوق وقاعدة إنتاج للأجهزة المنزلية في العالم، تُنمّي الصين أيضًا سوقًا واسعة النطاق لوحدات IGBT. فعلى سبيل المثال، في صناعة تكييف الهواء، تُنمّي الصين، بصفتها أكبر سوق وقاعدة إنتاج للأجهزة المنزلية في العالم، سوقًا واسعة النطاق لوحدات IGBT.

يُمكن لتقنية تحويل التردد في الأجهزة المنزلية أن تُساهم بشكل كبير في توفير الطاقة. فمقارنةً بالأجهزة المنزلية التقليدية، تتمتع الأجهزة ذات التردد المتغير بمزايا واضحة من حيث كفاءة الطاقة والأداء والتحكم الذكي. وفي السنوات الأخيرة، شهدت هذه الأجهزة تطورًا شاملًا، وتُستخدم بشكل أساسي في مكيفات الهواء، وأفران الميكروويف، والثلاجات، وسخانات المياه، وغيرها من الأجهزة التي تستهلك كميات كبيرة من الطاقة. فعلى سبيل المثال، تتميز الثلاجات ذات التردد المتغير بعمر أطول، وضوضاء أقل، وتُوفر ما يصل إلى 40% من استهلاك الطاقة، مقارنةً بالثلاجات التقليدية.

تشير التوقعات إلى أن نسبة انتشار الأجهزة المنزلية التي تعمل بتقنية تحويل التردد ستصل إلى 65% في عام 2022. ووفقًا لإحصاءات IHS، بلغ حجم مبيعات الأجهزة المنزلية العالمية في عام 2017 حوالي 711 مليون وحدة، منها 467 مليون وحدة تعمل بتقنية التردد الثابت (66%)، بينما بلغ عدد الأجهزة التي تعمل بتقنية التردد المتغير 244 مليون وحدة (34%). ومن المتوقع أن يصل حجم مبيعات الأجهزة المنزلية التي تعمل بتقنية التردد المتغير إلى 585 مليون وحدة بحلول عام 2022 (65%)، وأن يبلغ معدل النمو السنوي المركب للمبيعات من عام 17 إلى عام 22 نسبة 19.1%، في حين سينخفض ​​حجم مبيعات الأجهزة المنزلية التي تعمل بتقنية التردد الثابت إلى 317 مليون وحدة (35%).

ارتفعت القيمة المستقلة لأشباه الموصلات المستخدمة في أجهزة تحويل التردد المنزلية بشكل ملحوظ. ومن المتوقع أن يؤدي النمو السريع في حجم هذه الأجهزة إلى زيادة كبيرة في قيمة أشباه الموصلات لكل وحدة منها. وتتوقع شركة إنفينون أن ترتفع قيمة أشباه الموصلات من 0.7 يورو للأجهزة المنزلية غير المتغيرة التردد إلى 9.5 يورو. وتُعدّ أشباه موصلات الطاقة هي الأكثر زيادة في هذه القيمة. وبافتراض أن 9.5 يورو هو متوسط ​​قيمة أشباه الموصلات لكل وحدة من الأجهزة المنزلية المتغيرة التردد، فمن المتوقع أن ينمو سوق أشباه الموصلات للأجهزة المنزلية من 2.645 مليار يورو في عام 2017 إلى 2.645 مليار يورو في عام 2022، أي ما يعادل 5.779 مليار يوان، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 16.9% خلال الفترة من 17 إلى 22 عامًا.

وفقًا لبيانات IHS، من المتوقع أن ينمو حجم سوق أشباه الموصلات المستخدمة في الطاقة المنزلية من 1.44 مليار دولار أمريكي في عام 2017 إلى 2.67 مليار دولار أمريكي في عام 2021، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 1%.

مع الترويج القوي للحفاظ على الطاقة وحماية البيئة على مستوى العالم، سيزداد معدل انتشار تحويل التردد للأجهزة المنزلية البيضاء تدريجياً، وستستفيد أشباه الموصلات الكهربائية، باعتبارها المكونات الأساسية لمحولات التردد، بشكل كبير.

3.4 النمو في مختلف المجالات: من المتوقع أن تحقق وحدات IGBT للسيارات معدل نمو سنوي مركب قدره 23.5% من عام 2018 إلى عام 2023

بلغ حجم سوق IGBT العالمي 6.21 مليار دولار أمريكي في عام 2018. ووفقًا لبيانات IHS، بلغ حجم سوق IGBT العالمي 5.255 مليار دولار أمريكي في عام 2017، بزيادة سنوية قدرها 16.5% عن عام 2016. وبلغ حجم سوق IGBT العالمي في عام 2018 حوالي 6.21 مليار دولار أمريكي.

4. مدفوعًا بالطلب على السيارات الكهربائية، يواجه كربيد السيليكون فرصًا جديدة للتطوير

4.1 الأداء الممتاز، ظهر الجيل الثالث من أشباه الموصلات في لحظة تاريخية

لقد تجاوزت ترانزستورات MOSFET القائمة على كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN) حدود الأداء، وأصبح تطوير التقنيات أمرًا بالغ الأهمية. فمقارنةً بمواد أشباه الموصلات من الجيلين الأول والثاني، تتميز مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث بفجوة نطاق طاقة واسعة، ومجال انهيار كهربائي عالٍ، وموصلية حرارية عالية، ومعدل تشبع إلكتروني عالٍ، ومقاومة إشعاعية أعلى، مما يجعلها أكثر ملاءمة لتصنيع أجهزة عالية الحرارة والتردد ومقاومة للإشعاع وعالية الطاقة. وسعيًا وراء تصغير حجم الأجهزة وتحسين أدائها، يُروّج مصنّعو أجهزة الطاقة تدريجيًا لحلول تقنية من الجيل التالي لترانزستورات MOSFET القائمة على كربيد السيليكون ونيتريد الغاليوم. على سبيل المثال: 1) تتميز ترانزستورات MOSFET القائمة على كربيد السيليكون ببنية بلورية عالية الاستقرار مقارنةً بترانزستورات MOSFET القائمة على السيليكون، ويمكن أن تصل درجة حرارة التشغيل إلى 600 درجة مئوية؛ 2) تزيد قوة مجال الانهيار لكربيد السيليكون عن عشرة أضعاف قوة مجال الانهيار للسيليكون، لذا فإن جهد الحجب لترانزستورات MOSFET القائمة على كربيد السيليكون أعلى؛ 3) يكون فقد التوصيل لكربيد السيليكون أقل بكثير من فقد التوصيل لأجهزة السيليكون، ولا يتغير إلا قليلاً مع درجة الحرارة. 4) تبلغ الموصلية الحرارية لكربيد السيليكون حوالي 2.5 ضعف موصلية السيليكون. كما أن معدل انجراف الإلكترونات المشبع فيه يبلغ ضعف معدل انجراف الإلكترونات في السيليكون، مما يسمح لأجهزة كربيد السيليكون بالعمل بترددات أعلى.

يُستخدم كربيد السيليكون بشكل أساسي في الأجهزة المنزلية البيضاء، والطاقة الجديدة (المركبات الكهربائية، وطاقة الرياح، والخلايا الكهروضوئية)، والتطبيقات الصناعية، وما إلى ذلك.

4.2 من المتوقع أن يلعب كربيد السيليكون دورًا رئيسيًا في مجال المركبات الكهربائية

في تطبيقات السيارات، يتفوق ترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون (SiC) بشكل واضح من حيث الأداء، إذ يقلل الفاقد ويخفض حجم ووزن الوحدة. أما ترانزستور IGBT، فيتفوق من حيث الموثوقية والمتانة. تُستخدم أجهزة كربيد السيليكون في أنظمة شحن المركبات وأنظمة تحويل الطاقة، مما يقلل بشكل فعال من فاقد التبديل، ويرفع درجة حرارة التشغيل القصوى، ويحسن كفاءة النظام.

كانت سيارة موديل 3 أول سيارة تستخدم ترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون، مما جعلها رائدة في استخدام كربيد السيليكون في السيارات الكهربائية.

كانت وحدة العاكس في سيارات تسلا أول وحدة تستخدم 24 ترانزستور MOSFET من كربيد السيليكون (SiC)، والتي وفرتها شركة STMicroelectronics. لاحقًا، أصبحت شركة Infineon أيضًا مورد أشباه موصلات الطاقة من كربيد السيليكون لشركة تسلا. تتكون وحدة الطاقة بالكامل من وحدات أحادية الأنبوب، باستخدام تصميم عاكس قياسي بستة مفاتيح. يتكون كل مفتاح من 4 وحدات أحادية الأنبوب، بإجمالي 24 وحدة أحادية الأنبوب. يتحمل الجهاز جهدًا يصل إلى 650 فولت. يتوافق تصميم وحدة كربيد السيليكون أحادية الأنبوب في طراز 3 مع استخدام طرازي S/X لأفكار Infineon IGBT أحادية الأنبوب. وتكمن الميزة في إمكانية تحقيق قابلية التوسع عند مستويات طاقة مختلفة، مع تحسين إنتاجية تغليف الوحدة وخفض تكاليف أجهزة أشباه الموصلات.

تستخدم شركة BYD Han ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون لتحسين أداء التسارع والطاقة والتحمل.

في عام 2020، استخدمت وحدة التحكم في محرك Han EV من BYD لأول مرة وحدة التحكم SiC MOSFET التي طورتها وصنعتها BYD بشكل مستقل، مما أدى إلى تحسين أداء المحرك بشكل كبير.

يتميز كربيد السيليكون بأداء تسارع ممتاز. وتتمثل الفائدة المباشرة لفجوة النطاق الواسعة في قوة مجال الانهيار العالية، مما يعني قدرته على تحمل جهد عالٍ، وبالتالي التحكم في جهد النظام العالي. وبفضل كربيد السيليكون، يستطيع محرك BYD Han العمل على منصة جهد 650 فولت. الجهد العالي يعني تيارًا منخفضًا، مما يقلل الفاقد في مقاومات المعدات. كما يسهل ذلك تصميم محركات ذات قدرة عالية بحجم صغير. لذلك، يستطيع محرك BYD Han تحقيق تسارع من 0 إلى 100 كم/ساعة في 3.9 ثانية.

يُمكن لكربيد السيليكون تحقيق كفاءة عالية وعمر بطارية طويل. فبالإضافة إلى المزايا التي توفرها فجوة النطاق الواسعة، يتمتع كربيد السيليكون بميزتين رئيسيتين: سرعة الإلكترونات المشبعة العالية، والتوصيل الحراري العالي، ومقاومة درجات الحرارة المرتفعة. تتميز الإلكترونات المشبعة بسرعتها العالية، مما يعني قدرتها على تمرير تيارات أكبر. تبلغ سرعة تشبع الإلكترونات في مادة كربيد السيليكون ضعف سرعة تشبعها في مادة السيليكون. لذلك، عند تصميم الجهاز، يُصبح من الأسهل ضبط شدة التيار بعيدًا عن تيار التشبع، مما يُحقق مقاومة أقل في حالة التشغيل. هذا بدوره يُقلل من فقد الطاقة، ويُساعد في خفض حرارة الجهاز، ويُبسط تصميم تبديد الحرارة. خاصةً في حالة التيار العالي اللحظي، يقل تراكم الحرارة في الجهاز، بالإضافة إلى زيادة مقاومة درجات الحرارة والتوصيل الحراري العالي للمادة نفسها، مما يُسهل على الجهاز تبديد الحرارة. كما يُمكن للمركبة أن تعمل بقوة أكبر. هذا هو السبب وراء قدرة BYD Han على تحقيق طاقة 363 كيلوواط. باستخدام فوسفات الحديد الليثيوم، يمكن أن يصل مدى الإبحار إلى 605 كيلومترات، وهو ما يرجع بوضوح أيضًا إلى كربيد السيليكون.

تستخدم سيارة تويوتا ميراي التي تعمل بخلايا الوقود وحدات من كربيد السيليكون.

بدأت شركة دينسو الإنتاج الضخم لجيل جديد من وحدات رفع الطاقة المزودة بأشباه موصلات طاقة من كربيد السيليكون (SiC)، والتي ستُستخدم في سيارة تويوتا ميراي التي تعمل بخلايا الوقود. وقد استُخدمت وحدات طاقة SiC من دينسو وتويوتا في المركبات الهجينة الكهربائية، وحافلات خلايا الوقود، وسيارات الركاب التي تعمل بخلايا الوقود. ويقترن المكون الأساسي لخلايا الوقود الصلبة من الجيل التالي في سيارة ميراي الجديدة، وهو عبارة عن مجموعة خلايا وقود تويوتا (Toyota FC Stack)، بمحول رفع طاقة لخلايا الوقود يستخدم عدة أشباه موصلات طاقة من كربيد السيليكون. وتتمثل وظيفة محول رفع الطاقة في إخراج جهد أعلى من جهد الدخل.

تم تقليص حجم وحدة الطاقة بنسبة 30%، وخفض الفاقد بنسبة 70%. ووفقًا لحسابات دينسو، بالمقارنة مع المنتجات التي تستخدم أشباه موصلات طاقة من السيليكون، فإن وحدة الطاقة الجديدة المزودة بأشباه موصلات طاقة من كربيد السيليكون (بما في ذلك الثنائيات والترانزستورات) أصغر حجمًا بنحو 30%، وتقلل الفاقد بنحو 70%. وهذا يحقق تصغيرًا لوحدة الطاقة مع تحسين كفاءة استهلاك الوقود في المركبة.

تتميز سيارة ميراي الجديدة المزودة بوحدات كربيد السيليكون (SiC) بزيادة قدرها 30% في مدى السير. وأوضحت تويوتا أن استخدام أشباه موصلات كربيد السيليكون في محول رفع الجهد لخلايا الوقود، بالإضافة إلى استخدام بطاريات الليثيوم أيون منخفضة الجهد، يساهم في تقليل فقد الطاقة في النظام. وفي الوقت نفسه، وبفضل تحسين أداء خلايا الوقود، تم رفع كفاءة توليد الطاقة باستخدام تقنية التحكم النشط في تجديد المحفز. ونتيجة لذلك، حققت تويوتا مدى سير أقصى يبلغ حوالي 850 كيلومترًا في سيارة ميراي الجديدة وفقًا لمعيار WLTC، أي بزيادة قدرها 30% تقريبًا عن الجيل السابق.

4.3 من المتوقع أن يتجاوز حجم أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون 10 مليارات دولار أمريكي في عام 2027

من المتوقع أن يتجاوز حجم سوق أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون 10 مليارات دولار أمريكي بحلول عام 2027. وكان حجم هذا السوق قد بلغ حوالي 390 مليون دولار أمريكي في عام 2018. وبفضل الطلب الهائل على مركبات الطاقة الجديدة ومعدات الطاقة وغيرها من المجالات، تتوقع شركة IHS أن يتجاوز حجم سوق أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون 10 مليارات دولار أمريكي بحلول عام 2027. وبدءًا من عام 2021، سيشهد ترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون نموًا سريعًا مدفوعًا بالسيارات الكهربائية، ليصبح بذلك جهاز الطاقة المنفصل المصنوع من كربيد السيليكون الأكثر مبيعًا.

5. يعتمد أكثر من 80% من أشباه الموصلات المستخدمة في الطاقة على الواردات، وتحاول الشركات المحلية اللحاق بالركب.

5.1 تتمتع الشركات الأوروبية والأمريكية واليابانية بمزايا واضحة في مجال أشباه الموصلات الكهربائية

بحسب إحصائيات شركة إنفينون، بلغ حجم سوق أجهزة ووحدات أشباه الموصلات للطاقة عالميًا 21 مليار دولار أمريكي في عام 2019. وشهدت أوروبا والولايات المتحدة واليابان هيمنة ثلاثية. تصدرت إنفينون السوق بحصة بلغت 19%، تلتها شركة أون سيميكوندكتور بحصة 8.4%. وبلغت الحصة السوقية الإجمالية لأكبر عشر شركات 58.3%.

في عام 2019، بلغ حجم سوق ترانزستورات MOSFET العالمية 8.1 مليار دولار أمريكي. وتصدرت شركة إنفينون القائمة بحصة سوقية بلغت 24.6%، بينما بلغت الحصة السوقية لأكبر خمس شركات 59.8%. ودخلت شركتا نيكسبيريا سيميكوندكتور، التي استحوذت عليها وينغتك، وتشاينا ريسورسز مايكروإلكترونيكس، التي نشأت في الصين، ضمن قائمة العشرة الأوائل، بحصة سوقية بلغت 4.1% و3.0% على التوالي.

في عام 2019، بلغ حجم سوق وحدات IGBT 3.31 مليار دولار أمريكي. احتلت شركة إنفينون المرتبة الأولى بحصة سوقية بلغت 35.6%، بينما استحوذت أكبر خمس شركات على 68.8% من السوق الإجمالية. أما شركة ستار سيميكوندكتور، وهي شركة رائدة في مجال وحدات IGBT نشأت في الصين، فقد شهدت نموًا سريعًا في السنوات الأخيرة ودخلت قائمة العشرة الأوائل. في عام 2019، احتلت المرتبة الثامنة بحصة سوقية بلغت 2.5%.

في عام 2019، بلغ حجم سوق ترانزستورات IGBT المنفصلة 1.44 مليار دولار أمريكي. وتصدرت شركة إنفينون القائمة بحصة سوقية بلغت 32.5%. واستحوذت أكبر خمس شركات على 63.9% من السوق. ودخلت شركة سيلان مايكرو الصينية قائمة العشرة الأوائل بحصة سوقية بلغت 2.2%.

في عام 2019، بلغ حجم سوق وحدات إدارة الطاقة المتكاملة 1.59 مليار دولار أمريكي. وتصدرت شركة ميتسوبيشي اليابانية القائمة بحصة سوقية بلغت 32.7%. واستحوذت أكبر خمس شركات على 76.9% من السوق. ودخلت شركتا سيلان مايكروإلكترونيكس وتشاينا مايكروإلكترونيكس الصينيتان ضمن قائمة العشرة الأوائل، بحصص سوقية بلغت 1.1% و0.8% على التوالي.

5.2 شركات أشباه الموصلات الصينية للطاقة تلحق بالركب وتبشر بفترة من التطور السريع

تُعدّ الصين أكبر سوق لأشباه موصلات الطاقة في العالم، حيث يأتي جزء كبير من إيرادات الشركات العالمية الرائدة منها. فعلى سبيل المثال، تُحقق شركتا دال تكنولوجي وإن إكس بي أكثر من 50% و40% من إيراداتهما على التوالي من الصين. كما تُعتبر الصين سوقًا رائدًا للسيارات الكهربائية، إذ تُسيطر شركة إنفينون على أكثر من 60% من سوق السيارات الكهربائية الصينية من خلال تقنية IGBT. يتضح مما سبق أن سوق أشباه موصلات الطاقة في الصين يشهد طلبًا هائلًا، وأن أمام المصنّعين المحليين مجالًا واسعًا لاستبدال الواردات.

يستمر معدل الاكتفاء الذاتي في الصين فيما يخصّ مُحوّلات IGBT في الارتفاع. فبحسب بيانات شركة Zhiyan Consulting، تجاوز هذا المعدل 10% منذ عام 2015، وشهد ارتفاعًا تدريجيًا. ومن المتوقع أن يرتفع من 10.1% في عام 2015 إلى 18.4% في عام 2020. كما يُتوقع أن يصل إنتاج الصين من مُحوّلات IGBT إلى 78 مليون وحدة في عام 2024، مع طلب يُقدّر بنحو 196 مليون وحدة، ليصل معدل الاكتفاء الذاتي إلى 40%. وعلى الرغم من ذلك، لا تزال هناك فجوة كبيرة بين العرض والطلب في قطاع مُحوّلات IGBT، وسيُمثّل "الاستبدال المحلي" اتجاهًا تنمويًا هامًا لهذا القطاع في المستقبل.

تعتمد منتجات أشباه الموصلات الكهربائية متوسطة وعالية الجودة على الأسواق الخارجية. وتُعدّ شركات صينية مثل BYD وHuawei وCRRC وSungrow من أبرز عملاء أشباه الموصلات الكهربائية في العالم. ومع ذلك، لا تزال هذه الشركات تعتمد بشكل كبير على موردين أجانب مثل Infineon وFuji Electric وMitsubishi Electric لتوريد أشباه الموصلات الكهربائية. تُعتبر الصين أكبر سوق للسيارات الكهربائية والهجينة، لكن سلاسل التوريد الخارجية لا تزال تُزوّد ​​معظم الأنظمة في الصين بوحدات أشباه الموصلات الكهربائية. في سوق أشباه الموصلات الكهربائية العالمي، يتركز مصنّعو المنتجات متوسطة وعالية الجودة بشكل رئيسي في أوروبا والولايات المتحدة واليابان. معظم مصنّعي أشباه الموصلات الكهربائية في أوروبا والولايات المتحدة واليابان هم مصنّعون متكاملون (IDM). وتُعدّ شركات Infineon وON Semiconductor وSTMicroelectronics وMitsubishi وToshiba وغيرها من الشركات الرائدة في هذا القطاع. كما تُعدّ تايوان، إحدى دول الصين، منتجًا كبيرًا نسبيًا لأشباه الموصلات الكهربائية. معظم المصنّعين فيها هم مصنّعون بدون مصانع (Fabless)، وتتركز منتجاتهم بشكل أساسي في فئة المنتجات منخفضة الجودة. يستحوذ سوق أشباه الموصلات الكهربائية في بلدي على حوالي 36% من الطلب العالمي. أما في مجال المنتجات المتطورة، فيعتمد السوق على الواردات بنسبة 80% تقريباً.

يشهد قطاع أشباه الموصلات في الصين نموًا سريعًا. يعتمد مصنّعو أشباه الموصلات في بلادنا بشكل أساسي على نموذج التصنيع المتكامل (IDM)، وتتميز سلسلة الإنتاج باكتمالها النسبي. تتركز المنتجات بشكل رئيسي في المجالات منخفضة التكلفة، مثل الثنائيات، وأجهزة MOS منخفضة الجهد، والثايرستورات. وقد حققت ترانزستورات IGBT تقدمًا ملحوظًا. تتميز تقنية الإنتاج بالنضج والميزة التنافسية من حيث التكلفة. وتفوق ربحية الشركات الرائدة في هذا القطاع ربحية الشركات المصنّعة في تايوان والصين. أما في مجالات المنتجات عالية التكلفة، مثل الطاقة المتجددة، والطاقة الكهربائية، والنقل بالسكك الحديدية، فلا يمتلك سوى عدد قليل من المصنّعين المحليين القدرة الإنتاجية اللازمة. ويحتكر سوق المنتجات عالية التكلفة بشكل رئيسي من قبل مصنّعين أوروبيين وأمريكيين ويابانيين، مثل إنفينون، وأون سيميكونداكتور، ورينيساس، وتوشيبا.

في الوقت الراهن، لا تزال الشركات الأجنبية تُهيمن على أسواق IGBT المحلية والأجنبية. أما شركات IGBT المحلية، وعلى رأسها شركة Star Semiconductor، فتشهد نموًا سريعًا، محققةً إنجازاتٍ بارزة في مجالات التحكم الصناعي، والمركبات الكهربائية، وطاقة الرياح، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، والكهرباء، والسكك الحديدية فائقة السرعة، مع زيادة حصتها السوقية باستمرار. في عام 2019، وبحسب حجم الشحنات، استحوذت شركة Infineon على الحصة الأكبر من سوق IGBT للمركبات الكهربائية في الصين، بنسبة 49.3%، تلتها شركة BYD بنسبة 20%. (وتعتمد Star Semiconductor بشكل أساسي على إنتاجها الذاتي)، لتحتل المرتبة الثالثة بنسبة 16.6%. تتميز Star Semiconductor بنسبة اكتفاء ذاتي عالية في مجال رقائق IGBT للمركبات الكهربائية، تتجاوز 90%.

في سوق أشباه الموصلات الكهربائية في بلدي، بدأ المصنعون المحليون باستبدال الواردات في مجال المنتجات منخفضة التكلفة. وتُعدّ شركات مثل Nexperia وStar Semiconductor وChina Resources Micro وXinjie Neng وLion Micro وChina Microelectronics وYangjie Technology وSilan Micro وSanan Optoelectronics وJiejie Microelectronics، وغيرها، التي استحوذت عليها شركة Wingtech Technology، شركات عالية الجودة في هذا القطاع، إلا أن حصتها السوقية لا تزال منخفضة.

6. متفائلون بشأن رواد قطاع الصناعة

يشهد قطاع أشباه الموصلات للطاقة في الصين حاليًا تطورًا متسارعًا نحو التكامل، فضلًا عن تحقيق التكنولوجيا لقفزات نوعية. وتُعد الصين أكبر مستهلك لأشباه الموصلات للطاقة في العالم، حيث استحوذت على 35.9% من الطلب العالمي في عام 2019، بمعدل نمو يفوق المعدل العالمي بشكل ملحوظ. وفي المستقبل، ومع تزايد الطلب على الطاقة المتجددة (المركبات الكهربائية، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، وطاقة الرياح)، وأنظمة التحكم الصناعية، والأجهزة المنزلية التي تعمل بتقنية تحويل التردد، ومعدات إنترنت الأشياء، وغيرها، سيستمر معدل نمو الطلب في الصين في التفوق على نظيره العالمي، وسيشهد القطاع نموًا مطردًا. أما فيما يتعلق بالبدائل المحلية، فنحن متفائلون بشأن الشركات الرائدة في القطاعات المتخصصة، وهي: ستار سيميكونداكتور، وتشاينا ريسورسز مايكرو، وهوا هونغ سيميكونداكتور، وسيلان مايكرو، ونيو كلين إنرجي، وليون مايكرو، وسانان أوبتوإلكترونيكس، ووينغتك تكنولوجي، وسي آر آر سي تايمز إلكتريك.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن