هجوم عام 2021 على سوق كربيد السيليكون المحلي!

الصفحة الرئيسية أخبار الأخبار الصناعية هجوم عام 2021 على سوق كربيد السيليكون المحلي!

2022-03-17 312

تقول صناعة أشباه الموصلات: "جيل من المواد، جيل من التكنولوجيا، جيل من الصناعة".

تُعرف صناعة أشباه الموصلات بأنها "جيل من المواد، وجيل من التكنولوجيا، وجيل من الصناعة". كان الجيل الأول هو السيليكون، والجيل الثاني هو زرنيخيد الغاليوم، وما سندرسه اليوم هو سلسلة صناعة أشباه الموصلات من الجيل الثالث.

يُطلق على نتريد الغاليوم (GaN) وكربيد السيليكون (SiC) اسم ثنائي أشباه الموصلات من الجيل الثالث. في هذه المقالة، نركز على كربيد السيليكون (SiC).

Today, when Si material is close to the theoretical performance limit, SiC power devices have always been regarded as "ideal devices" and are highly anticipated due to their high withstand voltage, low loss, high efficiency and other characteristics.

مع التطور السريع للصناعات الاستراتيجية الناشئة مثل الجيل الخامس، ومركبات الطاقة الجديدة، وتوليد الطاقة الكهروضوئية، والفضاء، سارعت الشركات في المراحل الأولية والنهائية من سلسلة الصناعة إلى دخول السوق.بفضل النمو الهائل المحتمل في الطلب السوقي، وبيئة الاستثمار الجذابة، والدعم السياسي، أكملت صناعة الصناعات التحويلية في بلدي هيكلها الأساسي..

من منظور مجالات التطبيق، تُعدّ مركبات الطاقة الجديدة أكبر سوق لتطبيقات أجهزة كربيد السيليكون، إذ تستحوذ على أكثر من 50% من السوق. وفي المستقبل، ستصبح الصين أكبر سوق لكربيد السيليكون.

مع اقتراب عمليات تصنيع مواد أشباه الموصلات من الجيلين الأول والثاني تدريجياً من الحدود الفيزيائية، أصبحت مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث، والتي من المتوقع أن تخترق عنق الزجاجة في تكنولوجيا أشباه الموصلات التقليدية، محط أنظار التطور الصناعي.

في الواقع، يعود السبب في تقسيم مواد أشباه الموصلات إلى "أجيال" في الصين جزئياً إلى الثورات الصناعية الثلاث التي أعقبت التطبيق واسع النطاق لمواد أشباه الموصلات.

يمثل السيليكون (Si) الجيل الأول من مواد أشباه الموصلات، والذي حل محل أنابيب الإلكترون الضخمة وعزز التطور السريع لصناعة الإلكترونيات الدقيقة مع الدوائر المتكاملة كنواة لها.

تتكون مواد أشباه الموصلات من الجيل الثاني بشكل رئيسي من زرنيخيد الغاليوم (GaAs) وأنتيمونيد الإنديوم (InSb) وما إلى ذلك. تعتبر ليزرات أشباه الموصلات المصنوعة من فوسفيد الإنديوم مكونات رئيسية لأنظمة الاتصالات البصرية، وقد فتحت أجهزة زرنيخيد الغاليوم عالية السرعة آفاقًا جديدة لصناعات الألياف البصرية والاتصالات المتنقلة.

تعمل مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث، والتي يمثلها كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN)، بشكل فعال على تعزيز تطوير الطاقة الجديدة والخلايا الكهروضوئية والمركبات الكهربائية وغيرها من الصناعات.

بالنظر إلى المعايير الثلاثة المهمة لمواد أشباه الموصلات، فإن مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث أقوى من أجهزة مادة السيليكون في ثلاثة مؤشرات: حركة الإلكترون (أداء التشغيل عالي التردد في ظل ظروف الجهد المنخفض)، ومعدل الانجراف التشبعي (أداء التشغيل عالي التردد في ظل ظروف الجهد العالي)، وعرض فجوة النطاق (أداء تحمل الجهد، وأقصى درجة حرارة تشغيل، والأداء البصري للجهاز).

ومن بينها، تبرز تقنية "فجوة النطاق العريض" (WBG) في أشباه الموصلات من الجيل الثالث كأكثرها جاذبية. وتتمثل ميزة فجوة النطاق العريض في مقاومة الجهاز للجهد العالي ودرجة الحرارة المرتفعة، فضلاً عن قدرته العالية، ومقاومته للإشعاع، وموصليته القوية، وسرعة تشغيله العالية، وفقد الطاقة المنخفض أثناء التشغيل.

الثقة والفرص الجيدة المتاحة لشركات سلسلة صناعة الصناعات التحويلية المحلية لتحقيق خطوات كبيرة إلى الأمام

إمكانات السوق

تُعدّ بلادي أكبر سوق في العالم لمركبات الطاقة الجديدة. ومع بدء تسلا وغيرها من العلامات التجارية بالترويج لحلول كربيد السيليكون بكميات كبيرة، يسارع المصنّعون المحليون إلى مواكبة هذا التوجه. وقد بدأت شركات تصنيع المعدات الأصلية، وعلى رأسها شركة BYD، بوضع خطط شاملة لتسريع استخدام أجهزة أشباه الموصلات من الجيل الثالث في قطاع السيارات.

من منظور الدولة، تعد الصين أكبر سوق لمركبات الطاقة الجديدة في العالم، حيث تتجاوز مبيعاتها مبيعات جميع الدول الأخرى بكثير وتمثل أكثر من 40٪ من الحصة العالمية.من منظور مجالات التطبيق، تُعدّ مركبات الطاقة الجديدة أكبر سوق لتطبيقات أجهزة كربيد السيليكون، إذ تستحوذ على أكثر من 50% من السوق. وفي المستقبل، ستصبح الصين أكبر سوق لكربيد السيليكون.

بحسب بيانات IHS، سيصل إجمالي سوق كربيد السيليكون (SiC) إلى 50 مليون دولار أمريكي هذا العام، وسيرتفع إلى 160 مليون دولار أمريكي بحلول عام 2028. وفي سوق شحن المركبات الكهربائية، سيبلغ معدل النمو السنوي المركب لكربيد السيليكون 59% خلال السنوات القليلة المقبلة؛ وفي سوق الطاقة الشمسية وتخزين الطاقة، سيبلغ معدل النمو السنوي المركب 26%؛ وفي قطاع إمدادات الطاقة، سيبلغ هذا المعدل 16%. وبذلك، يصل معدل النمو السنوي المركب الإجمالي إلى 16%.

government promotion

وتلعب الحكومة دور رأس المال الاستثماري وتشارك في الاستثمار وبناء عدد كبير من مشاريع كربيد السيليكون.

تُستثمر معظم مشاريع كربيد السيليكون وتُنفذ بشكل مشترك بين الحكومات المحلية والشركات. وتستثمر الحكومات المحلية نسبة أكبر وتتحمل مخاطر أكبر.

بخلاف المشاريع التقليدية القائمة على السيليكون والتي تتركز في مدن الدرجة الأولى والثانية في الصين، تنتشر مشاريع كربيد السيليكون في جميع أنحاء البلاد.

بالمقارنة مع المشاريع القائمة على السيليكون، فإن الاستثمار الإجمالي في مشاريع كربيد السيليكون منخفض نسبيًا، والعديد من حكومات المدن الصغيرة والمتوسطة الحجم حريصة على تحسين صورة المدينة وزيادة انتشار صناعة أشباه الموصلات.

ملخص لبعض مشاريع كربيد السيليكون التي تشارك فيها الحكومات المحلية بشكل خاص

تدفق رأس المال

يتزايد الحماس الاستثماري، وتتدفق مبالغ كبيرة من المال إلى صناعة كربيد السيليكون.

السياسات

أصدرت الحكومات المركزية والمحلية سلسلة من السياسات لتعزيز تطوير صناعة كربيد السيليكون.

في القواعد التفصيلية التي أُعلنت في السنة الحادية والعشرين من الخطة الخمسية الوطنية الرابعة عشرة

It is expected that descriptions focusing on supporting the development of the third-generation semiconductor industry will be added.

إضافةً إلى ذلك، وضعت الصين في إطار مبادرة "صنع في الصين 2025" أهدافًا محددة لنسبة توطين اتصالات الجيل الخامس وكفاءة إدارة الطاقة. ويتطلب هذا الهدف أن تصل نسبة توطين مواد أشباه الموصلات المتقدمة إلى 50% بحلول عام 2025. وستساهم هذه السياسات الداعمة بشكل كبير في تطوير ونمو سوق كربيد السيليكون.

خلال مشاركة شركة لويجينغ لأشباه الموصلات في معرض ميونخ للإلكترونيات 2021، أجرت مجموعة "الجودة" التلفزيونية مقابلة مع المدير العام للشركة، السيد شو وينهوي، حول مبادرة "صنع في الصين 2025" فيما يتعلق بتطوير أشباه الموصلات من الجيل الثالث. ومن المتوقع أن ينتشر استخدام أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون على نطاق واسع خلال السنوات الثلاث إلى الخمس القادمة، بل وقد تحل محل المنتجات القائمة على السيليكون بشكل كامل في بعض المجالات.

سلسلة صناعية تُكمل التصميم الأساسي

مقارنةً بالأسواق الخارجية، بدأ بلدي أبحاثه في مجال مواد وأجهزة كربيد السيليكون متأخرًا نسبيًا. وبفضل عوامل متعددة، اكتملت البنية الأساسية لسلسلة صناعة كربيد السيليكون في الصين، وحققت نتائج ملموسة، مما ساهم في تضييق الفجوة تدريجيًا مع التقنيات الأجنبية المتقدمة. وقد برزت عدة شركات رائدة في كل مرحلة من مراحلها.

مع ذلك، من منظور هيكل سوق كربيد السيليكون ككل، لا تزال الشركات الأجنبية، كالولايات المتحدة واليابان وأوروبا، هي اللاعب المهيمن في السوق، ولا يتمتع المصنعون المحليون بنفوذ كبير في هذا المجال. ووفقًا لبيانات شركة Yole، تستحوذ شركات Cree وInfineon وRohm على نحو 90% من حصة سوق كربيد السيليكون. وتُعد Cree المورد الرئيسي لركائز كربيد السيليكون، بينما تمتلك شركات أخرى، مثل Rohm وSTMicroelectronics، خطوط إنتاج خاصة بها. ومن بين هذه الشركات، تستحوذ Cree على أكثر من نصف سوق رقائق كربيد السيليكون، ما يمنحها نفوذًا كبيرًا في المراحل الأولى من الصناعة. ومن هذا المنطلق، لا يزال أمام الشركات المحلية طريق طويل لتقطعه مقارنةً بالشركات الأجنبية.

بالنظر إلى الفجوة بين المنافسة المحلية والأجنبية من سلسلة الصناعة

الركيزة

الركيزة

هناك فجوة واضحة بين المؤشرات الفنية والمصنعين الدوليين، كما أن اتساق المنتج يمثل عيباً يصعب التغلب عليه.

فيما يتعلق بأهم ثلاثة معايير هندسية للركيزة، وهي: انحراف السماكة الكلي (TTV)، والانحناء (التقوس)، والالتواء (الالتواء)، توجد فجوة واضحة بين المصنعين المحليين والمصنعين الأجانب الرائدين.

يمكن تلخيص أسباب الفجوة التكنولوجية ومشاكل التناسق في المواد الخام المحلية تقريبًا في الفئتين التاليتين:

تتطلب الجوانب التقنية، مثل مطابقة المواد ودقة المعدات والتحكم في المجال الحراري، فترة طويلة من تراكم الخبرة. وقد بدأ المصنعون المحليون متأخرين نسبياً واستثمروا أقل، مما أدى إلى فجوة واضحة مع الشركات الأجنبية الرائدة.
لدى المصنّعين المحليين عدد أقل من العملاء وأكثر تشتتاً، وسرعة تلقيهم للملاحظات أبطأ، ومحتوى هذه الملاحظات غير مكتمل. أما خطوط إنتاج شركة CREE فتغطي الركائز، والطبقات الرقيقة، والأجهزة، وحتى الوحدات، وتتميز بتلقيها ملاحظات كافية وفي الوقت المناسب.

تؤدي الفجوة التكنولوجية بشكل مباشر إلى ضعف الأداء العام للمادة الأساسية وعدم قدرتها على الاستخدام في خطوط الإنتاج ذات المتطلبات الأعلى.

وتعني مشكلة الاتساق أن نسبة الركائز عالية الجودة منخفضة، مما يؤدي مباشرة إلى زيادة كبيرة في تكلفة الركائز.

وبسبب النقطتين المذكورتين أعلاه بشكل رئيسي، فإن المواد الخام المحلية غير قادرة حاليًا على دخول سلسلة التوريد الرئيسية.

دلالة

دلالة

الحواجز التقنية منخفضة، والمستوى التقني العام لا يختلف كثيراً عن مستوى الدول الأجنبية.

The epitaxial technology is relatively simple, and the main process is to grow a new layer of single crystal on the original SiC substrate. It is a link with lower added value and lower technical threshold in the entire industrial chain.

تعتمد عملية الترسيب الطبقي على معدات متطورة (تُعدّ معدات الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) التي توفرها شركة Aixtron وغيرها من الشركات هي المعدات السائدة حاليًا في هذا القطاع). وتخضع عملية الترسيب بالبخار لرقابة دقيقة باستخدام عدادات التدفق. وتتمتع الصناعة وموردي المعدات بتقنيات متطورة نسبيًا.

على سبيل المثال، لا يختلف المستوى التقني لشركة هان تيانتيان المحلية المصنعة كثيراً عن مستوى شركة شوا دينكو اليابانية، وهي شركة رائدة عالمياً في مجال ملحقات الآلات. ووفقاً لنتائج استطلاعات الرأي، تتنافس هانتيان تيانتشنغ وشوا دينكو في أسواق متعددة حول العالم.

جهاز

جهاز

هناك فجوة واضحة بين المؤشرات الفنية والمصنعين العالميين. ويُعدّ اتساق المنتجات نقطة ضعف يصعب التغلب عليها. ولا تزال المواد الخام المحلية تواجه صعوبة في دخول سلسلة التوريد الرئيسية.

تصميم:تصميم أجهزة كربيد السيليكون بسيط نسبياً، والفجوة مع الدول الأجنبية صغيرة نسبياً.

لا توجد عوائق براءات اختراع أمام تصميم أجهزة SiC SBD. وقد بدأت الشركات المحلية الرائدة في البحث والتطوير لجيل SiC SBD السادس، والفجوة مع الدول الأجنبية ضئيلة نسبياً.
فيما يتعلق بأجهزة MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون، تدّعي العديد من الشركات المحلية إتمامها لمراحل البحث والتطوير، لكنها لم تبدأ بعدُ الإنتاج بكميات كبيرة. في الوقت نفسه، فإن براءة اختراع الجيل الرابع من ترانزستورات MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون مملوكة لشركات أجنبية، وقد تنشأ مشاكل تتعلق ببراءات الاختراع في المستقبل.

صناعة:هناك فجوة واضحة بين تصنيع أجهزة كربيد السيليكون والدول الأجنبية

معظم خطوط إنتاج أجهزة SiC SBD لا تزال في مرحلة التشغيل التجريبي. فهي لا تزال بحاجة إلى المرور بمراحل مثل زيادة الطاقة الإنتاجية، ولا تزال هناك فجوة معينة بين الإنتاج الضخم والإنتاج المستقر.
في الوقت الحالي، لا تزال جميع منصات تصنيع أجهزة MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون المحلية قيد الإنشاء، ولا تزال خطوط إنتاج بعض الشركات في مرحلة التخطيط، ولا يزال الطريق طويلاً قبل الإنتاج الضخم الرسمي.

وحدة

وحدة

المنافسة في السوق شرسة، ولا يزال مستوى النضج العام للصناعة المحلية منخفضاً.

The current competitive situation of domestic companies in SIC modules:

قام العديد من مصنعي مركبات الطاقة الجديدة المحليين بتصميمات جذرية وإنشاء خطوط إنتاج خاصة بهم لوحدات كربيد السيليكون (SiC) لتلبية احتياجاتهم وتغطيتها من المراحل الأولية إلى النهائية. في الوقت نفسه، يقوم بعض مصنعي الوحدات التقليديين بإجراء أبحاث وتطوير لوحدات كربيد السيليكون (SiC) بشكل أفقي، معتمدين على خبرة الوحدات القائمة على السيليكون لتسريع وتيرة البحث والتطوير.

مع ذلك، بدأ إنشاء معظم خطوط إنتاج الوحدات النمطية لمصنعي مركبات الطاقة الجديدة المحليين في عامي 2019 و20، وسيستغرق الأمر 22 عامًا على الأقل للوصول إلى مستوى الإنتاج الكامل. معظم مصنعي الوحدات النمطية الناشئين في الصين صغار الحجم ولم يحققوا بعد الإنتاج الضخم على نطاق واسع. ولا يزال مستوى نضج الصناعة المحلية منخفضًا.

إلى جانب المنافسة بين المصنّعين المحليين، لا يزال الضغط التنافسي الحقيقي في مجال كربيد السيليكون (SIC) يأتي من الشركات الأجنبية العملاقة. حاليًا، وصلت ثنائيات شوتكي (SBD) وموسفتات (MOSFET) المصنوعة من كربيد السيليكون بجهد 600-1700 فولت من كبرى الشركات العالمية المصنّعة مثل إنفينون، وإس تي، وروهم، إلى مرحلة الإنتاج الضخم. ويركز مصنّعو كربيد السيليكون المحليون حاليًا على إطلاق منتجات الثنائيات. ولا يزال عدد قليل من مصنّعي الموسفتات في مرحلة الإنتاج الضخم، ولا يزال هناك مجال واسع لتحقيق طفرات نوعية. وفيما يتعلق بخطوط الإنتاج، بدأت شركات مثل كري وإنفينون بإنشاء خطوط إنتاج بقياس 8 بوصات، بينما لا يزال المصنّعون المحليون في طور الانتقال إلى خطوط إنتاج بقياس 6 بوصات. وتستحوذ شركة كري وحدها على حوالي 40% من سوق الركائز.

سيظل مسار المنافسة محصوراً أمام شركات سلسلة صناعة كربيد السيليكون المحلية لفترة طويلة قادمة. لا يزال الطريق طويلاً! ولكن لحسن الحظ، حقق كربيد السيليكون أداءً متميزاً في مجالات متنوعة مثل الجيل الخامس، ومركبات الطاقة الجديدة، والخلايا الكهروضوئية. السوق واسعة بما يكفي، والطلب على المنتجات المحلية مستمر، لذا لا تزال الشركات المحلية قادرة على المنافسة!

الوضع الحالي لصناعة كربيد السيليكون المحلية

الركيزة SiC

شاندونغ تيانيو,تيانكي هيدا، تشونغكه لتوفير الطاقة، تونغوانغ كريستال

إنتاج رقائق السيليكون المتبلورة

هان تيان تيان تشينغ,دونغقوان تيانيو

مصنعي أجهزة ووحدات كربيد السيليكون

تكامل سانان،تايكو تيانرون، زانشين للإلكترونيات، بيسيك سيمي داكتور،جينان لوجينج لأشباه الموصلاتانتظر.

تأسست شركة Lujing Semiconductor في عام 2010.على مدى أكثر من عشر سنوات، ركزت الشركة على إنتاج وبيع وبحث وتطوير ثنائيات أشباه الموصلات القائمة على السيليكون وأنابيب MOS، وتتمتع بسمعة طيبة في هذا المجال.منذ عام 2016، واستجابةً لمتطلبات التنمية الصناعية، قمنا بتطوير وتصنيع واختبار وتطبيق أجهزة أشباه الموصلات من الجيل الثالث. وسنبذل جهوداً حثيثة لزيادة الاستثمار في البحث العلمي وتنمية الكفاءات لبناء منظومة ابتكار تكنولوجي جديدة.تعزيز القدرة التنافسية الأساسية للمؤسسات، وإثراء إمكانات الابتكار والتطوير المؤسسي، وتوفير دعم تقني قوي للتنمية المستدامة للمؤسسات.

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من "مدينة لو جينغشين". وهي تعبر فقط عن وجهة نظر الكاتب الشخصية، ولا تمثل آراء شركة ساكو مايكرو أو قطاع الصناعة. يُسمح بإعادة نشرها ومشاركتها فقط، وذلك دعمًا لحماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي واسم الكاتب عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

منفذ USB من النوع C بقوة 240 واط: يقود مستقبل الطاقة!

تستثمر رؤوس الأموال الكبيرة مجدداً! هذه المرة نستهدف أشباه الموصلات الكهربائية ونتعاون مع شركة China Resources Micro الرائدة لبناء القدرة الإنتاجية.