شهدت أشباه موصلات الطاقة المستخدمة في السيارات نموًا يقارب سبعة أضعاف خلال خمس سنوات، وكان IGBT هو الأكثر استفادة.

بفضل الدعم الحكومي وجهود ترشيد استهلاك الطاقة وخفض الانبعاثات، يتسارع انتشار مركبات الطاقة الجديدة. ومن المتوقع أن تصل نسبة انتشارها محلياً إلى 20% بحلول عام 2025، وأن تصل في الاتحاد الأوروبي إلى 40% بحلول عام 2030. وقد ساهم هذا التوجه نحو كهربة السيارات في زيادة قيمة أشباه الموصلات المستخدمة فيها بشكل كبير. ووفقاً لإحصاءات شركة إنفينون، سيرتفع متوسط ​​سعر بيع أشباه الموصلات بشكل ملحوظ من 71 دولاراً أمريكياً لمركبات الوقود التقليدية إلى 330 دولاراً أمريكياً للمركبات الهجينة القابلة للشحن/الكهربائية بالكامل، أي ما يعادل 4.6 أضعاف سعرها في مركبات الوقود التقليدية. وتشير حساباتنا إلى أن حجم سوق أشباه موصلات الطاقة في قطاع السيارات العالمي سيصل إلى 8 مليارات دولار أمريكي بحلول عام 2025. أما سوق أشباه موصلات الطاقة في مركبات الطاقة الجديدة فسيصل إلى 5.3 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2025، أي ما يعادل 7.3 أضعاف حجمه في عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 48.8%. خلال السنوات العشر القادمة، سيشهد سوق ترانزستورات IGBT المستخدمة في محطات شحن مركبات الطاقة الجديدة في الصين والولايات المتحدة وأوروبا نموًا إضافيًا بقيمة 9.4 مليار دولار أمريكي. حاليًا، تُستخدم ترانزستورات IGBT وMOSFET بشكل رئيسي في أشباه موصلات الطاقة للسيارات. يُعد IGBT المكون الأساسي للعكس الرئيسي لنظام القيادة الكهربائية في مركبات الطاقة الجديدة، ويمكن استخدامه في دوائر العاكس المساعدة، ودوائر محول التيار المستمر/المستمر، ووحدات الشحن/العاكس داخل السيارة، وغيرها. تصل قيمة IGBT في المركبة الواحدة إلى 273 دولارًا أمريكيًا، ما يمثل 83% من متوسط ​​سعر بيع أشباه موصلات الطاقة للسيارات، وهي النسبة الأكبر. نتوقع أن يصل حجم سوق IGBT العالمي لمركبات الطاقة الجديدة إلى 4.4 مليار دولار أمريكي في عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ حوالي 48.8%. يُعد IGBT النوع الأكثر فائدة من بين أشباه موصلات الطاقة للسيارات في ظل توجه السيارات نحو الكهرباء.

تشكل الحواجز الرئيسية الثلاثة المتمثلة في المنتج والعملية وميزة الريادة خندقًا قويًا.

1) معوقات المنتج: تتطلب ترانزستورات IGBT المستخدمة في صناعة السيارات متطلبات صارمة، مثل العمر التشغيلي الطويل، وانخفاض معدل الأعطال، ومقاومة عالية للزلازل. كما يجب أن تكون قادرة على التكيف مع ظروف التشغيل القاسية، مثل درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة للغاية، والغبار، والقلويات والملح. ويجب أن تتحمل التغيرات المتكررة في التيار الناتجة عن عمليات التشغيل والإيقاف المتكررة، وتخضع لمتطلبات منتج عالية للغاية.

٢) معوقات التصنيع: عند تصميم ترانزستورات IGBT المستخدمة في صناعة السيارات، من الضروري ضمان التوازن بين التشغيل والإيقاف، ومقاومة قصر الدائرة، وانخفاض جهد التوصيل، وتُعدّ عملية تحسين المعلمات معقدة للغاية. أثناء التصنيع، تكون عملية تصنيع الصفائح الرقيقة عرضة للتفتت، كما أن انخفاض درجة انصهار المعدن الأمامي يُصعّب التحكم في درجة حرارة التلدين. إضافةً إلى ذلك، فإن المتطلبات الفنية للحام وربط مكونات وحدة IGBT عالية أيضًا.

3) دورة الاعتماد طويلة، وتكلفة الاستبدال مرتفعة، ولها تأثير منحنى الخبرة. تتمتع بمزايا واضحة للريادة في هذا المجال.

أ) يجب أن تستوفي ترانزستورات IGBT المستخدمة في صناعة السيارات معايير الموثوقية، ومعايير إدارة الجودة، ومعايير السلامة الوظيفية لتكون مؤهلة لدخول سلسلة التوريد لدى مصنعي السيارات من الدرجة الأولى. وتكون فترة الاعتماد عادةً سنتين على الأقل.

ب) نظرًا لأن وحدات IGBT تُعدّ مكونات أساسية في السيارات، فإن الشركات المصنعة في المراحل اللاحقة غالبًا ما تتوخى الحذر عند استبدالها لاعتبارات السلامة والموثوقية. ولا تُتخذ قرارات الشراء بكميات كبيرة إلا بعد إجراء عدد كبير من اختبارات التحقق والتقييمات الشاملة. وتكون تكاليف الاستبدال مرتفعة.

ج) يتطلب العمل في مجال IGBT تراكم الخبرة على المدى الطويل للوصول إلى مستوى جيد من المعرفة.

د) صناعة IGBT صناعة كثيفة رأس المال، وتتطلب في الغالب استيراد معدات الإنتاج والاختبار. إضافةً إلى ذلك، فإن الطلب على رأس المال العامل لشركات تصنيع IGBT كبير. غالبًا ما يواجه الداخلون الجدد إلى السوق استثمارات ضخمة وإنتاجًا منخفضًا في المراحل الأولى. إنهم بحاجة إلى دعم مالي قوي لمواصلة البحث والتطوير والإنتاج والمبيعات. وبناءً على ذلك، تتمتع الشركات الرائدة في صناعة IGBT بمزايا واضحة للريادة.

لقد أصبح المشهد التنافسي "مساراً عالي الجودة" للصناعات النامية، لكن معدل التوطين الحالي لا يزال منخفضاً.

بحسب إحصائيات أومديا لعام 2019، تستحوذ أكبر عشر شركات عالمية مصنعة لوحدات IGBT على 76% من حصة السوق. وتتسم حصة السوق بالتركيز، ما يُشير إلى منافسة قوية. أما بالنسبة لوحدات IGBT المستخدمة في السيارات، فقد بلغت حصة الصين من وحدات IGBT CR4 المخصصة لمركبات الطاقة الجديدة 81% في عام 2019، نتيجةً لعوائق صناعية كبيرة، ما يُظهر نمط احتكار قلة. وتتصدر إنفينون القائمة بحصة سوقية تبلغ 58.2%، تليها BYD بحصة 18%، ثم ميتسوبيشي إلكتريك وسيميكرون في المركزين الثالث والرابع على التوالي. وقد أصبحت وحدات IGBT المستخدمة في السيارات خيارًا عالي الجودة في هذه الصناعة المتنامية، بفضل آفاق نموها الواسعة وبيئة المنافسة الجيدة. مع ذلك، من بين أكبر عشر شركات مصنعة لوحدات IGBT لمركبات الطاقة الجديدة في الصين عام 2019، لم تُدرج سوى ثلاث شركات محلية، هي BYD وستار سيميكوندكتور وCRRC تايمز إلكتريك، بحصة سوقية إجمالية تبلغ 20.4%. ما يُشير إلى وجود مجال واسع لاستبدال المنتجات المحلية.

هناك عوامل متعددة تسرع من استبدال المنتجات المحلية، ولدى المصنعين المحليين إمكانات هائلة للتطور المستقبلي.

تُسهم عوامل متعددة في تسريع عملية استبدال المنتجات المحلية: 1) تُعد الصين بالفعل أكبر سوق استهلاكية للسيارات في العالم، وسيستمر الطلب الاستهلاكي على السيارات في الازدياد مستقبلاً، مما يوفر فرصًا تنموية جيدة لمصنعي IGBT المحليين. 2) مع ازدياد حدة التوترات التجارية، تزداد الحاجة إلى أشباه موصلات مستقلة وقابلة للتحكم. 3) يتبوأ المصنعون المحليون الصدارة في نشر صناعة مركبات الطاقة الجديدة، مستفيدين من ميزة الريادة. ومع ازدياد حصة مصنعي مركبات الطاقة الجديدة المحليين، يُتوقع استخدام المزيد من منتجات مصنعي أشباه الموصلات المحليين نظرًا لاعتبارات أمن سلسلة التوريد. 4) يتمتع مصنعو IGBT المحليون بمزايا خدمة محلية، مثل الأداء المتميز من حيث التكلفة وسرعة الاستجابة، مما يلبي احتياجات مركبات الطاقة الجديدة لخفض التكاليف وزيادة الكفاءة، ومن المتوقع أن تزداد حصتهم. 5) يُسهم التشجيع السياسي والدعم المالي في نمو صناعة IGBT المحلية بوتيرة متسارعة. فيما يتعلق بحجم السوق المحلي، تشير حساباتنا إلى أن سوق أشباه الموصلات المستخدمة في مركبات الطاقة الجديدة في الصين من المتوقع أن يصل إلى 17.7 مليار يوان في عام 2025، أي ما يعادل ستة أضعاف حجمه في عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب يصل إلى 44%. ومن المتوقع أن يصل حجم سوق ترانزستورات IGBT المستخدمة في مركبات الطاقة الجديدة في الصين إلى 14.7 مليار يوان في عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ حوالي 44%. وفي عام 2025، سيصل حجم سوق ترانزستورات IGBT المستخدمة في محطات الشحن في الصين إلى 10.9 مليار يوان، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 35%. بناءً على التحليل السابق، نعتقد أن عملية استبدال ترانزستورات IGBT المستخدمة في السيارات بأخرى محلية ستتسارع. وبالنظر إلى انخفاض الحصة السوقية الحالية واتساع نطاق نمو القطاع، فإن لدى مصنعي ترانزستورات IGBT المحليين إمكانات نمو هائلة في المستقبل.

من الصعب تخفيف محدودية الطاقة الإنتاجية على المدى القصير، ويستمر ازدهار أشباه الموصلات الكهربائية في الارتفاع.

يُساهم الاستخدام التجاري لتقنية الجيل الخامس (5G) واقتصاد البقاء في المنزل الذي فرضته الجائحة في تسريع التحول الرقمي للمجتمع. وتشهد أسواق مركبات الطاقة الجديدة والأجهزة المنزلية والمعدات الرقمية وغيرها من الأجهزة الطرفية ازدهارًا، مما يُحفز الطلب على أشباه الموصلات. إضافةً إلى ذلك، يحتاج مُصنّعو أشباه الموصلات إلى زيادة مخزونات الأمان لضمان أمن سلسلة التوريد. وقد أدى تضافر عدة عوامل إلى محدودية الطاقة الإنتاجية لأشباه الموصلات. حاليًا، تعمل جميع مصانع رقائق السيليكون الرئيسية بكامل طاقتها الإنتاجية. وعلى الصعيد العالمي، تتوقع شركة ICinsight أن يُضيف العالم 20.8 مليون رقاقة سيليكون مكافئة بحجم 8 بوصات في عام 2021. أما على الصعيد المحلي، فتبلغ الطاقة الإنتاجية المُنشأة لرقائق السيليكون المكافئة بحجم 8 بوصات حوالي 27.96 مليون رقاقة سنويًا، وسيتم تشغيل معظمها في عام 2022. ومع ذلك، ونظرًا لوجود فترة تمهيدية للإنتاج تتراوح بين 3 و5 سنوات بعد تشغيل خط الإنتاج الجديد، فمن الصعب تخفيف محدودية الطاقة الإنتاجية على المدى القصير. بفضل الزيادة السريعة في الطلب على مركبات الطاقة الجديدة ومحطات الشحن، من المتوقع أن يصل الطلب العالمي على رقائق السيليكون بقياس 8 بوصات لوحدات IGBT المستخدمة في صناعة السيارات وحدها إلى 1.69 مليون رقاقة في عام 2025، أي بزيادة قدرها 5.4 أضعاف مقارنةً بعام 2020. ويوجد عجز كبير في الطلب على تصنيع الرقائق. ومنذ بداية العام، رفعت كبرى شركات تصنيع الرقائق محلياً وعالمياً أسعار منتجاتها أو مددت فترات التسليم. ومن المتوقع أن يستمر ازدهار سلسلة صناعة أشباه الموصلات.

  1    يتسارع انتشار مركبات الطاقة الجديدة، وقد تضاعفت مساحة أشباه موصلات الطاقة للسيارات خلال 5 سنوات.

1.1. يتسارع انتشار مركبات الطاقة الجديدة، وتشهد أشباه موصلات الطاقة للسيارات زيادات في الحجم والسعر.

يُسهم دعم السياسات وترشيد استهلاك الطاقة وخفض الانبعاثات في تسريع انتشار مركبات الطاقة الجديدة. وتطرح "خطة تطوير صناعة مركبات الطاقة الجديدة (2021-2035)" في بلدي رؤيةً لتطوير هذه المركبات، حيث يُخطط أن تصل نسبة انتشارها محلياً إلى 20% بحلول عام 2025.

على الصعيد الدولي، تبنت العديد من الدول الأوروبية سياسات مزدوجة للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ودعم مركبات الطاقة الجديدة لمواجهة ضغوط الاحتباس الحراري، وأصبح التوجه نحو السيارات الكهربائية أكثر وضوحًا. في الاتحاد الأوروبي، تنص اتفاقية رابطة مصنعي السيارات الأوروبية (ACEA) بشأن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من المركبات على ضرورة ألا تتجاوز انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من المركبات 59 غرامًا لكل كيلومتر بحلول عام 2030. ووفقًا لحسابات شركة إنفينون، سيصل معدل انتشار مركبات الطاقة الجديدة في الاتحاد الأوروبي إلى 40% بحلول عام 2030.

أدى التحول إلى الكهرباء إلى زيادة ملحوظة في قيمة الدراجات الكهربائية التي تعمل بأشباه الموصلات. ويبلغ متوسط ​​سعر بيع أشباه الموصلات المستخدمة في المركبات الكهربائية بالكامل 330 دولارًا أمريكيًا، أي ما يعادل 4.6 أضعاف سعرها في المركبات التي تعمل بالوقود التقليدي. وتفرض المركبات الجديدة التي تستخدم الطاقة الكهربائية كمصدر للطاقة متطلبات أعلى على إدارة الطاقة وقدرات تحويلها في المكونات الإلكترونية.

في السيارات التقليدية، تُستخدم أشباه الموصلات الكهربائية بشكل أساسي في تشغيل المركبة، وتوليد الطاقة، ومجالات السلامة، ويمكن للمكونات الإلكترونية منخفضة الجهد والطاقة تلبية احتياجاتها التشغيلية. أما في مركبات الطاقة الجديدة، فإن الجهد العالي الناتج من البطارية يتطلب تحويلًا متكررًا للجهد وعكسًا للتيار. وقد أدت هذه الدوائر إلى زيادة كبيرة في الطلب على أشباه الموصلات الكهربائية مثل IGBTs وMOSFETs. ووفقًا لبيانات شركة إنفينون، تبلغ قيمة أشباه الموصلات الكهربائية في سيارات الوقود التقليدية 71 دولارًا أمريكيًا، بينما تبلغ قيمتها في السيارات الهجينة القابلة للشحن بالكامل/السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية فقط 330 دولارًا أمريكيًا، أي ما يعادل 4.6 أضعاف قيمتها في سيارات الوقود التقليدية.

سيصل حجم سوق أشباه الموصلات الكهربائية للسيارات عالميًا إلى 8 مليارات دولار أمريكي في عام 2025. ووفقًا لشركة Yole، سيصل حجم هذا السوق إلى 22.5 مليار دولار أمريكي في العام نفسه. وتشير إحصاءات شركة Zhiyan Consulting إلى أن قطاع السيارات استحوذ على 35.4% من سوق أشباه الموصلات الكهربائية للسيارات عالميًا في عام 2019. وبافتراض بقاء هذه النسبة ثابتة، فمن المتوقع أن يصل حجم السوق إلى 7.965 مليار دولار أمريكي في عام 2025.

من المتوقع أن يصل حجم سوق أشباه الموصلات المستخدمة في مركبات الطاقة الجديدة عالميًا إلى 5.3 مليار دولار أمريكي في عام 2025، أي ما يعادل 7.3 أضعاف حجمه في عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 48.8%. ووفقًا لتوقعات شركة أليكس بارتنرز، سترتفع مبيعات السيارات عالميًا من 70.5 مليون وحدة في عام 2020 إلى 94 مليون وحدة في عام 2025. وتتوقع شركة إي في تانك أن ترتفع مبيعات مركبات الطاقة الجديدة عالميًا من 2.21 مليون وحدة في عام 2019 إلى 12 مليون وحدة في عام 2025. وسيصل معدل انتشار مركبات الطاقة الجديدة عالميًا إلى 13% في عام 2025، بزيادة قدرها 10.36% مقارنةً بعام 2019.

كما ذكرنا سابقًا، تشير أحدث إحصائيات شركة إنفينون لعام 2020 إلى أن قيمة دراجة الطاقة الكهربائية المصنوعة من أشباه الموصلات تبلغ 330 دولارًا أمريكيًا. ونظرًا لمحدودية الطاقة الإنتاجية العالمية الحالية لمصانع رقائق أشباه الموصلات، فمن المتوقع أن يظل سعر أشباه الموصلات المستخدمة في مركبات الطاقة الجديدة مرتفعًا هذا العام، وأن ترتفع قيمة الدراجة تدريجيًا في المستقبل مع ازدياد التوجه نحو الكهرباء وانتشار الدراجات ثنائية المحركات. وبناءً على هذه البيانات، نتوقع أن يصل حجم سوق أشباه الموصلات المستخدمة في مركبات الطاقة الجديدة عالميًا إلى 5.3 مليار دولار أمريكي في عام 2025، أي ما يعادل 7.3 أضعاف حجمه في عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 48.8%.

1.2. يشهد سوق أجهزة IGBT المستخدمة في محطات شحن المركبات نموًا سريعًا.

سيزداد عدد محطات الشحن في المرافق الداعمة الهامة لمركبات الطاقة الجديدة بشكل سريع، مما سيدفع الطلب على ترانزستورات IGBT، وهي مكون أساسي، إلى الارتفاع بشكل ملحوظ. ومع تزايد انتشار مركبات الطاقة الجديدة تدريجيًا، تزداد الحاجة إلى زيادة عدد محطات الشحن، التي تُعد مرافق داعمة هامة لهذه المركبات. ووفقًا لإحصاءات ماكينزي، سيبلغ الطلب على شحن مركبات الطاقة الجديدة في الصين والولايات المتحدة وأوروبا حوالي 18 مليار كيلوواط ساعة في عام 2020. ومن المتوقع أن يصل هذا الطلب إلى 271 مليار كيلوواط ساعة بحلول عام 2030، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 31.2%. كما سيؤدي النمو السريع في الطلب على مرافق شحن مركبات الطاقة الجديدة إلى زيادة كبيرة في استخدام ترانزستورات IGBT، وهي مكون أساسي في محطات الشحن.

من المتوقع أن يشهد سوق وحدات IGBT المستخدمة في محطات شحن المركبات الكهربائية في الصين والولايات المتحدة وأوروبا نموًا إضافيًا بقيمة 9.4 مليار دولار أمريكي خلال السنوات العشر القادمة (2020-2030). ووفقًا لتقديرات شركة ماكينزي، ستحتاج الصين والولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي إلى استثمار 19 مليار دولار أمريكي و11 مليار دولار أمريكي و17 مليار دولار أمريكي على التوالي خلال الفترة نفسها لبناء 20 مليون و20 مليون و25 مليون محطة شحن لمركبات الطاقة الجديدة، وذلك لسد الفجوة في الطلب على شحن هذه المركبات. وتُشكل وحدات IGBT حوالي 20% من التكلفة الإجمالية لمحطة الشحن الواحدة. وبناءً على ذلك، نستنتج أن سوق وحدات IGBT المستخدمة في محطات شحن مركبات الطاقة الجديدة في الصين والولايات المتحدة وأوروبا سيشهد نموًا إضافيًا بقيمة 9.4 مليار دولار أمريكي خلال السنوات العشر القادمة.

  2  من بين أشباه الموصلات المستخدمة في الطاقة للسيارات، يستفيد IGBT أكثر من غيره

يُعدّ كلٌّ من ترانزستور IGBT وترانزستور MOSFET من المكونات الرئيسية لأشباه الموصلات المستخدمة في الطاقة في السيارات. يُستخدم ترانزستور IGBT في أربعة تطبيقات مختلفة في السيارات. أولها، كونه المكون الأساسي للعكس الرئيسي، حيث يقوم هذا العاكس بتحويل التيار المستمر الخارج من البطارية إلى تيار متردد لتشغيل محرك السيارة. ثانيها، استخدامه في دائرة العاكس المساعد لتشغيل الأجهزة الإلكترونية الأخرى في السيارة. ثالثها، استخدامه في دائرة تقطيع التيار المستمر/المستمر لإخراج تيارات بفولتيات مختلفة. رابعها، استخدامه في وحدة الشحن/العاكس داخل السيارة (OBC) لتحويل طاقة التيار المتردد الخارجية الداخلة إلى طاقة تيار مستمر لشحن بطارية السيارة.

في السيارات ذات مستوى منخفض من الكهرباء، ونظرًا لانخفاض جهد خرج البطارية وانخفاض نطاق طاقة الأجهزة الكهربائية، يمكن استخدام ترانزستورات MOSFET لاستبدال دائرة العاكس المساعدة، ودائرة تقطيع التيار المستمر/المستمر، وترانزستور IGBT في وحدة التحكم الإلكترونية داخل السيارة (OBC) للتحكم في التكاليف.

2.1. يُعدّ IGBT الجهاز الأساسي لنظام محرك مركبة الطاقة الجديدة IGBT

بفضل أدائه المتميز، يُعدّ IGBT المكوّن الأساسي لأشباه الموصلات المستخدمة في مركبات الطاقة الجديدة. وهو اختصار لـ InsulatedGateBipolarTransistor، وهو ترانزستور ثنائي القطب ذو بوابة معزولة. وهو جهاز شبه موصل مُركّب يتكون من ترانزستور ثنائي القطب (BJT) وترانزستور تأثير المجال المعدني-الأكسجيني (MOSFET). يجمع IGBT بين مزايا ترانزستور MOSFET من حيث سرعة التبديل العالية، ومقاومة الدخل العالية، واستهلاك الطاقة المنخفض، ودائرة التشغيل البسيطة، وفقدان التبديل المنخفض، ومزايا ترانزستور BJT من حيث جهد التوصيل المنخفض، وتيار التشغيل العالي، وفقدان الطاقة المنخفض. في مركبات الطاقة الجديدة، تُستخدم وحدات IGBT بشكل أساسي في محولات الطاقة العالية لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد لتشغيل محرك المركبة؛ كما تُستخدم أيضًا في محولات الطاقة المساعدة لتشغيل المعدات الإلكترونية في السيارات، مثل مكيفات الهواء.

يمكن تقسيم ترانزستور IGBT إلى ثلاثة أنواع رئيسية: ترانزستور IGBT أحادي الأنبوب، ووحدة IGBT، ووحدة IPM الذكية، وذلك حسب بيئات التطبيق المختلفة. يُعد ترانزستور IGBT أحادي الأنبوب ترانزستورًا ثنائي القطب ذو بوابة معزولة من نوع N-channel المحسّن، حيث يقوم بتوصيل الدائرة الكهربائية بالكامل عن طريق تزويد ترانزستور PNP بتيار القاعدة. ونظرًا لانخفاض التيار الذي يمكن تطبيقه عليه، والذي عادةً ما يكون أقل من 100 أمبير، فإن استهلاكه للطاقة منخفض أيضًا. مع ذلك، فإن الدائرة الخارجية لترانزستور IGBT أحادي الأنبوب معقدة ويصعب تغليفها، مما يعكس مستوى التكنولوجيا والتصنيع لدى الشركة المصنعة.

وحدة IGBT هي منتج أشباه موصلات معياري يتكون من شريحة IGBT وثنائي FWD (صمام ثنائي سريع الاسترداد) مُغلفة عبر جسر دائرة خاص. يتم دمج عدة شرائح وتغليفها داخل الوحدة باستخدام العزل. وقد أدى ذلك إلى تحسين فعال في السلامة والموثوقية، وجعلها أكثر ملاءمة للعمل في بيئات الجهد والتيار العاليين. أما وحدة IPM الذكية، فتدمج أجهزة IGBT ودوائر القيادة ودوائر الحماية في وحدة واحدة. وبفضل وظائف التشخيص الذاتي للدائرة والحماية، فهي أكثر ذكاءً من وحدات IGBT العادية، وغالبًا ما تُستخدم في الأجهزة المنزلية التي تعمل بتحويل التردد.

وصلت تقنية IGBT من شركة إنفينون حاليًا إلى الجيل السابع، ويسعى المصنعون المحليون تدريجيًا إلى اللحاق بالمستوى العالمي المتقدم. فعلى مدار أكثر من 30 عامًا، من 1988 إلى 2019، أصدرت إنفينون سبعة أجيال من منتجات IGBT. وقد تطور المستوى التقني نحو تقليل مساحة الشريحة، وعرض خط التصنيع، وانخفاض جهد التشبع في حالة التشغيل، ووقت الإيقاف، وفقد الطاقة، وزيادة جهد الإيقاف. ورغم أن سوق IGBT المحلي يهيمن عليه حاليًا الشركات الأجنبية، إلا أن الاستثمار المستمر في البحث والتطوير من قبل المصنعين المحليين يُسهم في تطوير تقنية المنتجات باستمرار لمواكبة المستوى العالمي المتقدم.

على سبيل المثال، تمت مقارنة شريحة IGBT من الجيل الثاني التي طورتها شركة Star Semiconductor بشكل مستقل بشريحة IGBT من الجيل السادس من شركة Infineon (FS-Trench)، وقد تم إنتاجها بكميات كبيرة في عام 2016. تم تجميع ما مجموعه 160,000 مجموعة من وحدات IGBT من فئة السيارات في عام 2019؛ تتميز منتجات IGBT4.0 من BYD بخسائر تبديل أقل، وقدرات إخراج تيار أقوى، وعمر دورة درجة حرارة أطول من شريحة IGBT من الجيل الرابع من شركة Infineon السائدة في السوق.

سيصل حجم سوق IGBT العالمي لمركبات الطاقة الجديدة إلى 4.4 مليار دولار أمريكي في عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 48.8%. ووفقًا لبيانات Yole، بلغ حجم هذا السوق 600 مليون دولار أمريكي في عام 2019. وأشارت بيانات EVSalesBlog إلى أن المبيعات العالمية للسيارات الهجينة القابلة للشحن والسيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات فقط في عام 2019 بلغت حوالي 2.2 مليون سيارة. وبناءً على ذلك، يُستنتج أن متوسط ​​قيمة دراجات IGBT يبلغ 273 دولارًا أمريكيًا (ما يمثل 83% من قيمة أشباه موصلات الطاقة للدراجات). ونظرًا لمحدودية الطاقة الإنتاجية الحالية لمصانع رقائق أشباه الموصلات العالمية، فمن المتوقع أن تُستخدم أشباه موصلات الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة هذا العام. وستبقى الأسعار مرتفعة، بينما سترتفع قيمة الدراجات مستقبلًا تدريجيًا مع ازدياد توجهات الكهرباء وانتشار استخدام المحركات المزدوجة. وبضربها بتوقعات مبيعات المركبات الجديدة العالمية التي تعمل بالطاقة الجديدة من EVtank للسنوات القليلة المقبلة، من المتوقع أن ينمو سوق IGBT العالمي للمركبات الجديدة التي تعمل بالطاقة من حوالي 600 مليون في عام 2020 إلى 4.4 مليار دولار أمريكي في عام 2025، بمعدل نمو مركب يبلغ حوالي 48.8٪.

2.2. يتميز كربيد السيليكون (SiC) بأداء أفضل، ومن المتوقع أن يصبح تقنية الجيل القادم.

تتمتع أجهزة الطاقة المصنعة باستخدام مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث بمزايا أداء أفضل. فمقارنةً بمواد أشباه الموصلات المصنوعة من السيليكون، تتميز مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث، والمتمثلة في نتريد الغاليوم (GaN) وكربيد السيليكون (SiC)، بفجوات طاقة أوسع، ومجالات انهيار كهربائي أعلى، وموصلية حرارية أعلى، ومعدلات تشبع إلكتروني أعلى، ومقاومة إشعاعية أعلى، مما يجعلها أكثر ملاءمة لتصنيع أجهزة عالية الحرارة والتردد ومقاومة للإشعاع وعالية الطاقة.

بحسب بيانات شركة إنفينون، فإن محولات التيار المصنوعة من مادة كربيد السيليكون (SiC) أصغر حجمًا بثلاث مرات ووزنًا بأربع مرات من محولات التيار المصنوعة من مادة السيليكون (Si). وتشير بيانات شركة روهم إلى أنه في التطبيقات العملية، يمكن أن يصل تردد التبديل لترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون (SiCMOSFET) إلى أكثر من 50 كيلوهرتز (بينما يصل تردد التبديل الشائع لترانزستورات IGBT إلى 20 كيلوهرتز)، كما أن فقد الطاقة فيها أقل بنسبة 73% من فقد الطاقة في ترانزستورات IGBT المصنوعة من السيليكون. تتميز ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون بأداء أعلى وحجم أصغر مقارنةً بترانزستورات IGBT.

اعتمدت بعض الطرازات الراقية ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC)، والتي يُتوقع أن تُصبح اتجاه التطوير المستقبلي. وتُعدّ سيارة تسلا موديل 3 أول طراز يُدمج وحدة طاقة كاملة من كربيد السيليكون، وقد أنجزها قسم التصميم الهندسي في تسلا بالتعاون مع شركة STMicroelectronics. وعلى الفور، أصبحت شركة Infineon المورد لوحدات طاقة كربيد السيليكون لسيارة تسلا موديل 3. إضافةً إلى ذلك، أصبحت سيارة BYD Han الكهربائية ذات الدفع الرباعي أول طراز محلي يُجهز بمكونات SiCMOSFET على دفعات، حيث تصل كفاءة التحكم الإلكتروني الإجمالية فيها إلى أكثر من 97%.

في الوقت الراهن، تعمل الشركات المصنعة المحلية بنشاط على نشر تطبيقات إنتاج كربيد السيليكون (SiC). فعلى سبيل المثال، حققت شركة "تشاينا ريسورسز مايكرو" الإنتاج الضخم لأول خط إنتاج تجاري في الصين لكربيد السيليكون بحجم 6 بوصات في يوليو 2020، بطاقة إنتاجية مخططة تبلغ 1,000 قطعة شهريًا. كما تمتلك شركة "نيو كلين إنرجي" عددًا من براءات الاختراع المتعلقة بأشباه الموصلات من الجيل الثالث، ومن المتوقع أن تطلق سلسلة من منتجات ثنائيات كربيد السيليكون. وفي المستقبل، ستركز الشركة على تطبيقات مركبات الطاقة الجديدة.

يخضع استخدام كربيد السيليكون حاليًا لعوامل التكلفة والإنتاجية، وسيستغرق الأمر وقتًا قبل اعتماده على نطاق واسع. يبلغ حجم ركائز كربيد السيليكون السائدة عالميًا حاليًا 4 بوصات و6 بوصات. ونظرًا لصغر مساحة الرقاقة وانخفاض كفاءة قطعها، فإن تكلفة ركائز كربيد السيليكون مرتفعة. كما أن انخفاض إنتاجية التصنيع والتغليف في العمليات اللاحقة يُبقي تكلفة أجهزة كربيد السيليكون مرتفعة.

بحسب بيانات الأكاديمية الصينية للعلوم، فإن سعر ترانزستور SiCMOSFET أعلى بأربع مرات من سعر ترانزستور SiIGBT من نفس الفئة. يجب أن تستوفي أجهزة التحكم الإلكترونية المستخدمة في السيارات معايير أداء أكثر صرامة، وأن تحافظ على استقرار تشغيلها في درجات حرارة قصوى وبيئات اهتزازية شديدة. لذا، قبل إدخالها في المنتجات النهائية، تخضع ترانزستورات SiCMOSFET لاختبارات موثوقية طويلة الأمد. عادةً، تبلغ مدة صلاحية شهادات موثوقية وحدات IGBT المستخدمة في السيارات حوالي سنتين.

  3  تشكل الحواجز الرئيسية الثلاثة المتمثلة في المنتج والعملية وميزة الريادة في السوق خندقًا قويًا

3.1. بيئة العمل المعقدة تفرض متطلبات عالية للغاية على سلامة وموثوقية أجهزة IGBT المستخدمة في صناعة السيارات.

1) الحاجة إلى التكيف مع ظروف العمل ذات درجات الحرارة العالية والمنخفضة "الساخنة للغاية" و"الباردة للغاية": تتمتع ترانزستورات IGBT من فئة السيارات بنطاق واسع لدرجة حرارة التشغيل، وتختلف نطاقات درجات الحرارة باختلاف مواقع التركيب، مثل متطلبات حجرة المحرك -40 درجة مئوية -155 درجة مئوية، ومتطلبات التحكم في الهيكل -40 درجة مئوية -125 درجة مئوية، في حين أن رقائق ومكونات المستهلك التقليدية تحتاج فقط إلى الوصول إلى 0 درجة مئوية -70 درجة مئوية.

٢) ضرورة تحمل التغيرات المتكررة في التيار الناتجة عن عمليات التشغيل والإيقاف المتكررة: غالبًا ما تواجه المركبات عمليات تشغيل وإيقاف متكررة في ظروف الطرق المزدحمة. في هذه الحالة، يرتفع وينخفض ​​تيار تشغيل وحدة IGBT الخاصة بالمعزز والعاكس بشكل متكرر، مما يؤدي إلى تغيرات سريعة في درجة حرارة وصلة IGBT، الأمر الذي يتطلب مقاومة عالية للحرارة وأداءً ممتازًا في تبديد الحرارة.

3) ضرورة امتلاك مقاومة عالية للزلازل: نظرًا لتقلبات ظروف القيادة، كالمناطق الجبلية والطرق الموحلة والحصوية، قد تتعرض ترانزستورات IGBT المستخدمة في السيارات لاهتزازات وارتطامات قوية أثناء القيادة. لذا، يجب أن يتمتع كل طرف توصيل في وحدة IGBT بقوة ميكانيكية كافية لضمان التشغيل الطبيعي في ظل ظروف الاهتزازات القوية.

4) القدرة على التكيف مع بيئات العمل القاسية: نظرًا لوجود العفن والغبار والماء والبيئات الطبيعية المالحة والقلوية (كشاطئ البحر والثلج والمطر وغيرها)، بالإضافة إلى التداخل الكهرومغناطيسي وتآكل الغازات الضارة، تُفرض متطلبات عالية للغاية على أداء السلامة لترانزستورات IGBT، مثل مقاومة الماء والغبار والتآكل. في ظل هذه الظروف، لا يمكن لترانزستور IGBT أن يؤثر على عمله بشكل غير منضبط أو أن يتداخل مع المعدات الأخرى في المركبة (ناقل التحكم، وحدة التحكم الدقيقة، أجهزة الاستشعار).

5) يجب أن يتمتع بعمر خدمة طويل ومعدل أعطال منخفض. يبلغ العمر التصميمي للسيارة العادية حوالي 15 عامًا أو 600,000 كيلومتر. طوال دورة حياة السيارة، يكون الشرط الأساسي لمصنعي السيارات فيما يتعلق بمعدلات أعطال أشباه الموصلات في السيارات هو جزء واحد في المليون (PPM). بل إن معظم مصنعي السيارات يشترطون أن يكون معدل الأعطال في حدود جزء في المليار (PPB)، ما يعني تحقيق نسبة تقارب الصفر في التسامح مع الأعطال.

3.2. عملية تصميم وتصنيع وتغليف ترانزستورات IGBT المستخدمة في صناعة السيارات صعبة

يجب أن يضمن تصميم ترانزستورات IGBT المستخدمة في السيارات التوازن بين التشغيل والإيقاف، ومقاومة قصر الدائرة، وانخفاض جهد التوصيل، لذا فإن تحسين المعلمات عملية معقدة للغاية. تعمل رقائق IGBT المستخدمة في السيارات عادةً في بيئات ذات تيارات وجهود وترددات عالية. يتطلب تصميم الرقاقة ضمان توازن التشغيل والإيقاف، ومقاومة قصر الدائرة، وانخفاض جهد التوصيل (التحكم في الحرارة). لذا، فإن تصميم الرقاقة وضبط المعلمات وتحسينها عملية معقدة للغاية.

تتمثل الصعوبات الرئيسية في عملية تصميم الرقائق الإلكترونية فيما يلي:

(1) يجب أن يضمن تصميم الطرفية موثوقية عالية مع تحقيق حجم صغير وجهد تحمل عالٍ؛

(2) يجب أن يحقق تصميم الخلية كثافة تيار عالية مع ضمان منطقة عمل آمنة واسعة، مما يتطلب قدرات عالية للغاية لتبديد الحرارة؛

(3) يجب أن يحقق تصميم الخلية كثافة تيار عالية مع ضمان قدرة كافية على تحمل قصر الدائرة؛

عملية الإنتاج معقدة: فالصفائح سهلة الكسر، ودرجة انصهار المعدن الأمامي محدودة، مما يصعب التحكم بدرجة حرارة التلدين. عند تشغيل ترانزستور IGBT، يمكن اعتباره سلكًا، ويمر التيار عموديًا عبره من الأعلى إلى الأسفل حتى يصل إلى محرك التشغيل.

1) كلما كان سمك الشريحة أقل، انخفضت مقاومتها الحرارية، لكنها أكثر عرضة للكسر. عملية التخفيف: كلما كان سمك الشريحة أقل، قصر مسار تدفق التيار، وبالتالي تقل الطاقة المفقودة على الشريحة، مما يطيل عمر بطارية السيارة. في نهاية عام 2018، أعلنت شركة BYD أنها قادرة على تخفيف سماكة الرقاقات إلى 120 ميكرومتر، بينما يمكن تخفيف سماكة رقائق IGBT من شركة Infineon إلى 40 ميكرومتر فقط. تُعدّ المعالجة اللاحقة للرقاقات والشرائح بهذا السمك بالغة الصعوبة من الناحية التقنية، كما أنها عرضة للكسر.

٢) يجب إجراء عملية المعالجة الخلفية عند درجة حرارة منخفضة، وإلا ستؤدي بسهولة إلى انصهار المعدن الأمامي. تشمل عملية المعالجة الخلفية: زرع الأيونات في الطبقة الخلفية، والتنشيط بالتلدين، والتغطية المعدنية الخلفية، وغيرها من خطوات المعالجة. نظرًا لمحدودية درجة انصهار المعدن الأمامي والتناقص المستمر في سمك رقائق IGBT، يجب إجراء هذه العمليات الخلفية عند درجات حرارة منخفضة (لا تتجاوز ٤٥٠ درجة مئوية)، وإلا ستؤدي بسهولة إلى انصهار المعدن الأمامي وصعوبة بالغة في التنشيط بالتلدين.

تُعدّ التحديات التقنية أمام لحام وربط مكونات وحدات IGBT عالية. تُستخدم وحدات IGBT في السيارات غالبًا على شكل وحدات. وتتمثل بنية تغليف الوحدة في تجميع أجهزة أشباه الموصلات المنفصلة داخل الوحدة باستخدام طريقة متكاملة. عادةً ما تحتاج وحدة IGBT إلى المرور بتسع عمليات قبل طرحها في السوق، وهي: التوصيل، واللحام، والتنظيف بالبلازما، والكشف بالأشعة السينية، والربط، وملء المادة اللاصقة ومعالجتها، والتشكيل، والاختبار، ووضع العلامات. ومن بين هذه العمليات، يُعدّ اللحام والربط أصعب جوانب تكنولوجيا تغليف الوحدات.

(1) اللحام: تُعدّ معايير عملية التوصيل البيني باستخدام رقائق الفضة المتلبدة عند درجات حرارة منخفضة من العمليات المعقدة، كما أن تكلفة المواد والمعدات مرتفعة، مما يشكل عائقًا أمام دخول السوق. حاليًا، تُعتبر تقنية اللحام بالقصدير هي التقنية السائدة، إلا أنها تُنتج نتائج أقل اتساقًا وموثوقية. ولذلك، تم تطوير عملية توصيل بيني باستخدام رقائق الفضة المتلبدة عند درجات حرارة منخفضة. تتميز طبقة اللحام في هذه العملية بموصلية حرارية وكهربائية عالية، بالإضافة إلى موثوقية عالية. ومع ذلك، فإن هذه التقنية بالغة الصعوبة، حيث تُشكل صعوبة ضبط معايير العملية، وارتفاع تكلفة شراء المعدات، وارتفاع تكلفة مسحوق الفضة المستخدم في الإنتاج، عوائق تحول دون استخدام المصنّعين لهذه التقنية. في الوقت الراهن، تقتصر الشركات الرائدة، مثل إنفينون وميتسوبيشي، على استخدام تقنية التلبيد الفضي عند درجات حرارة منخفضة في لحام بعض وحدات IGBT عالية الأداء.

(2) التوصيل: يتميز بصعوبة عملية التوصيل. حاليًا، تُستخدم أسلاك الألومنيوم والنحاس بشكل شائع لتوصيل الأسطح الداخلية لرقائق وحدات IGBT. يتميز سلك النحاس بمقاومة منخفضة، وموصلية حرارية عالية، ومعامل تمدد منخفض، مما يجعله أكثر ملاءمة لوحدات السيارات ذات كثافة الطاقة العالية وتبديد الحرارة الفعال. مع ذلك، تكمن صعوبة عملية توصيل سلك النحاس في أنها تتطلب معالجة سطح الرقاقة بالنحاس، وتتطلب طاقة فوق صوتية عالية، مما قد يُلحق الضرر برقاقة IGBT نفسها. 1) يتميز النحاس بميله الشديد للأكسجين، مما يتطلب إحكامًا دقيقًا وعملية سريعة. تتأكسد أسلاك النحاس فور ملامستها للهواء. من حيث المبدأ، يمكن إتمام التغليف في غضون 48 ساعة من فتح العبوة. يكون سلك النحاس المؤكسد أكثر صلابة، ويصعب توصيله، وعرضة لانفصال وصلات اللحام أو انخفاض قوة الشد. 2) أثناء عملية التوصيل، يصعب التحكم في تدفق الغاز الخامل الواقي. لتقليل درجة أكسدة النحاس، يجب إضافة غاز واقٍ إلى منطقة تسخين الرقاقة المعرضة للأكسدة. يؤثر التدفق الزائد على درجة حرارة التسخين، بينما يُضعف التدفق المنخفض التأثير الواقي. 3) متطلبات المواد المستخدمة في تصنيع تجهيزات لحام الضغط صارمة. يجب أن يكون سطح التجهيزة أملسًا لضمان عدم ارتخاء الحامل والدبابيس، وإلا سيؤثر ذلك مباشرةً على سلسلة من مشاكل سلك اللحام، مثل ضعف احتراق الكرات، وقصر الأسلاك، والتواءها أثناء عملية لحام المنتج. 4) يجب أن تراعي إعدادات معلمات معدات الربط بشكل شامل عوامل مثل قوة اللحام، والطاقة الاحتياطية، واحتمالية حدوث حفر، وهي عوامل يصعب موازنتها والتحكم بها. أي مشكلة في أي خطوة ستؤدي إلى فشل الربط.

3.3. ميزة واضحة للمبادر الأول: دورة اعتماد طويلة وتكاليف استبدال عالية

نظراً لمتطلبات الموثوقية العالية لترانزستورات IGBT المستخدمة في السيارات، فإن دورة اعتمادها طويلة وتكاليف استبدالها مرتفعة. تتمتع الشركات الرائدة بمزايا واضحة لكونها أول من يدخل السوق.

1) عملية الاعتماد صارمة وتستغرق وقتًا طويلاً. يجب أن تستوفي أجهزة أو وحدات IGBT المنفصلة معايير الموثوقية AECQ100 (IC)/101 (للأجهزة المنفصلة)، ومعيار إدارة الجودة ISO/TS1649، ومعيار السلامة الوظيفية ISO26262ASILB (D) قبل أن تصبح مؤهلة لدخول سلسلة التوريد لمصنعي السيارات من الدرجة الأولى. وتستغرق دورة الاعتماد عادةً عامين على الأقل.

٢) ارتفاع تكلفة الاستبدال. تُعدّ وحدة IGBT مكونًا أساسيًا في المنتجات النهائية، فهي مسؤولة عن تنظيم الجهد والتيار والتردد والطور، وغيرها، في الدائرة. ويُعدّ أداؤها واستقرارها وموثوقيتها أمرًا بالغ الأهمية للعملاء النهائيين. يميل العملاء إلى توخي الحذر عند اختيار موردي IGBT الجدد. فهم لا يكتفون بتقييم قوة المورد نظريًا فحسب، بل يتخذون أيضًا قرارات شراء بكميات كبيرة بعد اختبار كل منتج على حدة، واختبار الجهاز بالكامل، وإجراء تجارب متعددة على دفعات صغيرة، وما إلى ذلك. ونتيجةً لذلك، تكون تكلفة الاستبدال مرتفعة، ودورة اتخاذ قرار الشراء طويلة.

3) يتطلب العمل في مجال ترانزستورات IGBT تراكم خبرة طويلة الأمد للوصول إلى مستوى عالٍ من المعرفة. تُعدّ رقائق IGBT ورقائق ثنائيات الاسترداد السريع حلقات أساسية في وحدات IGBT. تتضمن هذه العمليات مراحل إنتاج متعددة وتستخدم معدات إنتاج متنوعة. يُعدّ تنظيم الإنتاج والتحكم فيه وضبط المعدات وغيرها من الأعمال معقدة. على سبيل المثال، يتطلب اختيار ومعالجة مواد تبديد الحرارة، ودرجة التخفيف، وتركيز وكمية وسرعة حقن أيونات الفوسفور مرتين، والتحكم في درجة حرارة عملية المعالجة الخلفية والمعدات في كل مرحلة، خبرة طويلة الأمد لإتقان تصميم الرقائق وعملية الإنتاج.

تتطلب تطبيقات مركبات الطاقة الجديدة غالبًا إنتاجًا ضخمًا لوحدات IGBT ذات موثوقية واستقرار عاليين. ويتطلب ذلك تراكمًا طويلًا للخبرة لفهم خصائص المعدات والمواد وإتقان عملية الإنتاج. فعلى سبيل المثال، تتضمن عملية التجميع تحديد موضع الشريحة، ومعاملات التمدد الحراري وخصائص المواد المختلفة، وضبط منحنى إعادة التدفق لفرن إعادة التدفق، وغيرها من المعايير. وتتطلب عمليات الإنتاج هذه تجارب بحث وتطوير طويلة الأمد لإيجاد الحل الأمثل.

4) عوائق مالية كبيرة. صناعة IGBT صناعة كثيفة رأس المال، إذ تشمل سلسلة التوريد تصميم الرقائق وتصنيعها وتصنيع الوحدات واختبارها. ويتطلب إنتاجها واختبارها استيراد معدات في الغالب، ما يرفع تكلفتها. كما أن البحث والتطوير وتوسيع السوق يستغرقان وقتًا طويلاً. إضافةً إلى ذلك، فإن شركات تصنيع IGBT تحتاج إلى رأس مال عامل كبير. غالبًا ما يواجه الداخلون الجدد إلى السوق استثمارات ضخمة وإنتاجًا منخفضًا في المراحل الأولى، ما يستدعي دعمًا ماليًا قويًا لمواصلة البحث والتطوير والإنتاج والمبيعات.

بالمجمل، حتى لو أنتجت شركة جديدة منتجات IGBT، فسيستغرق الأمر وقتًا طويلاً لكسب ثقة العملاء والوصول إلى مستوى جيد من الخبرة. في الوقت نفسه، ستواجه أيضًا صعوبات الاستثمار الرأسمالي الضخم طويل الأجل وتطوير السوق. تتمتع الشركات الرائدة بمزايا واضحة في الريادة.

  4  تتميز بيئة المنافسة في صناعة IGBT للسيارات بالجودة العالية، لكن معدل التوطين لا يزال منخفضاً.

تتسم بيئة المنافسة بالتركيز، حيث تبلغ حصة CR4 الإجمالية 81%؛ ومع ذلك، فإن معدل التوطين منخفض، إذ لا تضم ​​قائمة أفضل 10 شركات سوى ثلاث شركات محلية. ووفقًا لإحصاءات أومديا لعام 2019، تستحوذ أكبر عشر شركات عالمية موردة لوحدات IGBT على 75.6% من حصة السوق. يتميز هيكل السوق بالتركيز، ونمط المنافسة فيه جيد.

بحسب بيانات صحيفة "إن إي تايمز"، بلغ إجمالي وحدات IGBT المُجمّعة في الصين عام 2019 ما مجموعه 1.08 مليون وحدة، استحوذت منها شركة إنفينون على 58.2% من السوق بواقع 628,000 ألف وحدة. وجاءت شركة بي واي دي للإلكترونيات الدقيقة في المرتبة الثانية بإجمالي 194,000 ألف وحدة مُجمّعة، أي ما يعادل 18%. واحتلت شركتا ميتسوبيشي إلكتريك وسيميكرون المرتبتين الثالثة والرابعة على التوالي، بحصتين بلغت 5.2% و3% على التوالي. أما شركة ستار سيميكوندكتور فاحتلت المرتبة الخامسة بحصة بلغت 1.6%. وجاءت شركة سي آر آر سي تايمز إلكتريك، وهي شركة تصنيع محلية أخرى، في المرتبة التاسعة بحصة بلغت 0.8%. وفي عام 2019، بلغت الحصة السوقية المُجمّعة لأكبر أربع شركات مُصنّعة لوحدات IGBT لمركبات الطاقة الجديدة 81.4%، مما يُشير إلى نمط احتكاري قليل البائعين. من بين الشركات المصنعة المحلية، ثلاث شركات فقط، وهي BYD Microelectronics و Star Semiconductor و CRRC Times Electric، تقع ضمن أفضل 10 شركات من حيث الحصة السوقية، حيث تمثل 20.4٪، مع معدل توطين منخفض.

من منظور تغطية الجهد، تتزايد شمولية خطوط إنتاج IGBT لدى الشركات المحلية. تمتلك شركة Star Semiconductor، وهي شركة تصنيع محلية، حاليًا أحد أكثر خطوط إنتاج وحدات IGBT شمولًا في البلاد، حيث تغطي نطاقًا واسعًا من مجالات التطبيق بدءًا من الجهد العالي (3300 فولت) وصولًا إلى الجهد المتوسط ​​والمنخفض (600 فولت). أما شركة CRRC Times Electric، فتركز بشكل أساسي على السكك الحديدية عالية السرعة والقطارات فائقة السرعة وغيرها من القطاعات الفرعية، وتتمتع حاليًا بقدرة تنافسية معينة، لا سيما في مجال الجهد العالي الذي يزيد عن 4500 فولت.

تُغطي منتجات إنفينون جميع مجالات التطبيقات النهائية لجميع مستويات الجهد، بينما تُركز ABB بشكل أساسي على منتجات الجهد العالي والجهد الأعلى. عمومًا، تُغطي منتجات IGBT للشركات المحلية السوق بأكمله من الجهد المنخفض إلى الجهد العالي، ويُعدّ التوزيع في مجال الجهد المنخفض مُتكاملًا نسبيًا. مع ذلك، بالمقارنة مع الشركات المُصنّعة الأجنبية، لا تزال أجهزة الطاقة المنفصلة في بلادنا بحاجة إلى تعزيز في مجال الجهد العالي.

  5    عوامل متعددة تسرع من استبدال المنتجات المحلية وتعزز زيادة الحصة

مع ازدياد حدة التوترات التجارية، تزداد الحاجة إلى أشباه موصلات ذاتية التشغيل وقابلة للتحكم. وقد شهدت التوترات التجارية بين الصين والولايات المتحدة في السنوات الأخيرة اتجاهاً تصاعدياً.

في مارس 2016 وأبريل 2018، أُدرجت شركة ZTE مرتين في "قائمة الكيانات" الأمريكية. وفي 15 مايو 2019، أُدرجت شركة هواوي في "قائمة الكيانات" ومُنعت من التعاون التجاري مع الشركات الأمريكية أو شراء معدات الاتصالات منها. ونتيجةً لذلك، أوقفت جوجل تقديم خدماتها لشركة هواوي.

في 15 مايو/أيار 2020، فرضت الولايات المتحدة حظراً جديداً على شركة هواوي، يشترط موافقة الولايات المتحدة على الرقائق المصنعة باستخدام التكنولوجيا والمعدات الأمريكية قبل بيعها لهواوي. وفي 17 أغسطس/آب 2020، أُدرجت 38 شركة تابعة لهواوي في قائمة الكيانات المحظورة، ودخل الحظر حيز التنفيذ الكامل في 15 سبتمبر/أيلول من العام نفسه.

في ديسمبر/كانون الأول 2020، أدرجت الولايات المتحدة شركة SMIC ضمن قائمة الشركات الصينية المرتبطة بالقطاع العسكري. وفي ظل الحصار التكنولوجي الأمريكي المشدد على الصين، تواجه الصين مخاطر تفاقم الاحتكاكات التجارية، واضطرابات الإمداد، وضعف التعاون الدولي. ولذا، بات من الضروري بشكل متزايد إنشاء سلسلة إمداد مستقلة وقابلة للتحكم لأشباه الموصلات، وتسريع وتيرة استبدال المنتجات المحلية.

أصبحت الصين أكبر سوق استهلاكية للسيارات في العالم، مما يتيح فرصةً واعدةً لتطوير تقنية IGBT في قطاع السيارات. في عام 2019، بلغت مبيعات السيارات الجديدة في الصين 25.75 مليون وحدة، ما يمثل حوالي 28.5% من إجمالي مبيعات السيارات الجديدة عالميًا، ما يجعلها أكبر سوق استهلاكية للسيارات في العالم. ورغم أن عدد السيارات المملوكة حاليًا في بلادي يتجاوز 260 مليون سيارة، إلا أن نصيب الفرد من ملكية السيارات لا يزال أقل بكثير من نظيره في الدول المتقدمة.

بحسب بيانات البنك الدولي، بلغ نصيب الفرد من ملكية السيارات في بلدي عام 2019 نحو 0.173 سيارة؛ بينما بلغ في الولايات المتحدة 0.837 سيارة، أي ما يعادل 4.8 أضعاف نظيره في الصين؛ وفي اليابان 0.591 سيارة، أي ما يعادل 3.4 أضعاف نظيره في الصين. ومن المتوقع أن تستمر مبيعات السيارات في الصين بالنمو مستقبلاً. يوفر سوق السيارات الاستهلاكي الواسع مجالاً رحباً لتطوير شركات IGBT في بلدي، ويرسي أساساً متيناً لنموها.

ارتفعت حصة مصنعي الطاقة المتجددة المحليين، مما سرّع من استبدال وحدات IGBT المنتجة محليًا. أما فيما يخص سيارات الوقود، فنظرًا لتأخر دخول بلادي هذا المجال، فإن قدرتها التنافسية في صناعة سيارات الوقود التقليدية ضعيفة. ففي الأرباع الثلاثة الأولى من عام 2020، بلغت مبيعات سيارات الركاب في بلادي 13.38 مليون وحدة، لم تتجاوز مبيعات سيارات الركاب ذات العلامات التجارية الصينية منها 36%. وفي صناعة سيارات الطاقة المتجددة، تستحوذ بلادي على حصة كبيرة من السوق، وقد حققت مزايا تكنولوجية وتسويقية ملحوظة.

في الأرباع الثلاثة الأولى من عام 2020، باعت الصين 620,000 ألف وحدة من سيارات الركاب العاملة بالطاقة الجديدة، شكلت العلامات التجارية المستقلة والشركات المصنعة للسيارات الجديدة والمشاريع المشتركة الأجنبية منها 55% و15% و30% على التوالي. وبلغت حصة المصنعين المحليين 70%، وهي نسبة أعلى بكثير من نظيرتها في سوق سيارات الوقود التقليدي. ومع ازدياد انتشار سيارات الطاقة الجديدة تدريجياً، يُتوقع أن ترتفع حصة مصنعي السيارات المحليين في السوق، مما قد يؤدي إلى تفوقهم في بعض القطاعات. وفي ظل تصاعد التوترات التجارية، يُتوقع أن يلجأ مصنعو سيارات الطاقة الجديدة المحليون إلى استخدام المزيد من وحدات IGBT محلية الصنع، وذلك لأسباب تتعلق بأمن سلاسل التوريد، مما سيرفع من حصة هذه الوحدات.

تتمتع الشركات المصنعة المحلية بمزايا فعالية التكلفة وسرعة الاستجابة، ما يتماشى مع توجه خفض التكاليف وتحسين كفاءة مركبات الطاقة الجديدة. وبالمقارنة مع المنافسين الأجانب، تتميز الشركات المصنعة المحلية لترانزستورات IGBT بانخفاض تكاليف التواصل مع مصنعي السيارات، وسرعة التسليم، وقدرات خدمة متميزة، والقدرة على الاستجابة السريعة لاحتياجات العملاء، ما يمنحها ميزة الاستجابة الفورية. إضافةً إلى ذلك، تتمتع الشركات المصنعة المحلية لأشباه موصلات الطاقة بمزايا تنافسية من حيث التكلفة، وانخفاض تكاليف الخدمات اللوجستية والعمالة، ما يلبي احتياجات مصنعي مركبات الطاقة الجديدة لخفض التكاليف وزيادة الكفاءة مع زيادة انتشارها وحصتها السوقية.

تدعم السياسات والتمويلات تطوير صناعة IGBT المحلية. تتمتع IGBT بسوق محلية ودولية ضخمة، وتلعب دورًا لا غنى عنه في تحديث الهيكل الصناعي، وترشيد استهلاك الطاقة، وخفض الانبعاثات، والطاقة المتجددة، وغيرها من المجالات. في السنوات الأخيرة، أطلقت الدولة عددًا من السياسات لدعم تطوير صناعة أشباه الموصلات، بما في ذلك IGBT، من جوانب التنمية الصناعية، والبحث والتطوير، والاستثمار المالي والضريبي.

في أغسطس 2020، أصدر مجلس الدولة "عدة سياسات لتعزيز التنمية عالية الجودة لصناعة الدوائر المتكاملة وصناعة البرمجيات في العصر الجديد" لدعم تطوير صناعة أشباه الموصلات بشكل شامل من التمويل والضرائب والاستثمار والتمويل والبحث والتطوير، وما إلى ذلك. وسيكون الدعم الشامل للسياسات بمثابة دفعة فعالة للتطور السريع لصناعة IGBT.

إضافةً إلى ذلك، تُقدّم الدولة دعماً فعّالاً على المستوى المالي. وقد أُنشئت المرحلتان الأولى والثانية من الصندوق الوطني لصناعة الدوائر المتكاملة (المعروف باسم الصندوق الكبير) في عامي 2014 و2019 على التوالي. وجمعت المرحلة الأولى من الصندوق الكبير 138.7 مليار يوان، بينما بلغ رأس مال المرحلة الثانية 204.15 مليار يوان.

بحسب إحصائيات موقع Jiwei.com، تشمل مجالات استثمار المرحلة الأولى من الصندوق الكبير: تصنيع الدوائر المتكاملة بنسبة 67%، والتصميم بنسبة 17%، والتغليف والاختبار بنسبة 10%، ومواد المعدات بنسبة 6%. وبفضل استثمارات الصناديق الكبيرة ورأس المال الاجتماعي الذي توفره، حققت صناعة الدوائر المتكاملة، بما فيها IGBT، نموًا ملحوظًا.

باختصار، من المتوقع أن يتسارع استبدال وحدات IGBT المستخدمة في السيارات بنظيراتها المحلية، مما يُسهم في زيادة حصة الشركات المصنعة المحلية. أولًا: تُعد بلادي أكبر سوق استهلاكية للسيارات في العالم، وسيستمر الطلب الاستهلاكي على السيارات في الازدياد مستقبلًا، مما يوفر فرصة سانحة لتطوير شركات تصنيع وحدات IGBT المحلية. ثانيًا: مع ازدياد حدة التوترات التجارية، أصبحت الحاجة إلى أشباه موصلات ذاتية التحكم أكثر إلحاحًا. ثالثًا: تتمتع الشركات المصنعة المحلية في قطاع مركبات الطاقة الجديدة بميزة الريادة، ومن المتوقع أن تحقق تفوقًا في بعض القطاعات. ومع ازدياد حصة شركات مركبات الطاقة الجديدة المحلية، ونظرًا لاعتبارات أمن سلسلة التوريد، يُتوقع أن يتجه المزيد من مصنعي أشباه الموصلات المحليين إلى استخدام منتجاتها، وبالتالي زيادة حصة وحدات IGBT المحلية. رابعًا: تتمتع شركات تصنيع وحدات IGBT المحلية بمزايا خدمة محلية، مثل الأداء المتميز من حيث التكلفة وسرعة الاستجابة، مما يلبي احتياجات مركبات الطاقة الجديدة لخفض التكاليف وزيادة الكفاءة، ومن المتوقع أن تزيد حصتها السوقية في المنافسة المستقبلية. خامسًا: تدعم السياسات والتمويلات الوطنية تطوير صناعة وحدات IGBT. بناءً على التحليل أعلاه، نعتقد أن عملية الاستبدال المحلية لتقنية IGBT في السيارات ستتسارع وتحقق زيادة في الحصة السوقية.

إضافةً إلى زيادة حصتهم السوقية، سيستفيد مصنّعو ترانزستورات IGBT المحليون استفادةً كاملةً من النمو السريع لسوق ترانزستورات IGBT في قطاع السيارات المحلي. ووفقًا لحساباتنا، من المتوقع أن يصل حجم سوق ترانزستورات IGBT لمركبات الطاقة الجديدة في الصين إلى 17.7 مليار يوان بحلول عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 43.45%. كما سيصل حجم سوق ترانزستورات IGBT لمحطات شحن مركبات الطاقة الجديدة في الصين إلى 14.7 مليار يوان بحلول عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 43.45%.

من المتوقع أن يصل حجم سوق تقنية IGBT لمركبات الطاقة الجديدة في الصين إلى 17.7 مليار يوان بحلول عام 2025، أي ما يعادل ستة أضعاف حجمه في عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 43.45%. ووفقًا لبيانات الجمعية الصينية للسيارات، بلغ حجم مبيعات السيارات في الصين 25.3 مليون سيارة في عام 2020. ومن المتوقع أن يصل هذا الحجم إلى 30 مليون سيارة بحلول عام 2025، منها 1.32 مليون سيارة تعمل بالطاقة الجديدة في عام 2020، بنسبة انتشار تبلغ 5.22%.

إذا بلغ معدل انتشار مركبات الطاقة الجديدة في الصين عام 2025 النسبة المقترحة في "خطة تطوير صناعة مركبات الطاقة الجديدة (2021-2035)"، وهي 20%، فإن مبيعات مركبات الطاقة الجديدة في الصين سترتفع من 1.32 مليون وحدة عام 2020 إلى 6 ملايين وحدة عام 2025. وبناءً على القيمة التقديرية لأشباه موصلات الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة التي حسبناها سابقًا، من المتوقع أن يصل حجم سوق أشباه موصلات الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة في الصين إلى 17.7 مليار يوان عام 2025، أي ستة أضعاف حجمه عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 43.45%.

تشير التقديرات إلى أن سوق تقنية IGBT في الصين لمركبات الطاقة الجديدة سيصل إلى 14.7 مليار يوان بحلول عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 43.45%، وستكون تقنية IGBT هي الأكثر استفادة من هذا النمو. ووفقًا لبيانات Yole، بلغ حجم سوق IGBT العالمي لمركبات الطاقة الجديدة 600 مليون دولار أمريكي في عام 2019. كما أفادت بيانات EVSalesBlog أن المبيعات العالمية للسيارات الكهربائية الهجينة القابلة للشحن والسيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات فقط بلغت حوالي 2.2 مليون سيارة في عام 2019. من هذا، يمكن حساب أن متوسط ​​قيمة دراجات IGBT يبلغ 273 دولارًا أمريكيًا (ما يمثل 83% من قيمة أشباه موصلات الطاقة للدراجات)، متأثرًا بمحدودية إنتاج رقائق أشباه الموصلات. وبالنظر إلى محدودية الطاقة الإنتاجية العالمية الحالية لرقائق أشباه الموصلات، فمن المتوقع أن يظل سعر أشباه موصلات الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة مرتفعًا هذا العام، وأن ترتفع قيمة الدراجات تدريجيًا في المستقبل مع توجه السيارات نحو الكهرباء وزيادة انتشار المحركات المزدوجة. وبضرب هذا الرقم في مبيعات مركبات الطاقة الجديدة في الصين، والتي تبلغ 6 ملايين وحدة في عام 2025، يُتوقع أن ينمو حجم سوق IGBT لمركبات الطاقة الجديدة في الصين من حوالي 2.4 مليار وحدة في عام 2020 إلى 14.7 مليار وحدة في عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 43.45%.

من المتوقع أن يصل حجم سوق محطات شحن مركبات الطاقة الجديدة بتقنية IGBT في الصين إلى 10.9 مليار يوان بحلول عام 2025، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 35%. ويبلغ متوسط ​​دورة إخراج مركبات الطاقة الجديدة من الخدمة حاليًا ما بين 8 و10 سنوات. وبناءً على حسابات مبيعات مركبات الطاقة الجديدة في كل عام من الأعوام المذكورة، يُتوقع أن يصل عدد مركبات الطاقة الجديدة إلى 22.46 مليون مركبة بحلول عام 2025.

مع تطور البنية التحتية الجديدة، وبافتراض متحفظ أن نسبة المركبات إلى نقاط الشحن سترتفع إلى 2:1 بحلول عام 2025، يُمكن حساب أن عدد نقاط الشحن في عام 2025 سيبلغ حوالي 11.23 مليون نقطة. ونظرًا لتركيز سياسة البنية التحتية الجديدة على إنشاء نقاط شحن عامة، فمن المتوقع أن ترتفع نسبة هذه النقاط من 48% في عام 2020 إلى 50% في عام 2025. إضافةً إلى ذلك، ونظرًا لزيادة الطلب على الشحن السريع، فمن المتوقع أن ترتفع نسبة نقاط الشحن بالتيار المستمر ضمن نقاط الشحن العامة من 38% في عام 2020 إلى 50% في عام 2025.

وفقًا لبيانات إعلانات المناقصات لمشروع محطات شحن المركبات التابعة لشركة شبكة الدولة على مر السنين، فقد حسبنا أن متوسط ​​سعر الواط الواحد لمحطة الشحن العامة بالتيار المستمر بقدرة 60 كيلوواط، وهي القوة الدافعة الرئيسية للمناقصات، انخفض من 1.15 يوان/واط في عام 2017 إلى 0.9 يوان/واط في عام 2019 (انخفض سعر الجهاز الواحد من 69,000 يوان في عام 2017 إلى 54,000 يوان في عام 2019)؛ وانخفض متوسط ​​سعر الجهاز الواحد في محطات الشحن العامة بالتيار المتردد من 9,500 يوان في عام 2017 إلى 5,400 يوان في عام 2019.

استنادًا إلى بحثنا حول أسعار محطات الشحن الخاصة لكبرى شركات تصنيع سيارات الطاقة الجديدة في السوق، فقد حسبنا أن سعر محطات الشحن الخاصة انخفض من 12,700 يوان/وحدة في عام 2017 إلى 7,800 يوان/وحدة في عام 2020. وبحساب أن ترانزستورات IGBT تمثل حوالي 20% من تكلفة محطات الشحن، فمن المتوقع أن يصل حجم سوق ترانزستورات IGBT المحلية لمحطات الشحن إلى 10.9 مليار يوان في عام 2025، بزيادة قدرها 3.4 أضعاف عن 2.5 مليار يوان في عام 2020، بمعدل نمو سنوي مركب قدره 34.5%.

  6    من الصعب تخفيف محدودية الطاقة الإنتاجية على المدى القصير، ويستمر ازدهار أشباه الموصلات الكهربائية في الارتفاع.

الطاقة الإنتاجية لشاشات 8 بوصة محدودة، ويعمل مصنع الرقائق بكامل طاقته. في عام 2020، ساهم انتشار تقنية الجيل الخامس (5G) و"اقتصاد العمل من المنزل" الناتج عن الجائحة في تسريع التحول الرقمي للمجتمع. واستمر سوق الأجهزة الطرفية، مثل السيارات والأجهزة المنزلية والأجهزة الرقمية، في التعافي، مما عزز بشكل كبير نمو الطلب على أشباه الموصلات.

بالإضافة إلى ذلك، لم تتم السيطرة بشكل كامل على الوباء في أوروبا والولايات المتحدة، وقد دفعت عوامل مثل عدم وضوح آفاق العلاقات التجارية الصينية الأمريكية مصنعي الرقائق إلى زيادة مخزونات السلامة. وقد أدى تضافر عدة عوامل إلى تجاوز العرض في طاقة إنتاج مصانع الرقائق للطلب، حيث تقترب طاقة إنتاج رقائق 8 بوصة لدى كبرى شركات تصنيع الرقائق من طاقتها القصوى. ومن بين الشركات الأكثر تقدماً في العالم، تجاوز معدل استخدام الطاقة الإنتاجية لشركة هواهونغ هونغلي 100% في الربع الثالث من عام 2020، كما بلغ معدل استخدام الطاقة الإنتاجية لشركتي يو إم سي وإس إم آي سي مستوىً عالياً أيضاً بنسبة 95%.

يتركز الوقت اللازم لوصول الطاقة الإنتاجية العالمية الجديدة لرقائق السيليكون إلى طاقتها الإنتاجية الكاملة بشكل رئيسي خلال الفترة من 2023 إلى 2025، مما يجعل حل مشكلة نقص الطاقة الإنتاجية على المدى القريب أمرًا صعبًا. وبحسب بيانات ICInsights، من المتوقع أن تبلغ الطاقة الإنتاجية العالمية لرقائق السيليكون الجديدة (ما يعادل 8 بوصات) حوالي 17.9 مليون رقاقة في عام 2020، مع إضافة 20.8 مليون رقاقة في عام 2021. إلا أن فترة زيادة الطاقة الإنتاجية في مصانع تصنيع رقائق السيليكون طويلة نسبيًا، وتتراوح عادةً بين 3 و5 سنوات، وذلك بسبب شراء المعدات، وضبطها، وتحقق العملاء منها، وغيرها من الأسباب. ومن المتوقع أن يصل هذا الجزء من الطاقة الإنتاجية الجديدة إلى طاقته الإنتاجية الكاملة خلال الفترة من 2023 إلى 2025، مما يجعل حل مشكلة نقص الطاقة الإنتاجية على المدى القريب أمرًا صعبًا.

تبلغ الطاقة الإنتاجية المحلية لأشباه الموصلات قيد الإنشاء حوالي 27.96 مليون قطعة من رقائق السيليكون بحجم 8 بوصات سنويًا، وسيتم تشغيل معظمها في عام 2022. ومع ذلك، ونظرًا لوجود فترة طويلة لزيادة الطاقة الإنتاجية بعد تشغيل خطوط الإنتاج الجديدة، فمن الصعب تخفيف ضغط الطاقة الإنتاجية على المدى القصير. ووفقًا لإحصاءاتنا غير المكتملة، تبلغ الطاقة الإنتاجية المحلية الحالية لأشباه الموصلات حوالي 2.88 مليون قطعة شهريًا (ما يعادل رقائق السيليكون بحجم 8 بوصات، بما في ذلك رقائق السيليكون ورقائق أشباه الموصلات المركبة)، بينما تبلغ الطاقة الإنتاجية المحلية الإجمالية قيد الإنشاء حوالي 2.33 مليون قطعة شهريًا (27.96 مليون قطعة سنويًا). سيتم تشغيل معظم خطوط الإنتاج الجديدة في عام 2022. ومع ذلك، ونظرًا لوجود فترة لزيادة الطاقة الإنتاجية تتراوح بين 3 و5 سنوات بعد تشغيل خطوط الإنتاج الجديدة، فمن غير الممكن الوصول إلى الطاقة الإنتاجية الكاملة بسرعة. من المتوقع أن يظل من الصعب التخفيف من نقص الطاقة الإنتاجية على المدى القصير.

تشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2025، سيبلغ عدد رقائق السيليكون بحجم 8 بوصات المطلوبة لتصنيع وحدات IGBT المستخدمة في السيارات عالميًا 1.69 مليون رقاقة، أي بزيادة قدرها 5.4 أضعاف مقارنةً بعام 2020. يوجد حاليًا نوعان من المركبات الكهربائية في السوق: أحادية المحرك وثنائية المحرك. تستخدم معظم مركبات الطاقة الجديدة حاليًا تصميمًا أحادي المحرك. ومع ذلك، ومع تطور تقنيات تصنيع مركبات الطاقة الجديدة مستقبلًا، سيزداد انتشار مركبات الطاقة الجديدة ثنائية المحرك التي توفر أداءً أعلى.

في مركبات الطاقة الجديدة، يستخدم كل محرك عاكسًا، ويستخدم كل عاكس وحدة IGBT. ونظرًا للأداء الممتاز للمحركات المزدوجة، نتوقع أن تصل نسبة انتشارها إلى 20% بحلول عام 2025. وتشير التقديرات إلى أن العالم سيحتاج في عام 2025 إلى تجميع وحدات IGBT لـ 12 مليون مركبة كهربائية و14.4 مليون محرك. حاليًا، تُعبأ من 10 إلى 18 شريحة IGBT في وحدة IGBT واحدة مخصصة للسيارات (يختلف عدد الشرائح باختلاف مستويات الجهد الكهربائي لوحدات IGBT). وبحساب متوسط ​​15,216 مليون شريحة IGBT، نحتاج إلى ذلك. وبناءً على حساب أن كل رقاقة سيليكون بقطر 8 بوصات يمكنها استيعاب حوالي 128 شريحة IGBT، فمن المتوقع أن يصل الطلب العالمي على رقاقات السيليكون بقطر 8 بوصات لوحدات IGBT المخصصة للسيارات وحدها إلى 1.69 مليون رقاقة في عام 2025، أي بزيادة قدرها 5.4 أضعاف مقارنةً بعام 2020.

انتقلت الزيادة في أسعار رقائق السيليكون إلى المراحل اللاحقة من سلسلة التوريد الصناعية، ولا يزال ازدهار صناعة أشباه الموصلات مستمراً. يستمر الطلب النهائي في النمو، بينما وصلت الطاقة الإنتاجية الحالية للمصانع إلى أقصى طاقتها، ولا يمكن زيادة الطاقة الإنتاجية الجديدة بسرعة على المدى القريب. وقد أدى التناقض بين العرض والطلب إلى ارتفاع أسعار رقائق السيليكون في المصانع.

ألغت شركة TSMC خصم الـ 3% على خدمات تصنيع رقائق السيليكون مقاس 12 بوصة لكبار عملائها. ورفعت شركة UMC تباعًا أسعار خدمات تصنيع رقائق السيليكون مقاس 8 بوصات، ثم تبعتها برفع أسعار خدمات تصنيع رقائق السيليكون مقاس 12 بوصة. وانعكست هذه الزيادة في أسعار خدمات التصنيع فورًا على المصنّعين في المراحل الدنيا من سلسلة التوريد، حيث رفع معظمهم أسعارهم بأكثر من 10%. ومن بين هؤلاء، أعلنت شركة Renesas Electronics عن زيادة أسعار بعض منتجاتها التناظرية ومنتجات الطاقة بنسبة تتراوح بين 15% و100%. واستفادت شركات مثل Infineon من ارتفاع أسعار المنتجات، فقامت بتمديد فترات تسليمها. ومن المتوقع أن يستمر ازدهار سلسلة صناعة أشباه الموصلات.

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من "مركز أبحاث المستقبل"، الذي يدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.