Los semiconductores de potencia para automóviles han aumentado su espacio casi siete veces en cinco años, siendo los IGBT los que más se han beneficiado.

Impulsada por el apoyo político, la conservación de la energía y la reducción de emisiones, la penetración de vehículos de nueva energía se está acelerando. Se espera que la tasa de penetración de vehículos de nueva energía nacionales alcance el 20 % en 2025, y la tasa de penetración de vehículos de nueva energía en la UE alcance el 40 % en 2030. La tendencia a la electrificación del automóvil ha incrementado considerablemente el valor de los semiconductores de potencia utilizados en los automóviles. Según las estadísticas de Infineon, el precio medio de venta (ASP) de los semiconductores de potencia aumentará significativamente de 71 USD para vehículos de combustible tradicionales a 330 USD para vehículos híbridos enchufables/eléctricos puros, lo que representa 4.6 veces el precio de los vehículos de combustible tradicionales. Según nuestros cálculos, se espera que el mercado mundial de semiconductores de potencia para automóviles alcance los 8 millones de USD en 2025. El mercado mundial de semiconductores de potencia para vehículos de nueva energía alcanzará los 5.3 millones de USD en 2025, 7.3 veces el de 2020, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 48.8 %. En los próximos diez años, el mercado de IGBT para estaciones de carga de vehículos de nueva energía en China, Estados Unidos y Europa experimentará un crecimiento de 9.4 millones de dólares. Actualmente, los IGBT y MOSFET se utilizan principalmente en semiconductores de potencia para automóviles. El IGBT es el componente principal del inversor del sistema de propulsión eléctrica en vehículos de nueva energía y puede utilizarse en circuitos inversores auxiliares, circuitos convertidores CC/CC, OBC (carga/inversor), etc. El valor de un solo vehículo alcanza los 273 dólares, lo que representa el 83% del precio medio de venta de los semiconductores de potencia para automóviles, es decir, la mayoría absoluta. Predecimos que el mercado global de IGBT para vehículos de nueva energía alcanzará los 4.4 millones de dólares en 2025, con una tasa de crecimiento anual compuesta de aproximadamente el 48.8%. Se trata del tipo de semiconductor de potencia para automóviles más rentable en el contexto de la electrificación.

Las tres principales barreras de producto, proceso y ventaja de ser el primero en el mercado crean una sólida ventaja competitiva.

1) Barreras del producto: Los IGBT de grado automotriz deben cumplir con requisitos estrictos, como una larga vida útil, una baja tasa de fallas y una alta resistencia sísmica. Deben adaptarse a condiciones de trabajo adversas, como temperaturas extremas (tanto altas como bajas), polvo y ambientes salinos y alcalinos. Deben soportar cambios frecuentes de corriente causados ​​por arranques y paradas frecuentes, y cumplir con requisitos de producto extremadamente exigentes.

2) Barreras del proceso: Al diseñar IGBT de grado automotriz, es necesario garantizar el equilibrio entre el encendido y el apagado, la resistencia de cortocircuito y la caída de tensión de conducción, y la optimización de parámetros resulta particularmente compleja. Durante la fabricación, el proceso de lámina delgada es propenso a la fragmentación, y el punto de fusión limitado del metal frontal dificulta el control de la temperatura de recocido. Además, los requisitos técnicos para la soldadura y la unión del encapsulado del módulo IGBT también son elevados.

3) El ciclo de certificación es largo, el costo de reemplazo es alto y tiene un efecto de curva de experiencia. Tiene claras ventajas de ser pionero en la industria.

a) Los IGBT de grado automotriz deben cumplir con los estándares de confiabilidad, los estándares de gestión de calidad y los estándares de seguridad funcional para poder ingresar a la cadena de suministro de los fabricantes de automóviles de primer nivel. El período de certificación suele ser de al menos 2 años.

b) Dado que los módulos IGBT son componentes clave en los automóviles, los fabricantes de la cadena de suministro suelen ser cautelosos al reemplazarlos por motivos de seguridad y fiabilidad. Solo después de realizar numerosas pruebas de verificación y evaluaciones exhaustivas se toman decisiones de compra a gran escala. Los costos de reemplazo son elevados.

c) El negocio de los IGBT requiere una acumulación de experiencia a largo plazo para alcanzar un buen nivel de conocimientos.

d) La industria de los IGBT es una industria que requiere una gran inversión de capital, y los equipos de producción y prueba prácticamente siempre deben importarse. Además, las empresas fabricantes de IGBT necesitan un capital de trabajo considerable. Las nuevas empresas suelen enfrentarse a grandes inversiones y una baja producción en la fase inicial. Requieren un sólido respaldo financiero para continuar con la investigación y el desarrollo de productos, la producción y las ventas. En conjunto, las empresas pioneras en la industria de los IGBT cuentan con claras ventajas por ser las primeras en el mercado.

El panorama competitivo se ha convertido en una "pista de alta calidad" para las industrias en crecimiento, pero la tasa de localización actual sigue siendo baja.

Según las estadísticas de Omdia de 2019, los diez principales fabricantes mundiales de módulos IGBT representan el 76% de la cuota de mercado. La cuota de mercado está concentrada y el panorama competitivo es favorable. En cuanto a los IGBT de grado automotriz, debido a las altas barreras de entrada en la industria, la cuota de mercado de los módulos IGBT CR4 para vehículos de nueva energía en China alcanzó el 81% en 2019, mostrando un patrón oligopólico. Entre ellos, Infineon ocupa el primer lugar con una cuota de mercado del 58.2%, BYD el segundo con una cuota de mercado del 18%, y Mitsubishi Electric y Semikron el tercero y cuarto, respectivamente. Los IGBT para automoción se han convertido en un segmento de alta calidad en la creciente industria, gracias a su amplio potencial de crecimiento y un buen panorama competitivo. Sin embargo, entre los diez principales fabricantes de IGBT para vehículos de nueva energía en China en 2019, solo tres fabricantes nacionales, BYD, Star Semiconductor y CRRC Times Electric, figuraron en la lista, con una cuota de mercado total del 20.4%. Existe un amplio margen para la sustitución nacional.

Diversos factores están acelerando la sustitución de productos nacionales por otros de fabricación local, y los fabricantes nacionales tienen un enorme potencial para el desarrollo futuro.

Múltiples factores aceleran la sustitución nacional: 1) China ya es el mayor mercado de consumo de automóviles del mundo, y la demanda de automóviles seguirá aumentando en el futuro, lo que ofrece buenas oportunidades de desarrollo para los fabricantes nacionales de IGBT. 2) A medida que se intensifica la fricción comercial, la necesidad de semiconductores independientes y controlables se vuelve cada vez más urgente. 3) Los fabricantes nacionales están liderando el despliegue de la industria de vehículos de nueva energía y aprovechando la ventaja de ser pioneros. A medida que aumenta la participación de los fabricantes nacionales de vehículos de nueva energía, se espera que se utilicen más productos de fabricantes nacionales de semiconductores debido a consideraciones de seguridad de la cadena de suministro. 4) Los fabricantes nacionales de IGBT tienen ventajas de servicio local, como una alta relación costo-beneficio y una rápida velocidad de respuesta, que satisfacen las necesidades de los vehículos de nueva energía para reducir costos y aumentar la eficiencia, y se espera que aumenten su participación. 5) El fomento de políticas y el apoyo financiero ayudan a que la industria nacional de IGBT se desarrolle rápidamente. En términos de espacio de mercado interno, según nuestros cálculos, se espera que el mercado chino de semiconductores de potencia para vehículos de nueva energía alcance los 17.700 millones de yuanes en 2025, lo que representa seis veces el valor de 2020, con una tasa de crecimiento anual compuesta de hasta el 44%. Se espera que el mercado chino de IGBT para vehículos de nueva energía alcance los 14.700 millones de yuanes en 2025, con una tasa de crecimiento anual compuesta de aproximadamente el 44%. En 2025, el mercado chino de IGBT para puntos de carga alcanzará los 10.900 millones de yuanes, con una tasa de crecimiento compuesta del 35%. Con base en el análisis anterior, creemos que el proceso de sustitución nacional de IGBT para automóviles se acelerará. Combinado con la baja cuota de mercado actual y el amplio espacio de crecimiento de la industria, los fabricantes nacionales de IGBT tienen un enorme potencial de crecimiento en el futuro.

La limitada capacidad de producción es difícil de aliviar a corto plazo, y el auge de los semiconductores de potencia continúa en aumento.

El uso comercial de la tecnología 5G y la economía del teletrabajo impulsada por la pandemia están acelerando la transformación digital de la sociedad. Los mercados de vehículos de nueva energía, electrodomésticos, dispositivos digitales y otros equipos terminales se están dinamizando, lo que impulsa la demanda de semiconductores. Además, los fabricantes de semiconductores necesitan aumentar sus inventarios de seguridad debido a la importancia de la seguridad de la cadena de suministro. La confluencia de múltiples factores ha generado una capacidad de producción de semiconductores muy limitada. Actualmente, todas las principales fundiciones de obleas están operando a plena capacidad. Desde una perspectiva global, ICinsight predice que el mundo añadirá 20.8 millones de obleas equivalentes de 8 pulgadas a su capacidad de producción en 2021. Desde una perspectiva nacional, la capacidad de fabricación de obleas equivalentes de 8 pulgadas en construcción es de aproximadamente 27.96 millones de obleas al año, la mayoría de las cuales entrarán en producción en 2022. Sin embargo, considerando que habrá un período de puesta en marcha de la producción de entre 3 y 5 años después de que la nueva línea de producción entre en funcionamiento, es difícil aliviar la escasez de capacidad de producción a corto plazo. Gracias al rápido aumento de la demanda de vehículos de nueva energía y puntos de recarga, se prevé que la demanda mundial de obleas de 8 pulgadas para módulos IGBT de grado automotriz alcance los 1.69 millones de unidades en 2025, lo que supone un incremento de 5.4 veces con respecto a 2020. Existe una enorme brecha en la demanda de fabricación de obleas. Desde principios de año, los principales fabricantes de chips, tanto nacionales como internacionales, han aumentado los precios de sus productos o ampliado los plazos de entrega. Se espera que la prosperidad de la cadena de valor de la industria de semiconductores continúe en aumento.

  1    La penetración de los vehículos de nueva energía se está acelerando, y el sector de los semiconductores de potencia para automóviles se ha duplicado en 5 años.

1.1. La penetración de los vehículos de energías renovables se está acelerando, y los semiconductores de potencia para automóviles están experimentando aumentos tanto en volumen como en precio.

El apoyo político, la conservación de la energía y la reducción de emisiones impulsan la rápida adopción de vehículos de nueva energía. El "Plan de Desarrollo de la Industria de Vehículos de Nueva Energía (2021-2035)" de mi país presenta una visión para el desarrollo de estos vehículos. Se prevé que para 2025, la tasa de adopción de vehículos de nueva energía a nivel nacional alcance el 20%.

A nivel internacional, muchos países europeos han adoptado políticas de restricción de emisiones de dióxido de carbono y de subsidios para vehículos de nueva energía para hacer frente a la presión del calentamiento global, y la electrificación del sector automotor se ha vuelto cada vez más evidente. En la UE, el acuerdo ACEA sobre emisiones de gases de efecto invernadero de vehículos estipula que las emisiones de dióxido de carbono de los vehículos deben ser inferiores a 59 gramos por kilómetro para 2030. Según los cálculos de Infineon, la tasa de penetración de vehículos de nueva energía en la UE alcanzará el 40 % en 2030.

La electrificación ha propiciado un aumento significativo en el valor de los semiconductores de potencia para bicicletas. El precio promedio de venta (ASP) de los semiconductores de potencia para vehículos eléctricos puros alcanza los 330 dólares estadounidenses, lo que representa 4.6 veces el valor de los vehículos tradicionales de combustible. Los vehículos de nueva energía que utilizan el sistema eléctrico como fuente de energía imponen mayores exigencias a las capacidades de gestión y conversión de energía de los componentes electrónicos.

En los automóviles tradicionales, los semiconductores de potencia se utilizan principalmente en el arranque, la generación de energía y la seguridad del vehículo, y los componentes electrónicos de bajo voltaje y baja potencia satisfacen sus necesidades. En los vehículos de nueva energía, la alta tensión de salida de la batería requiere una conversión de voltaje e inversión de corriente frecuentes. Estos circuitos han incrementado considerablemente la demanda de semiconductores de potencia como IGBT y MOSFET. Según datos de Infineon, el valor de los semiconductores de potencia en los vehículos de combustible tradicionales es de 71 dólares estadounidenses, mientras que en los vehículos híbridos enchufables y eléctricos de batería pura es de 330 dólares estadounidenses, lo que representa 4.6 veces el valor de los vehículos de combustible tradicionales.

El mercado global de semiconductores de potencia para el sector automotriz alcanzará los 8 millones de dólares en 2025. Según Yole, el mercado global de semiconductores de potencia alcanzará los 22.5 millones de dólares en 2025. Según las estadísticas de Zhiyan Consulting, el sector automotriz representó el 35.4% del mercado global de semiconductores de potencia en 2019. Suponiendo que esta proporción se mantenga, se prevé que el mercado global de semiconductores de potencia para el sector automotriz alcance los 7.965 millones de dólares en 2025.

Se prevé que el mercado mundial de semiconductores de potencia para vehículos de nueva energía alcance los 5.3 millones de dólares en 2025, 7.3 veces más que en 2020, con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 48.8 %. Según las previsiones de AlixPartners, las ventas mundiales de automóviles aumentarán de 70.5 millones de unidades en 2020 a 94 millones de unidades en 2025. EVTank pronostica que las ventas mundiales de vehículos de nueva energía aumentarán de 2.21 millones de unidades en 2019 a 12 millones de unidades en 2025. La tasa de penetración mundial de vehículos de nueva energía alcanzará el 13 % en 2025, un aumento del 10.36 % en comparación con 2019.

Como se mencionó anteriormente, según las últimas estadísticas de Infineon de 2020, el valor de una bicicleta con semiconductores para vehículos de nueva energía es de 330 dólares estadounidenses. Dada la actual escasez de capacidad de producción global de obleas de semiconductores, se prevé que el precio de estos semiconductores se mantenga elevado este año, y que su valor aumente gradualmente en el futuro con la tendencia a la electrificación y el incremento de la penetración de los motores duales. Con base en estos datos, estimamos que el mercado global de semiconductores para vehículos de nueva energía alcanzará los 5.3 millones de dólares estadounidenses en 2025, 7.3 veces más que en 2020, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 48.8 %.

1.2. El mercado global de estaciones de carga de vehículos IGBT está creciendo rápidamente.

El número de puntos de recarga en las instalaciones de apoyo clave para vehículos de nueva energía crecerá rápidamente, impulsando así la demanda de IGBT, un componente fundamental. A medida que la penetración de los vehículos de nueva energía aumenta gradualmente, también es necesario incrementar simultáneamente el número de puntos de recarga, instalaciones de apoyo esenciales para estos vehículos. Según las estadísticas de McKinsey, la demanda de recarga para vehículos de nueva energía en China, Estados Unidos y Europa alcanzará aproximadamente los 18 millones de kilovatios-hora en 2020. Se prevé que para 2030, esta demanda llegue a los 271 millones de kilovatios-hora, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 31.2 %. El rápido crecimiento de la demanda de instalaciones de recarga para vehículos de nueva energía también impulsará un aumento significativo en el uso de IGBT, un componente clave de los puntos de recarga.

Se espera que el mercado de estaciones de carga IGBT en China, Estados Unidos y Europa tenga un crecimiento de 9.4 millones de dólares en el período 2020-2030. Según las estimaciones de McKinsey, China, Estados Unidos y la Unión Europea necesitan invertir 19 millones, 11 millones y 17 millones de dólares, respectivamente, en la década 2020-2030 para construir 20 millones, 20 millones y 25 millones de estaciones de carga para vehículos de nueva energía, con el fin de cubrir la demanda de estas estaciones. En una sola estación de carga, el IGBT representa aproximadamente el 20% del coste total. De esto se deduce que el mercado de IGBT para estaciones de carga de vehículos de nueva energía en China, Estados Unidos y Europa tendrá un crecimiento de 9.4 millones de dólares en los próximos diez años.

  2  Entre los semiconductores de potencia para automóviles, el IGBT es el que más se beneficia.

Los IGBT y MOSFET son los componentes principales de los semiconductores de potencia para automóviles. El IGBT tiene cuatro aplicaciones diferentes en los automóviles. La primera es el componente central del inversor principal. El inversor principal convierte la salida de CC de la batería en CA para alimentar el motor del automóvil; la segunda se utiliza en el circuito inversor auxiliar para alimentar otros componentes electrónicos del automóvil; la tercera se utiliza en el circuito convertidor CC/CC para generar corrientes con diferentes voltajes; la cuarta se utiliza en el OBC (cargador/inversor) para convertir la alimentación de CA de entrada externa en alimentación de CC para cargar la batería del vehículo eléctrico.

En automóviles con un bajo grado de electrificación, debido al bajo voltaje de salida de la batería y al bajo rango de potencia de los dispositivos de potencia, los MOSFET se pueden utilizar para reemplazar el circuito inversor auxiliar, el circuito chopper CC/CC y el IGBT en el OBC para controlar los costos.

2.1. El IGBT es el dispositivo central del sistema de accionamiento del motor de los vehículos de nueva energía.

Con un rendimiento superior, es el componente principal de los semiconductores de potencia en los vehículos de nueva energía. IGBT es la abreviatura de Transistor Bipolar de Puerta Aislada, que es un transistor bipolar de puerta aislada. Es un dispositivo semiconductor de potencia compuesto por BJT y MOSFET. Combina las ventajas de la rápida velocidad de conmutación, la alta impedancia de entrada, la baja potencia de control, el circuito de control simple y las bajas pérdidas de conmutación del MOSFET con la baja tensión de conducción, la gran corriente en estado activo y las bajas pérdidas del BJT. En los vehículos de nueva energía, los módulos IGBT se utilizan principalmente en inversores de alta potencia para convertir la corriente continua en corriente alterna y así accionar el motor del vehículo; también se utilizan en inversores de potencia auxiliar para alimentar equipos electrónicos automotrices como los sistemas de aire acondicionado.

Los IGBT se pueden clasificar en IGBT monotubo, IGBT módulo y módulo inteligente IPM según el entorno de aplicación. El IGBT monotubo es un transistor bipolar de puerta aislada (IPS) de canal N con enriquecimiento de corriente, que conduce todo el circuito al proporcionar corriente de base al transistor PNP. Debido a su baja corriente de funcionamiento, generalmente inferior a 100 A, su potencia de funcionamiento también es baja. Sin embargo, el circuito externo de un IGBT monotubo es complejo y su encapsulado resulta difícil, lo que refleja el nivel tecnológico y de procesos del fabricante.

El módulo IGBT es un producto semiconductor modular compuesto por un chip IGBT y un diodo de recuperación rápida (FWD) encapsulados mediante un puente de circuito específico. Múltiples chips se integran y encapsulan en el módulo mediante aislamiento. Esto mejora significativamente su seguridad y fiabilidad, haciéndolo más adecuado para operar en entornos de alta tensión y alta corriente. El módulo inteligente IPM integra dispositivos IGBT, circuitos de control y circuitos de protección en un solo módulo. Gracias a sus funciones de autodiagnóstico y protección de circuitos, es más inteligente que los módulos IGBT convencionales y se utiliza frecuentemente en electrodomésticos con convertidor de frecuencia.

Actualmente, Infineon ha desarrollado productos IGBT de séptima generación, y los fabricantes nacionales están alcanzando gradualmente el nivel avanzado a nivel mundial. En más de 30 años, desde 1988 hasta 2019, Infineon lanzó un total de siete generaciones de productos IGBT. El nivel técnico ha evolucionado hacia la reducción del área del chip, el ancho de la línea de proceso, la caída de voltaje de saturación en estado activo, el tiempo de apagado y la pérdida de potencia, además de aumentar el voltaje en estado inactivo. Si bien el mercado nacional de IGBT está actualmente dominado principalmente por empresas extranjeras, gracias a la continua inversión en I+D por parte de los fabricantes nacionales, la tecnología de los productos sigue alcanzando el nivel avanzado a nivel mundial.

Por ejemplo, el chip IGBT de segunda generación desarrollado independientemente por Star Semiconductor se compara con el chip IGBT de sexta generación de Infineon (FS-Trench) y se produjo en masa en 2016. En 2019 se ensamblaron un total de 160 000 conjuntos de módulos IGBT de grado automotriz; los productos IGBT4.0 de BYD tienen menores pérdidas de conmutación, mayor capacidad de salida de corriente y una vida útil más prolongada en ciclos de temperatura que el IGBT de cuarta generación de Infineon, el más utilizado en el mercado.

El mercado global de IGBT para vehículos de nueva energía alcanzará los 4.4 millones de dólares en 2025, con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 48.8%. Según datos de Yole, el tamaño del mercado global de IGBT para vehículos de nueva energía fue de 600 millones de dólares en 2019. Datos de EVSalesBlog anunciaron que las ventas globales de vehículos híbridos enchufables y vehículos eléctricos de batería pura en 2019 fueron de aproximadamente 2.2 millones. De esto, se puede deducir que el valor promedio de las bicicletas con IGBT es de 273 dólares (lo que representa el 83% del valor de los semiconductores de potencia para bicicletas). Considerando la actual escasez de capacidad de producción global de obleas de semiconductores, se espera que los semiconductores de potencia para vehículos de nueva energía se utilicen este año. Los precios seguirán siendo altos, y el valor de las bicicletas futuras aumentará gradualmente con el incremento de las tendencias de electrificación y la penetración de los motores duales. Si se multiplica por la previsión de ventas mundiales de vehículos de nueva energía de EVtank para los próximos años, se espera que el mercado mundial de IGBT para vehículos de nueva energía crezca de aproximadamente 600 millones en 2020 a 4.4 millones de dólares estadounidenses en 2025, con una tasa de crecimiento compuesto de aproximadamente el 48.8 %.

2.2. El SiC tiene un mejor rendimiento y se espera que se convierta en la tecnología de próxima generación.

Los dispositivos de potencia basados ​​en materiales semiconductores de tercera generación ofrecen mejores prestaciones. En comparación con los materiales semiconductores basados ​​en silicio, los materiales semiconductores de tercera generación, representados por GaN y SiC, presentan bandas prohibidas más amplias, mayores campos eléctricos de ruptura, mayor conductividad térmica, mayores tasas de saturación electrónica y mayor resistencia a la radiación, lo que los hace más adecuados para la fabricación de dispositivos de alta temperatura, alta frecuencia, resistentes a la radiación y de alta potencia.

Según datos de Infineon, los inversores de material SiC son tres veces más pequeños en volumen y cuatro veces más pesados ​​que los inversores de material Si. Los datos de Rohm muestran que, en la práctica, la frecuencia de conmutación de los MOSFET de SiC puede alcanzar más de 50 kHz (mientras que la frecuencia de conmutación de los IGBT convencionales llega hasta los 20 kHz), y la pérdida de energía es un 73 % menor que la de los IGBT basados ​​en Si. Los MOSFET basados ​​en SiC ofrecen un mayor rendimiento y un tamaño más reducido que los IGBT.

Algunos modelos de gama alta han adoptado MOSFETs basados ​​en SiC, lo que se espera que se convierta en la tendencia del futuro. El Tesla Model 3 es el primer modelo en integrar un módulo de potencia SiC completo. Este desarrollo fue realizado por el departamento de ingeniería de Tesla en colaboración con STMicroelectronics. Inmediatamente, Infineon también se convirtió en proveedor de los módulos de potencia SiC del Tesla Model 3. Además, la versión de tracción a las cuatro ruedas del BYD Han EV se ha convertido en el primer modelo nacional en equipar componentes SiCMOSFET en serie, y su eficiencia general de control electrónico SiC supera el 97 %.

Actualmente, los fabricantes nacionales también están implementando activamente aplicaciones de producción de SiC. Por ejemplo, China Resources Micro logró la producción en masa de la primera línea de producción comercial de SiC de 6 pulgadas en China en julio de 2020, con una capacidad de producción planificada de 1,000 unidades al mes. New Clean Energy también cuenta con varias patentes relacionadas con semiconductores de tercera generación y se espera que lance una serie de productos de diodos de SiC. En el futuro, se centrará en aplicaciones para vehículos de energías renovables.

Actualmente, el SiC está sujeto a factores de costo y rendimiento, y su adopción generalizada a gran escala llevará tiempo. Los tamaños de sustrato de SiC más comunes a nivel internacional son de 4 y 6 pulgadas. Debido a la pequeña área de la oblea y la baja eficiencia de corte de chips, el costo de los sustratos de SiC es elevado. Los bajos rendimientos de fabricación y empaquetado en los procesos posteriores hacen que el costo de los dispositivos de SiC siga siendo alto.

Según datos de la Academia China de Ciencias, el precio de los SiCMOSFET es cuatro veces superior al de los SiIGBT del mismo nivel. Los dispositivos de control electrónico para automoción deben cumplir con indicadores de rendimiento más estrictos y mantener un funcionamiento estable en temperaturas extremas y entornos con fuertes vibraciones. Por lo tanto, antes de su incorporación a los productos finales, los SiCMOSFET deben someterse a una certificación de fiabilidad a largo plazo. Generalmente, el periodo de certificación para los módulos IGBT de automoción es de aproximadamente dos años.

  3  Las tres principales barreras de producto, proceso y ventaja de ser el primero en el mercado crean una sólida ventaja competitiva.

3.1. El complejo entorno de trabajo impone exigencias extremadamente altas a la seguridad y confiabilidad de los IGBT de grado automotriz.

1) Es necesario adaptarse a condiciones de trabajo de alta y baja temperatura "extremadamente calientes" y "extremadamente frías": los IGBT de grado automotriz tienen un amplio rango de temperatura de funcionamiento, y las diferentes ubicaciones de instalación tienen diferentes rangos de temperatura, como los requisitos del compartimento del motor de -40 ℃ a 155 ℃, los requisitos de control de la carrocería de -40 ℃ a 125 ℃, mientras que los chips y componentes de consumo convencionales solo necesitan alcanzar de 0 ℃ a 70 ℃.

2) Necesidad de soportar cambios frecuentes de corriente causados ​​por arranques y paradas frecuentes: Los vehículos suelen experimentar arranques y paradas frecuentes en condiciones de tráfico congestionado. En estos casos, la corriente de funcionamiento del módulo IGBT del convertidor elevador e inversor subirá y bajará con frecuencia, lo que provocará cambios rápidos en la temperatura de la unión del IGBT. Esto requiere una alta resistencia a la temperatura y una buena capacidad de disipación de calor por parte del IGBT.

3) Requisito de alta resistencia sísmica: Debido a la incertidumbre de las condiciones del vehículo, como montañas, barro, caminos de grava, etc., los IGBT automotrices pueden estar sujetos a fuertes vibraciones y golpes durante la conducción. Cada terminal del módulo IGBT debe tener la resistencia mecánica suficiente para funcionar con normalidad en condiciones de vibración intensa.

4) Capacidad de adaptación a entornos de trabajo adversos: Teniendo en cuenta el moho, el polvo, el agua, los entornos naturales salinos y alcalinos (costa, nieve, lluvia, etc.), la compatibilidad electromagnética (CEM) y la erosión por gases nocivos, se exigen requisitos extremadamente altos en cuanto al rendimiento de seguridad de los IGBT, como la resistencia al agua, al polvo y a la corrosión. Bajo estas condiciones, el IGBT no puede afectar su funcionamiento de forma incontrolable ni interferir con otros equipos del vehículo (bus de control, MCU, sensores).

5) Debe tener una larga vida útil y una baja tasa de fallos. La vida útil de un automóvil convencional es de aproximadamente 15 años o 600 000 kilómetros. A lo largo de su ciclo de vida, el requisito básico de los fabricantes de automóviles para las tasas de fallos de los semiconductores es de un solo dígito (una parte por millón). La mayoría exige que se sitúe en el nivel de partes por mil millones (partes por billón), lo que prácticamente garantiza una tolerancia cero a los fallos.

3.2. El proceso de diseño, fabricación y empaquetado de IGBT de grado automotriz es difícil.

El diseño de los IGBT para automoción debe garantizar el equilibrio entre el encendido y el apagado, la resistencia a cortocircuitos y la caída de tensión de conducción, y la optimización de parámetros es muy compleja. Los chips IGBT para automoción suelen operar en entornos de alta corriente, alta tensión y alta frecuencia. El diseño del chip debe asegurar que el encendido y el apagado, la resistencia a cortocircuitos y la caída de tensión de conducción (control térmico) se encuentren en un estado de equilibrio. El diseño del chip, así como el ajuste y la optimización de parámetros, son procesos muy complejos.

Las principales dificultades en el proceso de diseño de chips son:

(1) El diseño del terminal debe garantizar una alta fiabilidad al tiempo que se logra un tamaño pequeño y una alta tensión de resistencia;

(2) El diseño de la celda debe lograr una alta densidad de corriente al tiempo que garantiza una amplia área de trabajo segura, lo que requiere capacidades de disipación de calor extremadamente altas;

(3) El diseño de la celda debe lograr una alta densidad de corriente al tiempo que garantiza una capacidad de cortocircuito suficiente;

El proceso de producción es complejo: las láminas se rompen con facilidad y el punto de fusión del metal frontal es limitado, lo que dificulta el control de la temperatura de recocido. Al encender el IGBT, este se comporta como un cable, y la corriente lo atraviesa verticalmente de arriba abajo hasta llegar al motor de accionamiento.

1) Cuanto más delgado sea el chip, menor será su resistencia térmica, pero también se romperá con facilidad. Proceso de adelgazamiento: Cuanto más delgado sea el chip, menor será el recorrido de la corriente, y la energía perdida en el chip se reducirá en consecuencia, y la duración de la batería del vehículo será mayor. A finales de 2018, BYD anunció que podía adelgazar las obleas hasta 120 μm, mientras que los chips IGBT de Infineon se pueden adelgazar hasta 40 μm. El procesamiento posterior de obleas y chips con este grosor es muy difícil técnicamente y se rompen con facilidad.

2) El proceso de la parte posterior debe realizarse a baja temperatura, de lo contrario, provocará fácilmente la fusión del metal de la parte frontal. El proceso de la parte posterior incluye la implantación iónica, la activación por recocido, la metalización y otros pasos. Debido a la limitación del punto de fusión del metal frontal y al adelgazamiento continuo de los chips IGBT, estos procesos de la parte posterior deben realizarse a bajas temperaturas (sin superar los 450 °C), ya que de lo contrario se producirá fácilmente la fusión del metal frontal y una activación por recocido extremadamente difícil.

Las barreras técnicas para la soldadura y unión de los módulos IGBT son elevadas. Los IGBT para automoción se utilizan principalmente en forma de módulos. La estructura de encapsulado del módulo consiste en integrar dispositivos semiconductores discretos mediante algún método. Un módulo IGBT suele requerir un total de nueve procesos (parcheo, soldadura, limpieza con plasma, detección por rayos X, unión, relleno y curado de adhesivo, moldeo, pruebas y marcado) antes de su comercialización. Entre ellos, la soldadura y la unión son los aspectos más complejos de la tecnología de encapsulado de módulos.

(1) Soldadura: Los parámetros del proceso de interconexión de parches de plata sinterizada a baja temperatura más reciente son difíciles de dominar, y el costo de los materiales y equipos es alto, lo que se ha convertido en una barrera de entrada. Actualmente, la tecnología de soldadura predominante es la soldadura blanda. Pero esta tecnología produce resultados menos consistentes y confiables. Para ello, se ha desarrollado un proceso de interconexión de parches de plata sinterizada a baja temperatura. La capa de soldadura de este proceso tiene las ventajas de alta conductividad térmica, alta conductividad eléctrica y alta confiabilidad. Sin embargo, esta tecnología es muy difícil. El ajuste de los parámetros del proceso, el alto costo de adquisición de equipos y el alto costo del polvo de plata utilizado en la producción se han convertido en barreras que restringen a los fabricantes el uso de esta tecnología. Actualmente, solo empresas avanzadas representadas por Infineon y Mitsubishi han utilizado la sinterización de plata a baja temperatura para soldar en algunos de sus módulos IGBT de alto rendimiento.

(2) Unión: Tiene una alta dificultad de proceso. Actualmente, los cables de unión comúnmente utilizados para la interconexión de la superficie interna del chip de los módulos IGBT son cables de aluminio y cables de cobre. El cable de cobre tiene baja resistividad, alta conductividad térmica y bajo coeficiente de expansión, lo que lo hace más adecuado para módulos automotrices con alta densidad de potencia y disipación de calor eficiente. Sin embargo, la dificultad del proceso de unión del cable de cobre es que requiere un tratamiento de metalización de cobre en la superficie del chip y requiere una mayor energía ultrasónica, lo que puede dañar el propio chip IGBT. 1) El cobre tiene una fuerte afinidad por el oxígeno y requiere un sellado estricto y una operación rápida. Los cables de cobre se oxidarán inmediatamente cuando entren en contacto con el aire. En principio, el empaque puede completarse dentro de las 48 horas posteriores al desempaquetado. El cable de cobre oxidado es más duro, difícil de unir y propenso a que las uniones de soldadura se caigan o tengan baja resistencia a la tracción. 2) Durante el proceso de unión, el flujo de gas inerte protector es difícil de controlar. Para reducir el grado de oxidación del cobre, es necesario añadir gas protector a la zona de calentamiento del chip propensa a la oxidación. Un flujo excesivo afectará a la temperatura de calentamiento, y un flujo insuficiente debilitará el efecto protector. 3) Los requisitos de material para la fabricación de dispositivos de soldadura por presión son estrictos. La superficie del dispositivo debe ser lisa para asegurar que el soporte y los pasadores no se aflojen; de lo contrario, afectará directamente a una serie de problemas del alambre de soldadura, como combustión deficiente de la bola, alambres cortos y alambres deformados durante el proceso de soldadura del producto. 4) Los ajustes de los parámetros del equipo de unión deben considerar exhaustivamente factores como la fuerza de soldadura, la potencia de reserva y la posibilidad de cráteres, que son difíciles de equilibrar y controlar. Los problemas en cualquier paso darán lugar a un fallo de unión.

3.3. Ventaja obvia del pionero: ciclo de certificación largo y altos costos de reemplazo.

Debido a los altos requisitos de fiabilidad de los IGBT para automoción, su ciclo de certificación es largo y los costes de sustitución son elevados. Las empresas pioneras cuentan con claras ventajas por ser las primeras en el mercado.

1) La certificación es rigurosa y el proceso es largo. Los dispositivos o módulos IGBT discretos deben cumplir con los estándares de confiabilidad AECQ100 (IC)/101 (dispositivos discretos), el estándar de gestión de calidad ISO/TS1649 y el estándar de seguridad funcional ISO26262ASILB (D) antes de poder incorporarse a la cadena de suministro de los fabricantes de automóviles de primer nivel. El ciclo de certificación suele ser de al menos dos años.

2) Alto costo de reemplazo. El módulo IGBT es un componente clave en los productos derivados, responsable de regular el voltaje, la corriente, la frecuencia, la fase, etc., en el circuito. Su rendimiento, estabilidad y confiabilidad son cruciales para los clientes. Estos suelen ser cautelosos con los nuevos proveedores de IGBT. No solo evalúan exhaustivamente la solidez del proveedor en teoría, sino que también toman decisiones de compra de gran volumen tras realizar pruebas individuales de productos, pruebas completas de la máquina, múltiples pruebas de lotes pequeños, etc. El costo de reemplazo es elevado y el ciclo de toma de decisiones de compra es prolongado.

3) El negocio de los IGBT requiere una acumulación de experiencia a largo plazo para alcanzar un buen nivel de conocimientos técnicos. Los chips IGBT y los chips de diodos de recuperación rápida son componentes clave en los módulos IGBT. Su producción implica numerosos pasos y el uso de diversos equipos. La organización, el control y la puesta en marcha de los equipos, entre otras tareas, son complejos. Por ejemplo, la selección y el procesamiento de los materiales de disipación de calor, el grado de adelgazamiento, la concentración, la cantidad y la velocidad de las dos inyecciones de iones de fósforo, el control de la temperatura del proceso posterior y los equipos en cada etapa, requieren una amplia experiencia para dominar el diseño y el proceso de producción de los chips.

Las aplicaciones de vehículos de nueva energía suelen requerir la producción en masa de módulos IGBT con alta fiabilidad y estabilidad. Esto exige un largo periodo de experiencia para comprender las características de los equipos y materiales, así como para dominar el proceso de producción. Por ejemplo, el proceso de ensamblaje de chips implica la determinación de la posición del chip, los coeficientes de dilatación térmica y las características de los diferentes materiales, la configuración de la curva de reflujo del horno y otros parámetros. Estos procesos de producción requieren una investigación y un desarrollo prolongados para encontrar la solución adecuada.

4) Altas barreras financieras. La industria de los IGBT es intensiva en capital. La cadena industrial abarca el diseño, la fabricación y las pruebas de los chips, así como la fabricación y el ensayo de los módulos. Su equipo de producción y ensayo, en su mayoría importado, tiene un alto costo. Además, la investigación y el desarrollo de productos, junto con el desarrollo de mercado, requieren mucho tiempo. Asimismo, las empresas fabricantes de IGBT necesitan un capital de trabajo considerable. Los nuevos participantes suelen enfrentarse a grandes inversiones y una baja producción en la etapa inicial. Requieren un sólido respaldo financiero para continuar con la investigación y el desarrollo de productos, la producción y las ventas.

En conjunto, incluso si una empresa nueva produce IGBT, tardará mucho tiempo en ganarse el reconocimiento de los clientes y alcanzar un buen nivel de conocimiento técnico. Al mismo tiempo, también se enfrentará a las dificultades de una gran inversión de capital a largo plazo y al desarrollo del mercado. Las empresas pioneras cuentan con claras ventajas propias de ser las primeras en el mercado.

  4  El panorama competitivo de la industria de IGBT para automóviles es excelente, pero la tasa de localización sigue siendo baja.

El panorama competitivo es intenso, con una cuota de mercado total del 81% para CR4; sin embargo, la tasa de localización es baja, con solo tres empresas nacionales entre las diez preseleccionadas. Según las estadísticas de Omdia de 2019, los diez principales proveedores mundiales de módulos IGBT representan el 75.6% de la cuota de mercado. La estructura del mercado está concentrada y el nivel de competencia es favorable.

Según datos de NE Times, en 2019 se ensamblaron en China un total de 1.08 millones de conjuntos de módulos IGBT para automóviles, de los cuales Infineon acaparó el 58.2% con 628,000 conjuntos, liderando el mercado. BYD Microelectronics ocupó el segundo lugar, con un total de 194,000 unidades ensambladas, lo que representa el 18%. Mitsubishi Electric y Semikron se ubicaron en tercer y cuarto lugar, respectivamente, con participaciones del 5.2% y el 3%. Star Semiconductor se sitúa en quinto lugar, con una participación del 1.6%. Otro fabricante nacional, CRRC Times Electric, ocupó el noveno lugar, con una participación del 0.8%. En 2019, los cuatro principales fabricantes de módulos IGBT para vehículos de nueva energía sumaron una participación del 81.4%, evidenciando un patrón de oligopolio. Entre los fabricantes nacionales, solo tres empresas, BYD Microelectronics, Star Semiconductor y CRRC Times Electric, se encuentran entre las 10 primeras en términos de cuota de mercado, representando el 20.4%, con una baja tasa de localización.

Desde la perspectiva de la cobertura de voltaje, la gama de productos IGBT de las empresas nacionales es cada vez más completa. El fabricante nacional Star Semiconductor cuenta actualmente con una de las líneas de productos de módulos IGBT más completas del país, que abarca una amplia gama de campos de aplicación, desde alto voltaje (3300 V) hasta voltaje medio y bajo (600 V); CRRC Times Electric se centra principalmente en ferrocarriles de alta velocidad, trenes de alta velocidad y otras subdivisiones, y actualmente tiene cierta competitividad, principalmente en el campo del alto voltaje por encima de 4500 V.

Los productos de Infineon cubren por completo los campos de aplicación posteriores en todos los niveles de voltaje, mientras que ABB se centra principalmente en productos de alto y muy alto voltaje. En general, los productos IGBT de las empresas de capital nacional cubren todo el mercado, desde bajo hasta alto voltaje, y su oferta en el sector de bajo voltaje es relativamente completa. Sin embargo, en comparación con los fabricantes extranjeros, los dispositivos discretos de potencia de nuestro país aún necesitan reforzarse en el sector de alto voltaje.

  5    Múltiples factores aceleran la sustitución nacional y promueven el aumento de la cuota de mercado.

A medida que se intensifican las fricciones comerciales, la necesidad de semiconductores autónomos y controlables se vuelve cada vez más urgente. En los últimos años, las fricciones comerciales entre China y Estados Unidos han mostrado una tendencia creciente.

En marzo de 2016 y abril de 2018, ZTE fue incluida dos veces en la "Lista de Entidades" de Estados Unidos. El 15 de mayo de 2019, Huawei fue incluida en dicha lista y se le prohibió realizar negocios con empresas estadounidenses o adquirir equipos de telecomunicaciones de ellas. Como consecuencia, Google dejó de prestar servicios a Huawei.

El 15 de mayo de 2020, Estados Unidos volvió a imponer una prohibición a Huawei, exigiendo que los chips fabricados con tecnología y equipos estadounidenses fueran aprobados por Estados Unidos antes de poder ser vendidos a Huawei. El 17 de agosto de 2020, 38 filiales de Huawei fueron incluidas en la lista de entidades sancionadas, y la prohibición se implementó por completo el 15 de septiembre del mismo año.

En diciembre de 2020, SMIC fue incluida por Estados Unidos en su lista de empresas chinas relacionadas con el sector militar. En el contexto del intensificado bloqueo tecnológico estadounidense contra China, este país se enfrenta al riesgo de un aumento de las fricciones comerciales, interrupciones en el suministro y una escasa cooperación internacional. Resulta cada vez más urgente establecer una cadena de suministro de semiconductores independiente y controlable, y acelerar la sustitución de la producción nacional.

China se ha convertido en el mayor mercado de consumo de automóviles del mundo, lo que representa una excelente oportunidad de desarrollo para los IGBT automotrices. En 2019, las ventas de automóviles nuevos en China alcanzaron los 25.75 millones de unidades, lo que equivale aproximadamente al 28.5 % de las ventas mundiales de automóviles nuevos, consolidándose como el mayor mercado de consumo de automóviles del mundo. Si bien en mi país la cifra actual de automóviles en propiedad supera los 260 millones, la propiedad de automóviles per cápita aún está muy por debajo de la de los países desarrollados.

Según datos del Banco Mundial, en 2019, la tasa de posesión de automóviles per cápita en mi país era de 0.173; en Estados Unidos, de 0.837, 4.8 veces superior a la de China; y en Japón, de 0.591, 3.4 veces superior a la de China. Se prevé que las ventas de automóviles en China sigan aumentando en el futuro. El vasto mercado de consumo de automóviles ofrece un amplio margen para el desarrollo de las empresas de IGBT de mi país y sienta una buena base para su crecimiento.

La participación de los fabricantes nacionales de vehículos de nueva energía ha aumentado, acelerando la sustitución de los IGBT de producción nacional. En cuanto a los vehículos de combustible, debido a su tardía incursión en este sector, la competitividad de mi país en la industria de vehículos de combustible tradicional es débil. En los tres primeros trimestres de 2020, las ventas de vehículos de pasajeros en mi país alcanzaron los 13.38 millones de unidades, de las cuales las ventas de vehículos de pasajeros de marcas chinas representaron solo alrededor del 36%. En la industria de vehículos de nueva energía, mi país está tomando la delantera y ha establecido importantes ventajas tecnológicas y de mercado.

En los tres primeros trimestres de 2020, China vendió 620,000 vehículos de pasajeros de nueva energía, de los cuales las marcas independientes, los fabricantes de automóviles nuevos y las empresas conjuntas extranjeras representaron el 55%, el 15% y el 30%, respectivamente. Los fabricantes nacionales representaron el 70%, una cifra significativamente superior a la de los vehículos de combustible tradicionales. En el futuro, a medida que aumente gradualmente la penetración de los vehículos de nueva energía, se espera que la cuota de mercado de los fabricantes de automóviles nacionales también se incremente, propiciando avances significativos. En el contexto de la intensificación de las fricciones comerciales, se prevé que los fabricantes nacionales de vehículos de nueva energía utilicen más IGBT nacionales debido a las preocupaciones sobre la seguridad de la cadena de suministro, lo que impulsará un aumento en la proporción de IGBT nacionales en el mercado.

Los fabricantes nacionales ofrecen ventajas en cuanto a rentabilidad y rapidez de respuesta, en línea con la tendencia de reducción de costes y mejora de la eficiencia de los vehículos de nueva energía. En comparación con sus competidores extranjeros, los fabricantes nacionales de IGBT presentan bajos costes de comunicación con los fabricantes de automóviles, entregas rápidas, sólidas capacidades de servicio y la habilidad de responder con agilidad a las necesidades de los clientes, lo que les confiere una ventaja competitiva. Además, los fabricantes nacionales de semiconductores de potencia también ofrecen una excelente relación coste-rendimiento y bajos costes logísticos y laborales, lo que satisface las necesidades de los fabricantes de vehículos de nueva energía de reducir costes y aumentar la eficiencia a medida que incrementan su penetración en el mercado y su cuota de mercado.

Las políticas y los fondos respaldan el desarrollo de la industria nacional de IGBT. El IGBT cuenta con un enorme mercado nacional e internacional y desempeña un papel fundamental e insustituible en la modernización de la estructura industrial, el ahorro energético, la reducción de emisiones, las energías renovables y otros ámbitos. En los últimos años, el país ha implementado diversas políticas para apoyar el desarrollo de la industria de semiconductores, incluyendo el IGBT, desde las perspectivas del desarrollo industrial, la investigación y el desarrollo, hasta la inversión fiscal.

En agosto de 2020, el Consejo de Estado emitió "Varias políticas para promover el desarrollo de alta calidad de la industria de circuitos integrados y la industria del software en la nueva era" para brindar un apoyo integral al desarrollo de la industria de semiconductores en materia de finanzas e impuestos, inversión y financiación, investigación y desarrollo, etc. Este apoyo político integral impulsará eficazmente el rápido desarrollo de la industria IGBT.

Además, el Estado también brinda apoyo activo a nivel financiero. La primera y la segunda fase del Fondo Nacional de la Industria de Circuitos Integrados (conocido como el Gran Fondo) se establecieron en 2014 y 2019, respectivamente. La primera fase del Gran Fondo recaudó 138.7 millones de yuanes, y la segunda fase contó con un capital registrado de 204.15 millones de yuanes.

Según las estadísticas de Jiwei.com, las áreas de inversión de la primera fase del gran fondo incluyen: fabricación de circuitos integrados (67%), diseño (17%), empaquetado y pruebas (10%) y materiales para equipos (6%). Impulsada por la inversión de grandes fondos y el capital social que estos movilizan, la industria de los circuitos integrados, incluyendo los IGBT, ha experimentado un buen desarrollo.

En resumen, se espera que la sustitución nacional de IGBT para automóviles se acelere, lo que ayudará a los fabricantes nacionales a aumentar su participación. Primero: mi país es el mercado de consumo de automóviles más grande del mundo, y la demanda de automóviles seguirá aumentando en el futuro, lo que brinda una buena oportunidad para el desarrollo de los fabricantes nacionales de IGBT para automóviles. Segundo: las fricciones comerciales se han intensificado y la necesidad de semiconductores autónomos y controlables se ha vuelto cada vez más urgente. Tercero: los fabricantes nacionales en la industria de vehículos de nueva energía toman la delantera al establecer la ventaja del primer movimiento y se espera que logren adelantamientos en los segmentos. A medida que aumenta la participación de las empresas nacionales de vehículos de nueva energía y debido a consideraciones de seguridad de la cadena de suministro, se espera que más fabricantes nacionales de semiconductores tiendan a utilizar productos, y se espera que aumente la participación de IGBT nacionales. Cuarto: los fabricantes nacionales de IGBT tienen ventajas de servicio local, como un alto rendimiento de costos y una rápida velocidad de respuesta, que satisfacen las necesidades de los vehículos de nueva energía para reducir costos y aumentar la eficiencia, y se espera que aumenten la participación de mercado en la competencia futura. Quinto: las políticas y los fondos nacionales apoyan el desarrollo de la industria de IGBT. Basándonos en el análisis anterior, creemos que el proceso de sustitución nacional de los IGBT para automóviles se acelerará y logrará un aumento de su cuota de mercado.

Además de aumentar su cuota de mercado, los fabricantes nacionales de IGBT se beneficiarán plenamente del rápido crecimiento del mercado nacional de IGBT para el sector automotriz. Según nuestros cálculos, se prevé que el mercado chino de IGBT para vehículos de nueva energía alcance los 17.7 millones de yuanes en 2025, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 43.45%. El mercado chino de IGBT para estaciones de carga de vehículos de nueva energía alcanzará los 14.7 millones de yuanes en 2025, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 43.45%.

Se prevé que el mercado de IGBT para vehículos de nueva energía en China alcance los 17.700 millones de yuanes en 2025, seis veces más que en 2020, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 43.45%. Según datos de la Asociación China del Automóvil, las ventas de automóviles en China alcanzaron los 25.3 millones de vehículos en 2020. Se espera que para 2025 las ventas de automóviles en China lleguen a los 30 millones de vehículos, de los cuales 1.32 millones correspondieron a vehículos de nueva energía en 2020, con una tasa de penetración del 5.22%.

Si la tasa de penetración de vehículos de nueva energía en China alcanza el 20% propuesto en el "Plan de Desarrollo de la Industria de Vehículos de Nueva Energía (2021-2035)" para 2025, las ventas de vehículos de nueva energía en China aumentarán de 1.32 millones de unidades en 2020 a 6 millones de unidades en 2025. Según el valor de los semiconductores de potencia para vehículos de nueva energía que calculamos anteriormente, se espera que el mercado chino de semiconductores de potencia para vehículos de nueva energía alcance los 17.700 millones de yuanes en 2025, lo que representa 6 veces la cifra de 2020, con una tasa de crecimiento compuesto del 43.45%.

Se estima que el mercado chino de IGBT para vehículos de nueva energía alcanzará los 14.7 millones de yuanes en 2025, con una tasa de crecimiento compuesto del 43.45%, y el IGBT será el más beneficiado. Según datos de Yole, el tamaño del mercado mundial de IGBT para vehículos de nueva energía fue de 600 millones de dólares estadounidenses en 2019. Datos de EVSalesBlog anunciaron que las ventas mundiales de vehículos eléctricos híbridos enchufables y vehículos eléctricos de batería pura en 2019 fueron de aproximadamente 2.2 millones. A partir de esto, se puede calcular que el valor promedio de las bicicletas IGBT es de 273 dólares estadounidenses (que representa el 83% del valor de los semiconductores de potencia para bicicletas), afectado por la escasez de fundición de obleas, y teniendo en cuenta la actual escasez de capacidad de producción de fundición de obleas de semiconductores a nivel mundial, se espera que el precio de los semiconductores de potencia para vehículos de nueva energía se mantenga en un nivel alto este año, y el valor de las bicicletas en el futuro aumentará gradualmente con la tendencia de electrificación y el aumento de la penetración de motores duales. Multiplicado por las ventas de vehículos de nueva energía de mi país, que ascienden a 6 millones de unidades en 2025, se espera que el tamaño del mercado chino de IGBT para vehículos de nueva energía crezca de aproximadamente 2.4 millones en 2020 a 14.7 millones en 2025, con una tasa de crecimiento compuesto del 43.45%.

Se prevé que el mercado chino de baterías IGBT para estaciones de carga de vehículos de nueva energía alcance los 10.9 millones de yuanes en 2025, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 35%. Actualmente, el ciclo de desguace de los vehículos de nueva energía oscila entre 8 y 10 años. Según los cálculos de ventas anuales de vehículos de nueva energía mencionados anteriormente, se espera que el número de vehículos de nueva energía alcance los 22.46 millones en 2025.

Con el avance de la nueva infraestructura, y suponiendo de forma conservadora que la proporción de vehículos por punto de recarga aumentará a 2:1 para 2025, se calcula que el número de puntos de recarga en 2025 será de aproximadamente 11.23 millones. Dado que la nueva política de infraestructura se centra en la construcción de puntos de recarga públicos, se prevé que la proporción de estos puntos aumente del 48 % en 2020 al 50 % en 2025. Además, debido al aumento de la demanda de carga rápida, se prevé que la proporción de puntos de recarga de corriente continua (CC) en los puntos de recarga públicos aumente del 38 % en 2020 al 50 % en 2025.

Según los datos de los anuncios de licitación del proyecto de estaciones de carga para vehículos de State Grid a lo largo de los años, calculamos que el precio promedio por vatio de la estación de carga pública de CC de 60 kW, la principal fuerza de licitación, bajó de 1.15 yuanes/W en 2017 a 0.9 yuanes/W en 2019 (el precio de una sola máquina bajó de 69,000 yuanes en 2017 a 54,000 yuanes en 2019); el precio promedio de una sola máquina en las estaciones de carga públicas de CA bajó de 9,500 yuanes en 2017 a 5,400 yuanes en 2019.

Según nuestra investigación sobre los precios de los puntos de recarga privados de los principales fabricantes de vehículos de nueva energía en el mercado, calculamos que el precio de estos puntos de recarga bajó de 12,700 yuanes/unidad en 2017 a 7,800 yuanes/unidad en 2020. Calculando que los IGBT representan aproximadamente el 20% del coste de los puntos de recarga, se prevé que el tamaño del mercado nacional de IGBT para puntos de recarga alcance los 10.9 millones de yuanes en 2025, lo que supone un aumento de 3.4 veces con respecto a los 2.5 millones de yuanes de 2020, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 34.5%.

  6    La limitada capacidad de producción es difícil de aliviar a corto plazo, y el auge de los semiconductores de potencia continúa en aumento.

La capacidad de producción de chips de 8 pulgadas es limitada y la fundición opera a plena capacidad. En 2020, la comercialización de la tecnología 5G y la economía del teletrabajo derivada de la pandemia aceleraron la transformación digital de la sociedad. El mercado de equipos terminales, como automóviles, electrodomésticos y dispositivos digitales, continuó recuperándose, impulsando significativamente el crecimiento de la demanda de semiconductores.

Además, la epidemia en Europa y Estados Unidos aún no se ha controlado por completo, y factores como la incertidumbre en las relaciones comerciales entre China y Estados Unidos han llevado a los fabricantes de chips a aumentar sus inventarios de seguridad. La confluencia de múltiples factores ha provocado que la oferta de capacidad de producción de obleas supere la demanda, y la capacidad de producción de obleas de 8 pulgadas de los principales fabricantes está cerca de su capacidad máxima. Las empresas más avanzadas del mundo, Huahong Hongli, superaron el 100 % de utilización de su capacidad en el tercer trimestre de 2020, y UMC y SMIC también alcanzaron un alto nivel del 95 %.

El tiempo para que la capacidad de producción global de nuevas obleas alcance su plena capacidad se concentra principalmente entre 2023 y 2025, y es difícil resolver la escasez de capacidad de producción a corto plazo. Desde la perspectiva de la capacidad de producción global, según datos de ICInsights, se espera que la capacidad de producción mundial de nuevas obleas (equivalentes a 8 pulgadas) sea de aproximadamente 17.9 millones de piezas en 2020, y se añadirán 20.8 millones de piezas en 2021. Sin embargo, debido a la compra de equipos, la puesta a punto, la verificación por parte del cliente y otros motivos, el período de puesta en marcha de la capacidad de producción de las plantas de fabricación de obleas es relativamente largo, generalmente de entre 3 y 5 años. Se espera que esta parte de la nueva capacidad de producción alcance su plena capacidad entre 2023 y 2025, lo que dificulta resolver la escasez de capacidad de producción a corto plazo.

La capacidad de fabricación de semiconductores en construcción en el país equivale a aproximadamente 27.96 millones de piezas de 8 pulgadas al año, la mayoría de las cuales entrarán en producción en 2022. Sin embargo, considerando que habrá un largo período de puesta en marcha de la producción tras la puesta en marcha de la nueva línea de producción, es difícil aliviar la escasez de capacidad de producción a corto plazo. Según nuestras estadísticas incompletas, la capacidad actual de fabricación de semiconductores en el país es de aproximadamente 2.88 millones de piezas al mes (equivalente a obleas de 8 pulgadas, incluidas las obleas de silicio y las obleas base de semiconductores compuestos), y la capacidad total de fabricación de semiconductores en construcción en el país es de aproximadamente 2.33 millones de piezas al mes (27.96 millones de piezas al año). La mayoría de las nuevas líneas de producción entrarán en producción en 2022. Sin embargo, considerando que todavía hay un período de puesta en marcha de la capacidad de producción de 3 a 5 años después de la puesta en marcha de las nuevas líneas de producción, no se podrá alcanzar la producción total rápidamente. Se prevé que la escasez de capacidad de producción seguirá siendo difícil de aliviar a corto plazo.

Se estima que para 2025, la cantidad de obleas de 8 pulgadas necesarias para los módulos IGBT de grado automotriz a nivel mundial será de 1.69 millones, lo que representa un aumento de 5.4 veces en comparación con 2020. Actualmente, existen dos tipos de vehículos eléctricos en el mercado: de un solo motor y de doble motor. En la actualidad, los vehículos de nueva energía más comunes utilizan una configuración de un solo motor. Sin embargo, con la mejora de la tecnología de fabricación de vehículos de nueva energía en el futuro, aumentará la penetración de los vehículos de doble motor, que ofrecen un mayor rendimiento.

En los vehículos de nueva energía, cada motor utiliza un inversor, y cada inversor utiliza un módulo IGBT. En vista del excelente rendimiento de los motores duales, suponemos que su tasa de penetración alcanzará el 20 % en 2025. Se estima que en 2025, el mundo necesitará ensamblar módulos IGBT para 12 millones de vehículos eléctricos y 14.4 millones de motores. Actualmente, un módulo IGBT de grado automotriz contiene entre 10 y 18 chips IGBT (el número de chips varía según los diferentes niveles de voltaje de los módulos IGBT). Calculando un promedio de 15 216 millones de chips IGBT, se necesitan aproximadamente 128 chips IGBT por oblea de 8 pulgadas. Se prevé que la demanda mundial de obleas de 8 pulgadas para módulos IGBT de grado automotriz alcance los 1.69 millones de unidades en 2025, lo que supone un aumento de 5.4 veces con respecto a 2020.

El aumento de los precios de las obleas se ha transmitido a la fase final de la cadena industrial, y el auge de los semiconductores continúa en aumento. La demanda final sigue creciendo, la capacidad de producción de las fundiciones ya está al máximo y no es posible incrementarla rápidamente a corto plazo. Esta contradicción entre la oferta y la demanda ha provocado un aumento en los precios de las obleas.

TSMC ha cancelado el descuento del 3% en la fabricación de obleas de 12 pulgadas para sus principales clientes. UMC ha aumentado sucesivamente el precio de sus obleas de 8 pulgadas y posteriormente el de las de 12 pulgadas. Este aumento en los precios de fabricación se transmitió de inmediato a los fabricantes de los niveles inferiores de la cadena de valor, y la mayoría de ellos incrementaron sus precios en más del 10%. Entre ellos, Renesas Electronics anunció que los precios de algunos productos analógicos y de potencia aumentarán entre un 15% y un 100%. Aprovechando el alza de los precios, empresas como Infineon han ampliado los plazos de entrega. Se prevé que la prosperidad de la cadena de valor de la industria de semiconductores continúe en aumento.

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