Esta semana, una noticia sobre la producción en masa de IGBT de vanguardia en China acaparó gran atención. El 7 de julio, Zhixin Semiconductor logró la producción en masa de módulos IGBT para automoción. Este es el primer resultado fructífero de la cooperación estratégica entre Dongfeng Corporation y CRRC para la creación de Zhixin Semiconductor Company.

Según los informes, el módulo IGBT que se ha puesto en producción esta vez cuenta con una buena disipación de calor y resistencia a las interferencias electromagnéticas, y cumple con los altos requisitos de fiabilidad de los productos para la industria automotriz. En consecuencia, las empresas chinas de vehículos de nueva energía disponen de una nueva opción, lo que refuerza la cadena de suministro local de semiconductores de potencia para el sector automotriz.

Recientemente, no solo Zhixin Semiconductor, sino también en junio y principios de julio, en poco más de un mes, aparecieron invariablemente chips y módulos IGBT locales de China, especialmente productos para automóviles, mostrando un brote colectivo.

En junio, Huahong y Star Semiconductor firmaron un acuerdo de cooperación estratégica. Ambas partes anunciaron conjuntamente que el chip IGBT de 12 pulgadas de alta potencia para automoción, desarrollado en colaboración, ha alcanzado la producción en masa, ha superado la verificación del producto por parte de fabricantes de automóviles y ha entrado ampliamente en el mercado de unidades de potencia, principalmente en aplicaciones para el sector automotriz.

El 21 de junio, Silan Micro anunció que planea invertir en la construcción de la "Fase I del proyecto de construcción de la línea de producción de módulos de potencia y dispositivos integrados de potencia para uso automotriz e industrial" a través de su filial Chengdu Jijia Technology Co., Ltd. La inversión total del proyecto asciende a 758 millones de yuanes. El plazo de construcción y producción será de dos años. Tras su puesta en marcha, los módulos IGBT serán los productos principales.

El 23 de junio, la primera línea de producción de IGBT de Sunking Technology se completó oficialmente y entró en funcionamiento, iniciando así la fase de producción de prueba. Se informa que el proyecto IGBT de la compañía contempla la construcción de dos líneas de producción para el procesamiento de la parte posterior de los chips IGBT y cinco líneas de producción para el empaquetado y las pruebas de módulos IGBT. Tras su finalización, la capacidad de producción anual alcanzará los dos millones de módulos IGBT. Sus aplicaciones abarcarán los campos de media y baja tensión, desde 600 V hasta 1700 V, y se dirigirán a mercados como los vehículos eléctricos, la energía eólica fotovoltaica y la conversión de frecuencia industrial.

El 5 de julio, Wingtech Technology anunció la adquisición de la totalidad de las acciones del fabricante británico de semiconductores Newport Wafer Fab a través de su filial holandesa Nexperia. Newport Wafer Fab, fundada en 1982, se dedica principalmente a la producción de semiconductores de potencia de alta eficiencia energética para automóviles. Nexperia es un importante fabricante de chips y componentes para el sector automotriz. En relación con la adquisición, Zhang Xuezheng, presidente de Wingtech Technology, afirmó que la incorporación de Newport reforzará significativamente las capacidades de Nexperia en semiconductores IGBT, MOSFET, analógicos y compuestos para el sector automotriz.

Ya sea mediante la apertura de fábricas, el inicio de la producción en masa o fusiones y adquisiciones, estos fabricantes se están centrando en el mercado de productos IGBT para el sector automotriz, lo que refleja la popularidad de dicho mercado.

Fuerte demanda de IGBT

En los próximos años, se prevé que la tasa de crecimiento de las ventas de vehículos eléctricos supere el 50 %. Gracias al apoyo político y a las subvenciones, se espera que la tasa de crecimiento anual compuesta de las ventas mundiales y chinas de vehículos eléctricos de nueva energía alcance el 32 %, lo que impulsará el rápido desarrollo de las cadenas de valor de la industria de semiconductores y electrónica. Es innegable que la industria automotriz es uno de los tres pilares fundamentales del desarrollo de la industria de semiconductores (5G, Internet de las Cosas y electrónica automotriz se consideran los tres principales motores que impulsarán el desarrollo de esta industria en la próxima etapa).

En las aplicaciones automotrices, el uso de semiconductores de potencia solo es superado por el de los microcontroladores (MCU), y su cuota de mercado es enorme.

La mayor parte del uso de semiconductores en vehículos de nueva energía corresponde a semiconductores de potencia. En los automóviles tradicionales, estos semiconductores se utilizan principalmente en áreas como el arranque, la generación de energía y la seguridad, representando el 20 % del total. El valor de un solo vehículo es de aproximadamente 60 dólares estadounidenses.

Dado que los vehículos de nueva energía suelen utilizar circuitos de alto voltaje, cuando la batería proporciona un voltaje elevado, se requiere una conversión de voltaje frecuente. En consecuencia, el consumo de circuitos de conversión de voltaje (CC-CC) aumenta significativamente. Además, se requiere un gran número de inversores CC-CA, transformadores, convertidores, etc. Estas demandas de dispositivos semiconductores, como IGBT, MOSFET y diodos, también han aumentado considerablemente. Todo lo anterior ha incrementado notablemente la demanda de dispositivos de potencia en los sistemas electrónicos automotrices.

Según las estadísticas de McKinsey, el costo de los semiconductores para vehículos eléctricos puros es de US$704, el doble de los US$350 de los vehículos tradicionales. De estos, el costo de los dispositivos de potencia asciende a US$387, lo que representa el 55%. En comparación con los vehículos tradicionales, el costo de los nuevos semiconductores para vehículos eléctricos puros es de aproximadamente US$269, lo que supone el 76% del costo total.

El proceso de generación y transmisión de energía de los vehículos eléctricos de nueva generación difiere notablemente del de los motores de gasolina, requiriendo frecuentes conversiones de voltaje y de corriente continua a alterna. Además, la elevada demanda de autonomía de los vehículos eléctricos puros ha exigido una gestión energética más sofisticada. Estas exigencias para los componentes discretos de potencia, como los IGBT, los MOSFET y los diodos, son mucho mayores que las de los vehículos tradicionales. Impulsado por la demanda del sector automotriz, el mercado de los IGBT experimentará un crecimiento exponencial.

Los módulos de potencia para automóviles (actualmente, el más utilizado es el IGBT) determinan el rendimiento clave del sistema de propulsión eléctrica del vehículo y representan más del 40% del coste del inversor del motor, que es el componente principal.

El IGBT representa aproximadamente un tercio del costo del controlador del motor, y este, a su vez, representa entre el 15 % y el 20 % del costo total del vehículo. En otras palabras, el IGBT representa entre el 5 % y el 7 % del costo total del vehículo.

A nivel técnico, los chips IGBT han pasado por una serie de procesos iterativos, incluyendo actualizaciones de PT a NPT y luego a FS, lo que ha hecho que el chip sea más delgado, haya reducido la resistencia térmica y haya mejorado la Tj; la introducción de IEGT, CSTBT y MPT ha continuado reduciendo Vce y aumentando la densidad de potencia; a través de la optimización del metal de superficie y la capa de pasivación, puede cumplir con los altos requisitos de confiabilidad de los automóviles.

En los últimos años, los IGBT han innovado en cuanto a su estructura, como la aparición de los RC-IGBT y los diseños que integran FWD e IGBT; además, también existen integraciones funcionales, como los sensores integrados de corriente y temperatura.

Los IGBT se utilizan ampliamente en los sistemas de control de motores automotrices. Actualmente, estos sistemas requieren decenas de IGBT. Por ejemplo, el motor asíncrono de CA trifásico trasero de Tesla utiliza 28 IGBT por fase, para un total de 84. Si se incluyen los IGBT de otras partes del motor, Tesla utiliza un total de 96 (los dos motores más 36 para el motor delantero). Calculado a un precio de entre 4 y 5 dólares estadounidenses por unidad, el valor de un IGBT para dos motores es de aproximadamente 650 dólares estadounidenses.

Aunque el MOSFET de SiC es más avanzado que el IGBT y tiene un buen potencial de desarrollo de mercado (Tesla ya lo ha adoptado, y NIO también lo hará poco a poco), actualmente existen algunos problemas en los dispositivos de potencia de SiC, que se reflejan específicamente en: bajo rendimiento y alto costo; existen muchos defectos en la interfaz entre SiC y SiO2, y la fiabilidad a largo plazo del óxido de puerta es un problema; el MOSFET de SiC carece de datos de fiabilidad a largo plazo.

Además, la capacidad de conducción de corriente de los dispositivos SiC es baja, pero su costo es demasiado elevado. El costo de los chips MOSFET de SiC del mismo nivel es de 8 a 12 veces mayor que el de los IGBT basados ​​en silicio. En términos de consumo de energía, el MOSFET de SiC se activa antes que el IGBT basado en silicio y se desactiva después de este. El IGBT puede lograr la conmutación de voltaje cero (ZVS), lo que reduce significativamente las pérdidas.

En general, las características eléctricas de los IGBT son similares al 90 % de las de los chips MOSFET de SiC, mientras que su coste es solo el 25 % del de estos últimos. Por lo tanto, los módulos de conmutación híbridos de SiC y silicio tendrán grandes perspectivas de mercado, pero la popularización de los dispositivos de SiC puro en los sistemas de alimentación automotriz llevará tiempo. Los IGBT siguen dominando el mercado.

El mercado chino está creciendo

China es uno de los mercados más importantes para los vehículos de nuevas energías, ya que las ventas de estos vehículos en China representan más de la mitad de las ventas mundiales.

En este contexto de mercado, los principales fabricantes internacionales de semiconductores han establecido alianzas estratégicas con fabricantes de automóviles nacionales. Por ejemplo, en marzo de 2018, SAIC e Infineon crearon una empresa conjunta: SAIC Infineon Semiconductor Company. Se informa que SAIC Infineon Semiconductor se centra en el negocio de empaquetado de módulos IGBT, con el objetivo de abastecer a SAIC y a otros fabricantes nacionales de vehículos de nueva energía, y planea alcanzar una capacidad de producción anual de un millón de unidades.

Además, Wingtech Technology ha adquirido una participación mayoritaria en Nexperia, empresa con una sólida trayectoria en el sector de semiconductores de potencia para la industria automotriz. Más del 50 % de sus productos se utilizan en este sector. Según lo previsto, Nexperia ampliará gradualmente su producción en China continental.

Al comparar el panorama competitivo de los semiconductores para automóviles con la trayectoria de desarrollo de los fabricantes extranjeros, los fabricantes nacionales chinos siguen principalmente dos vías de desarrollo: una consiste en obtener tecnología y recursos de clientes mediante adquisiciones en el sector tradicional de los chips; la otra consiste en desarrollar semiconductores de potencia para vehículos de nueva energía y chips para coches inteligentes.

Si bien la electrificación ha generado una nueva demanda en el mercado de semiconductores para automóviles, también ha brindado numerosas oportunidades a los fabricantes nacionales de este sector. Actualmente, cada vez más fabricantes nacionales están desarrollando semiconductores de potencia para vehículos de nueva energía. Entre los fabricantes más destacados se encuentran BYD, CRRC, Silan Microelectronics y los mencionados anteriormente.

Sin embargo, los fabricantes chinos de semiconductores de potencia para el sector automotriz aún son relativamente débiles y tienen una cuota de mercado relativamente baja. Será difícil establecer una verdadera relación competitiva con los principales fabricantes internacionales en un corto período de tiempo y necesitan seguir creciendo.

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