حظي خبرٌ هذا الأسبوع باهتمامٍ واسع النطاق، يتعلق بالإنتاج الضخم لتقنية IGBT المتطورة في الصين. ففي السابع من يوليو، بدأت شركة Zhixin Semiconductor إنتاج وحدات IGBT المخصصة للسيارات بكمياتٍ كبيرة. ويُعدّ هذا أول ثمار التعاون الاستراتيجي بين شركتي Dongfeng Corporation وCRRC لتأسيس شركة Zhixin Semiconductor.

بحسب التقارير، تتميز وحدة IGBT التي دخلت حيز الإنتاج هذه المرة بقدرة جيدة على تبديد الحرارة ومقاومة التداخل الكهرومغناطيسي، وتلبي متطلبات الموثوقية العالية لمنتجات السيارات. ونتيجة لذلك، بات لدى شركات السيارات الصينية العاملة بالطاقة الجديدة خيارٌ آخر، مما يعزز مكانة سلسلة توريد أشباه الموصلات المستخدمة في صناعة السيارات محلياً.

في الآونة الأخيرة، لم تقتصر المشكلة على شركة Zhixin Semiconductor فحسب، بل ظهرت أيضاً في يونيو الماضي وأوائل يوليو، في غضون شهر واحد فقط، رقائق ووحدات IGBT المحلية الصينية، وخاصة منتجات السيارات، بشكل متواصل، مما يدل على تفشي جماعي.

في يونيو، وقّعت شركتا هواهونغ وستار سيميكوندكتور اتفاقية تعاون استراتيجي. وأعلن الطرفان معًا أن شريحة IGBT عالية الطاقة مقاس 12 بوصة، المصممة خصيصًا للاستخدام في السيارات، قد دخلت مرحلة الإنتاج الضخم، واجتازت اختبارات التحقق من المنتج من قبل شركات تصنيع السيارات، ودخلت على نطاق واسع سوق وحدات الطاقة، لا سيما في تطبيقات السيارات.

في 21 يونيو، أعلنت شركة سيلان مايكرو عن خططها للاستثمار في المرحلة الأولى من مشروع "إنشاء خط إنتاج وحدات الطاقة وتغليف أجهزة الطاقة المتكاملة، المستخدمة في السيارات والصناعات"، وذلك من خلال شركتها التابعة القابضة، تشنغدو جيجيا للتكنولوجيا المحدودة. يبلغ إجمالي الاستثمار في المشروع 758 مليون يوان، وتستغرق فترة الإنشاء عامين، تليها فترة الإنتاج. وستكون وحدات IGBT هي المنتج الرئيسي بعد بدء الإنتاج.

في 23 يونيو، اكتمل رسميًا تشغيل أول خط إنتاج لوحدات IGBT التابع لشركة Sunking Technology، ودخل الخط مرحلة الإنتاج التجريبي. وتشير التقارير إلى أن مشروع الشركة لوحدات IGBT يتضمن إنشاء خطي إنتاج لمعالجة الجانب الخلفي لرقائق IGBT، وخمسة خطوط إنتاج لتغليف واختبار وحدات IGBT. وبعد اكتمال المشروع، ستصل الطاقة الإنتاجية السنوية إلى مليوني وحدة IGBT. وستغطي تطبيقات منتجات IGBT مجالات الجهد المتوسط ​​والمنخفض من 600 فولت إلى 1700 فولت، مستهدفةً أسواقًا مثل السيارات الكهربائية، والطاقة الشمسية الكهروضوئية، وطاقة الرياح، وتحويل التردد الصناعي.

في الخامس من يوليو، أعلنت شركة وينغتك تكنولوجي عن استحواذها على جميع أسهم شركة نيوبورت ويفر فاب البريطانية لتصنيع أشباه الموصلات، وذلك من خلال شركتها التابعة الهولندية نيكسبيريا. تأسست نيوبورت ويفر فاب عام ١٩٨٢، وتُنتج بشكل رئيسي أشباه موصلات عالية الكفاءة في استهلاك الطاقة للسيارات. أما نيكسبيريا، فهي شركة رائدة في تصنيع رقائق ومكونات السيارات. وفيما يتعلق بالاستحواذ، صرّح تشانغ شيويه تشنغ، رئيس مجلس إدارة وينغتك تكنولوجي، بأن إضافة نيوبورت ستعزز بشكل فعّال قدرات نيكسبيريا في مجال أشباه الموصلات من نوع IGBT وMOSFET والدوائر التناظرية والمركبة المستخدمة في صناعة السيارات.

سواء كان الأمر يتعلق بافتتاح المصانع، أو بدء الإنتاج الضخم، أو عمليات الاندماج والاستحواذ، فإن هؤلاء المصنعين يركزون على سوق منتجات IGBT للسيارات، مما يعكس شعبية السوق.

طلب قوي على ترانزستورات IGBT

من المتوقع أن يتجاوز معدل نمو مبيعات السيارات الكهربائية 50% خلال السنوات القليلة المقبلة. وبفضل الدعم الحكومي والحوافز المقدمة للمبيعات، يُتوقع أن يصل معدل النمو السنوي المركب لمبيعات السيارات الكهربائية العاملة بالطاقة الجديدة عالميًا وفي الصين إلى 32%، مما سيدفع عجلة التطور السريع لسلاسل صناعات أشباه الموصلات والإلكترونيات ذات الصلة. ولا شك أن السيارات تُعدّ أحد المحركات الثلاثة الرئيسية لنمو صناعة أشباه الموصلات (حيث تُعتبر تقنيات الجيل الخامس، وإنترنت الأشياء، وإلكترونيات السيارات، المحركات الثلاثة الرئيسية التي ستدفع نمو هذه الصناعة في المرحلة المقبلة).

في تطبيقات السيارات، يأتي استخدام أشباه الموصلات الكهربائية في المرتبة الثانية بعد وحدات التحكم الدقيقة، وحصتها السوقية ضخمة.

تُستخدم معظم أشباه الموصلات الجديدة في مركبات الطاقة الحديثة، وتحديدًا في أشباه موصلات الطاقة. أما في السيارات التقليدية، فتُستخدم أشباه موصلات الطاقة بشكل أساسي في مجالات مثل التشغيل وتوليد الطاقة والسلامة، حيث تُمثل 20% من إجمالي أشباه الموصلات في السيارات التقليدية. وتبلغ قيمة أشباه موصلات الطاقة في السيارة الواحدة حوالي 60 دولارًا أمريكيًا.

نظراً لأن مركبات الطاقة الجديدة تستخدم عموماً دوائر كهربائية عالية الجهد، فعندما تُخرج البطارية جهداً عالياً، يلزم تحويل الجهد بشكل متكرر. في هذه الحالة، يزداد استهلاك دوائر تحويل الجهد (DC-DC) بشكل ملحوظ. إضافةً إلى ذلك، هناك حاجة إلى عدد كبير من محولات التيار المستمر إلى التيار المتردد، والمحولات الكهربائية، وغيرها. وقد زاد هذا الطلب على أجهزة أشباه الموصلات، مثل ترانزستورات IGBT و MOSFET والثنائيات، بشكل كبير أيضاً. كل هذا أدى إلى زيادة كبيرة في الطلب على أجهزة الطاقة في الأنظمة الإلكترونية للسيارات.

بحسب إحصائيات ماكينزي، تبلغ تكلفة أشباه الموصلات في السيارات الكهربائية بالكامل 704 دولارات أمريكية، أي ضعف تكلفة السيارات التقليدية البالغة 350 دولارًا أمريكيًا. ومن بين هذه التكلفة، تصل تكلفة أجهزة الطاقة إلى 387 دولارًا أمريكيًا، أي ما يعادل 55% من إجمالي التكلفة. أما تكلفة أجهزة الطاقة في السيارات الكهربائية بالكامل، فتبلغ حوالي 269 دولارًا أمريكيًا، أي ما يعادل 76% من إجمالي التكلفة الجديدة.

تختلف عملية توليد ونقل الطاقة في المركبات الكهربائية الجديدة اختلافًا كبيرًا عن تلك الخاصة بمحركات البنزين، إذ تتطلب تحويلًا متكررًا للجهد وتحويلًا من التيار المستمر إلى التيار المتردد. إضافةً إلى ذلك، أدى الطلب المتزايد على مدى سير المركبات الكهربائية بالكامل إلى زيادة دقة متطلبات إدارة الطاقة. وتتجاوز هذه المتطلبات للأجهزة المنفصلة للطاقة، مثل ترانزستورات IGBT وموسفتات والثنائيات، تلك المطلوبة في المركبات التقليدية. وبفضل الطلب المتزايد في قطاع السيارات، ستشهد تقنية IGBT نموًا هائلًا.

تحدد وحدات الطاقة الخاصة بالسيارات (والتي تعتبر IGBT هي السائدة حاليًا) الأداء الرئيسي لنظام القيادة الكهربائية للمركبة، وتمثل أكثر من 40٪ من تكلفة عاكس المحرك، وهو المكون الأساسي.

تُشكّل وحدة IGBT حوالي ثلث تكلفة المحرك، بينما تُشكّل تكلفة المحرك حوالي 15-20% من تكلفة المركبة بأكملها. بعبارة أخرى، تُشكّل وحدة IGBT ما بين 5-7% من تكلفة المركبة بأكملها.

على المستوى التقني، مرت رقائق IGBT بسلسلة من العمليات المتكررة، بما في ذلك الترقيات من PT إلى NPT ثم إلى FS، مما جعل الرقاقة أرق، وقلل المقاومة الحرارية، وحسن Tj؛ استمر إدخال IEGT وCSTBT وMPT في تقليل Vce وزيادة كثافة الطاقة؛ من خلال تحسين طبقة المعدن السطحي وطبقة التخميل، يمكنها تلبية متطلبات الموثوقية العالية للسيارات.

في السنوات الأخيرة، شهدت ترانزستورات IGBT ابتكارات من حيث الهيكل، مثل ظهور ترانزستورات RC-IGBT والتصاميم التي تدمج ترانزستورات FWD وIGBT؛ بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا عمليات تكامل وظيفية، مثل أجهزة استشعار التيار ودرجة الحرارة المتكاملة.

تُستخدم ترانزستورات IGBT على نطاق واسع في أنظمة التحكم بمحركات السيارات. وتتطلب هذه الأنظمة حاليًا عشرات الترانزستورات. فعلى سبيل المثال، يستخدم محرك تسلا الخلفي ثلاثي الأطوار غير المتزامن 28 ترانزستور IGBT لكل طور، أي ما مجموعه 84 ترانزستورًا. وبإضافة الترانزستورات المستخدمة في أجزاء أخرى من المحرك، يصل إجمالي عدد الترانزستورات المستخدمة في تسلا إلى 96 ترانزستورًا (للمحركين بالإضافة إلى 36 للمحرك الأمامي). وبحساب سعر يتراوح بين 4 و5 دولارات أمريكية للوحدة، تبلغ قيمة ترانزستور IGBT للمحركين حوالي 650 دولارًا أمريكيًا.

على الرغم من أن ترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون (SiC) أكثر تطوراً من ترانزستور IGBT ويتمتع بإمكانات نمو سوقية جيدة (حيث اعتمدته شركة تسلا بالفعل، وستعتمده شركة NIO تباعاً)، إلا أنه لا تزال هناك بعض المشاكل في أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون، والتي تتجلى تحديداً في: انخفاض الإنتاجية وارتفاع التكلفة؛ ووجود العديد من العيوب عند نقطة التماس بين كربيد السيليكون وثاني أكسيد السيليكون، فضلاً عن مشكلة موثوقية طبقة أكسيد البوابة على المدى الطويل؛ ونقص بيانات موثوقية ترانزستور MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون على المدى الطويل.

بالإضافة إلى ذلك، تتميز أجهزة كربيد السيليكون (SiC) بقدرة منخفضة على نقل التيار، بينما تكلفتها مرتفعة للغاية. إذ تتراوح تكلفة رقائق MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون من نفس المستوى بين 8 إلى 12 ضعف تكلفة رقائق IGBT المصنوعة من السيليكون. أما من حيث استهلاك الطاقة، فيتم تشغيل MOSFET المصنوع من كربيد السيليكون قبل IGBT المصنوع من السيليكون، ثم يتم إيقاف تشغيله بعد IGBT. ويمكن لـ IGBT تحقيق خاصية التبديل عند جهد صفري (ZVS)، مما يقلل الفاقد بشكل ملحوظ.

بشكل عام، تقترب الخصائص الكهربائية لترانزستور IGBT من 90% من خصائص رقائق MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون، بينما تبلغ تكلفتها 25% فقط من تكلفة MOSFET المصنوعة من كربيد السيليكون. لذا، تتمتع وحدات التبديل الهجينة المصنوعة من كربيد السيليكون والسيليكون بآفاق تطبيقية واسعة في السوق، ولكن سيستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن تنتشر أجهزة كربيد السيليكون النقية في أنظمة الطاقة الخاصة بالسيارات. ولا يزال ترانزستور IGBT هو المحرك الرئيسي في السوق.

يشهد السوق الصيني نمواً

تُعد الصين واحدة من أهم أسواق سيارات الطاقة الجديدة، حيث تمثل مبيعات سيارات الطاقة الجديدة في الصين أكثر من نصف المبيعات العالمية.

في ظل هذه الظروف السوقية، أقامت كبرى شركات تصنيع أشباه الموصلات العالمية شراكات استراتيجية مع مصنعي السيارات المحليين. فعلى سبيل المثال، في مارس 2018، أنشأت شركتا SAIC وInfineon مشروعًا مشتركًا تحت اسم شركة SAIC Infineon لأشباه الموصلات. وتشير التقارير إلى أن شركة SAIC Infineon لأشباه الموصلات تركز على أعمال تغليف وحدات IGBT، بهدف خدمة SAIC وغيرها من مصنعي سيارات الطاقة الجديدة المحليين، وتخطط للوصول إلى طاقة إنتاجية سنوية تبلغ مليون وحدة.

إضافةً إلى ذلك، استحوذت شركة وينغتك تكنولوجي على حصة أغلبية في شركة نيكسبيريا، التي تتمتع بخبرة واسعة في مجال أجهزة أشباه الموصلات المستخدمة في صناعة السيارات. ويُستخدم أكثر من 50% من منتجاتها في هذا القطاع. ووفقًا للخطة، ستوسع نيكسبيريا إنتاجها تدريجيًا في الصين.

بمقارنة المشهد التنافسي لأشباه الموصلات الخاصة بالسيارات وتاريخ تطور الشركات المصنعة الأجنبية، فإن الشركات المصنعة المحلية الصينية لديها مساران رئيسيان للتطوير: الأول هو الحصول على التكنولوجيا وموارد العملاء من خلال عمليات الاستحواذ في مجال الرقائق التقليدية؛ والآخر هو تطوير أشباه موصلات الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة ورقائق السيارات الذكية.

في حين أدى التحول إلى السيارات الكهربائية إلى زيادة الطلب على سوق أشباه الموصلات في قطاع السيارات، فقد أتاح أيضاً فرصاً عديدة لمصنعي أشباه الموصلات المحليين. حالياً، يتجه المزيد من المصنعين المحليين إلى تطوير أشباه موصلات الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة. ومن أبرز هؤلاء المصنعين: BYD، وCRRC، وSilan Microelectronics، بالإضافة إلى المصنعين المذكورين سابقاً.

مع ذلك، لا تزال شركات تصنيع أشباه الموصلات الكهربائية للسيارات في الصين ضعيفة نسبياً، وحصتها السوقية منخفضة. وسيكون من الصعب عليها بناء علاقة تنافسية حقيقية مع كبرى الشركات العالمية في فترة وجيزة، لذا فهي بحاجة إلى مواصلة النمو.

تنويه: هذه المقالة مقتبسة من "مراقبة صناعة أشباه الموصلات". لا تمثل هذه المقالة سوى وجهة نظر الكاتب الشخصية، ولا تعكس بالضرورة آراء شركة ساكو مايكرو أو قطاع صناعة أشباه الموصلات. يُسمح بإعادة نشرها ومشاركتها فقط لدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي واسم الكاتب عند إعادة النشر. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

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