ایده‌های محوری:

انتظار می‌رود نیمه‌رساناهای قدرت در سال ۲۰۲۱ چرخه رونق بالایی را آغاز کنند. در سال ۲۰۱۸، به دلیل رشد سریع تقاضا برای وسایل نقلیه الکتریکی و تقاضا برای سایر تراشه‌هایی که ظرفیت تولید ۸ اینچی را اشغال می‌کردند، نیمه‌رساناهای قدرت دوره‌ای از کمبود و افزایش قیمت را تجربه کردند. در سال ۲۰۱۹، تحت تأثیر کاهش تلفن‌های هوشمند، کاهش خودروهای سنتی و توسعه مداوم وسایل نقلیه الکتریکی، نیمه‌رساناهای قدرت عملکرد یکنواختی داشتند. در سال ۲۰۲۰، تحت تأثیر این بیماری همه‌گیر، تقاضا برای نیمه‌رساناهای قدرت در نیمه اول سال خوب نبود، اما پس از سه‌ماهه سوم، تحت تأثیر منبع تغذیه ۵G، تلفن‌های هوشمند، صنعت، وسایل نقلیه الکتریکی و اینترنت اشیا قرار گرفت. تقاضا به طور قابل توجهی افزایش یافته است. همه‌گیری خارج از کشور بر ظرفیت تولید تولیدکنندگان خارجی تأثیر گذاشته و برخی از محصولات با کمبود و افزایش قیمت مواجه شده‌اند. ما قضاوت می‌کنیم که به دلیل تقاضای چندگانه، نیمه‌رساناهای قدرت در سال ۲۰۲۱ چرخه رونق بالایی را آغاز خواهند کرد.

چشم‌انداز صنعت

در سال 2021، رشد تقاضا + افزایش قیمت + جایگزینی داخلی، فرصت‌های توسعه خوبی را برای نیمه‌رساناهای قدرت به ارمغان خواهد آورد: تحت تأثیر اپیدمی جدید جهانی کرونا، نیمه‌رساناهای قدرت جهانی در سال 2020 کاهش خواهند یافت. QYResearch پیش‌بینی می‌کند که در سال 2020، 9.1 درصد نسبت به سال قبل کاهش یابد. انتظار می‌رود که در سال 2021، 8.1 درصد نسبت به سال قبل رشد کند که ناشی از تقاضا برای تلفن‌های همراه 5G، وسایل نقلیه الکتریکی و اینترنت اشیا است. در سه‌ماهه چهارم سال 2020، زمان تحویل محصولات نیمه‌رسانای قدرت ON Semiconductor از Infineon، STMicroelectronics و Diodes به طور کلی افزایش یافت. روند افزایش قیمت برخی از محصولات MOSFET، به ویژه Infineon، آشکار بود. برندهای داخلی نیز کمبود و افزایش قیمت را تجربه کردند. قیمت MOSFET به طور کلی 10 تا 20 درصد افزایش یافت. در سال 2019، چین به بزرگترین بازار نیمه‌رسانای قدرت جهان تبدیل شده است و 35.9 درصد از جهان را تشکیل می‌دهد. با این حال، نرخ خودکفایی پایین است. به عنوان مثال، با در نظر گرفتن IGBT، نرخ خودکفایی در سال ۲۰۱۹ تنها ۱۶.۳ درصد بود. ما معتقدیم که در سال ۲۰۲۱، نیمه‌رساناهای قدرت، فرصت‌های توسعه خوبی را به همراه خواهند داشت که ناشی از رشد تقاضا + افزایش قیمت + جایگزینی داخلی است و زنجیره صنعت به طور فعال از آن بهره‌مند خواهد شد.

خودروهای انرژی نو در حال رونق گرفتن هستند و تقاضا برای IGBTها به سرعت در حال افزایش است. خودروهای انرژی نو وارد دوره رشد سریعی می‌شوند. در نوامبر 2020، تولید و فروش خودروهای انرژی نو به ترتیب 198,000 و 200,000 دستگاه بود که به ترتیب افزایش 75.1٪ و 104.9٪ نسبت به سال گذشته را نشان می‌دهد. پیش‌بینی می‌شود که تعداد جهانی خودروهای انرژی نو در سال 2025 به 11 میلیون دستگاه برسد که 50٪ آن متعلق به چین است. خودروهای انرژی نو به تعداد زیادی نیمه‌هادی قدرت جدید نیاز دارند. یک خودروی هیبریدی ملایم 48 ولتی نیاز به افزایش بیش از 90 دلار آمریکا و یک خودروی برقی یا هیبریدی نیاز به افزایش بیش از 330 دلار آمریکا دارد. پیش‌بینی می‌شود که نرخ رشد مرکب سالانه ماژول‌های IGBT خودرو از سال 2018 تا 2023 به 23.5٪ برسد. نیمه‌هادی‌های قدرت خودرو دشوار و بسیار متمرکز هستند و تولیدکنندگان اروپایی و آمریکایی مزیت اصلی را در اختیار دارند. در سال ۲۰۱۹، بزرگترین شرکت جهان Infineon با سهم بازار ۲۵.۵٪ و دومین شرکت بزرگ STMicroelectronics با سهم بازار ۱۳.۹٪ بود. پنج شرکت برتر در مجموع ۶۲.۱٪ را به خود اختصاص دادند که نشان دهنده درجه بالایی از تمرکز است. شرکت‌های چینی پایه و اساس ضعیفی در زمینه نیمه‌هادی‌های قدرت خودرو دارند، اما خودروهای برقی چین در سال‌های اخیر به سرعت توسعه یافته‌اند که این امر توسعه صنعت IGBT را نیز هدایت کرده است. Infineon در سال ۲۰۱۹ با ۴۹.۳٪ سهم، رتبه اول را در زمینه IGBT خودروهای انرژی جدید چین کسب کرد و پس از آن BYD که عمدتاً محصولات خود را تأمین می‌کند، با ۲۰٪ سهم، و Star Semiconductor با ۱۶.۶٪ سهم بازار و رشد سریع، رتبه سوم را کسب کردند.

عملکرد نیمه‌هادی‌های نسل سوم عالی است و تقاضا در حال افزایش است. SiC عمدتاً در کالاهای سفید، انرژی‌های نو (وسایل نقلیه الکتریکی، انرژی بادی، فتوولتائیک) و کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود. پیش‌بینی می‌شود که اندازه بازار دستگاه‌های قدرت کاربید سیلیکون در سال 2027 از 10 میلیارد دلار آمریکا فراتر رود. از نظر کاربردهای خودرو، MOSFETهای SiC از نظر عملکرد به وضوح برتر هستند که می‌توانند تلفات را کاهش داده و حجم و وزن ماژول را کاهش دهند. مدل 3 اولین خودرویی بود که از MOSFET SiC استفاده کرد و آغازگر استفاده از SiC در وسایل نقلیه الکتریکی بود. در سال 2020، BYD Han نیز از ماژول‌های SiC استفاده کرد که به طور مؤثر عملکرد شتاب، قدرت و استقامت را بهبود بخشید. مدل Mirai خودروی پیل سوختی تویوتا به SiC مجهز شده است که حجم ماژول قدرت را 30٪ و تلفات را 70٪ کاهش می‌دهد. ما معتقدیم که با کاهش هزینه‌ها و بلوغ تدریجی فناوری، SiC فضای کاربردی خوبی در وسایل نقلیه الکتریکی دارد.

شرکت‌های کلیدی: استار سمیکنداکتور، هوآ هونگ سمیکنداکتور، چاینا ریسورسز میکرو، سیلان میکرو، و نیو کلین انرژی.

هشدار ریسک: توسعه خودروهای برقی انتظارات را برآورده نمی‌کند، فروش گوشی‌های هوشمند انتظارات را برآورده نمی‌کند و پیشرفت 5G کمتر از حد انتظار است.

۱. طیف گسترده‌ای از کاربردها و توسعه پایدار صنعت نیمه‌هادی‌های قدرت

۱.۱ پیش‌بینی می‌شود میانگین نرخ رشد سالانه نیمه‌رساناهای قدرت جهانی از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۵، ۴.۳ درصد باشد.

نیمه‌هادی‌های قدرت به طور گسترده در محصولات الکترونیکی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. اندازه بازار نیمه‌هادی‌های قدرت در سال ۲۰۱۹، ۱۷.۵ میلیارد دلار آمریکا بود. یول پیش‌بینی می‌کند که اندازه بازار در سال ۲۰۲۵ به ۲۲.۵ میلیارد دلار آمریکا برسد و میانگین نرخ رشد سالانه از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۵، ۴.۳ درصد باشد.

میانگین نرخ رشد سالانه کلی ماژول‌های IGBT از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۵، ۱۸ درصد است. با بهره‌گیری از توسعه سریع انرژی‌های نو (وسایل نقلیه الکتریکی، انرژی بادی و فتوولتائیک) و صنایع کنترل صنعتی، پیش‌بینی می‌شود که ارزش کل ماژول IGBT در سال ۲۰۲۵ به ۵.۴ میلیارد دلار آمریکا برسد که ۲۴ درصد از کل بازار نیمه‌هادی‌های قدرت را تشکیل می‌دهد.

بخش خودرو بیشترین سهم را به خود اختصاص داده و پس از آن موتورها قرار دارند. در سال ۲۰۱۹، بخش خودرو (شامل خودروهای برقی، خودروهای هیبریدی، MOSFET سیلیکونی) ۱.۵ میلیارد دلار آمریکا، بخش درایو موتور (موتور درایو، ماژول IGBT) ۱.۴ میلیارد دلار آمریکا، بخش گوشی‌های هوشمند و تجهیزات بی‌سیم (MOSFET سیلیکونی) ۱.۳ میلیارد دلار آمریکا، بخش فناوری کامپیوتر (محاسبات) و ذخیره‌سازی (MOSFET سیلیکونی) ۱.۲ میلیارد دلار آمریکا، بخش صنعتی (MOSFET سیلیکونی) ۱.۱ میلیارد دلار آمریکا و بخش خودروهای برقی و خودروهای هیبریدی (ماژول‌های IGBT) ۶۰۰ میلیون دلار آمریکا (سایر بخش‌ها ۱۰.۴ میلیارد دلار آمریکا) بوده است. با توجه به نسبت (میزان) اجزای مختلف در بازار نیمه‌رسانای قدرت، MOSFET سیلیکونی ۴۵٪ را تشکیل می‌دهد. یکی دیگر از اجزای اصلی، ماژول IGBT است که اندازه بازار آن در سال ۲۰۱۹، ۳.۷ میلیارد دلار آمریکا بوده است. کاربردها در صنعت، اینورترهای بازیابی انرژی، خودروهای برقی و خودروهای هیبریدی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند (به‌ویژه خودروهای برقی و خودروهای هیبریدی به عنوان جدیدترین بخش کاربردی).

? رشد سریع MOSFET های SiC خودرو. با توجه به تقاضای تولیدکنندگان خودرو مانند تسلا در ایالات متحده و BYD در چین، ماژول‌های سیلیکونی به تدریج جایگزین ماژول‌های IGBT به عنوان اینورتر اصلی می‌شوند. پیش‌بینی می‌شود که بازار MOSFET های SiC نیز به دلیل رشد خودروهای برقی و هیبریدی رشد خواهد کرد. ترانزیستورهای گسسته SiC در آینده به عنوان سیستم‌های شارژر داخلی کارآمد با MOSFET ها رقابت خواهند کرد.

۱.۲ بازار نیمه‌هادی‌های قدرت چین در رتبه اول جهان قرار دارد و شرکت‌های پیشرو داخلی به سرعت در حال توسعه هستند

در سال ۲۰۱۹، بازار نیمه‌هادی‌های قدرت چین ۳۵.۹ درصد از بازار جهانی را به خود اختصاص داد: چین بزرگترین مصرف‌کننده دستگاه‌های قدرت در جهان است و محصولات اصلی در بخش دستگاه‌های قدرت، همگی رتبه اول را در سهم بازار چین دارند.

سهم بازار جهانی رهبران داخلی هنوز بسیار پایین است و شکاف آشکاری با غول‌های بین‌المللی وجود دارد: مشابه کل صنعت نیمه‌هادی، در مقایسه با تولیدکنندگان IDM دستگاه‌های برق خارجی، فروش سالانه شرکت‌های پیشرو داخلی دستگاه‌های برق (China Resources Micro، Star Semiconductor، New Clean Energy، Yangjie Technology، China Microelectronics، Silan Micro و غیره) با غول‌های بین‌المللی بسیار متفاوت است و ساختار محصول پایین‌رده است که نشان دهنده اندازه بازار دستگاه‌های برق چین است. بین مدل و نرخ استقلال، عدم تطابق جدی وجود دارد و فضای زیادی برای جایگزینی داخلی وجود دارد. در حال حاضر، صنعت نیمه‌هادی برق چین به سرعت در حال توسعه است. Wingtech Technology شرکت Nexperia را خریداری کرد و تعدادی از شرکت‌های نیمه‌هادی برق مانند Star Semiconductor، China Resources Micro و New Clean Energy یکی پس از دیگری در فهرست قرار گرفته‌اند و در حال رشد هستند.

۲. نیمه‌رساناهای قدرت، با توجه به تقاضا، در سال ۲۰۲۱ چرخه رونق بالایی را آغاز خواهند کرد.

۲.۱ زمان تحویل تولیدکنندگان بزرگ بین‌المللی نیمه‌هادی‌های قدرت تمدید شد

در سه ماهه چهارم سال 2020، زمان تحویل MOSFET، IGBT و سایر محصولات Infineon به طور کلی تمدید شده است و طولانی‌ترین زمان تحویل تا 30 هفته بوده است. در میان آنها، قیمت MOSFET های ولتاژ پایین و ولتاژ بالا و ترانزیستورهای هوانوردی نظامی رو به افزایش است. زمان تحویل محصولات نیمه‌هادی قدرت STMicroelectronics روند کلی افزایشی را نشان داده و قیمت‌ها ثابت مانده است.

در سه‌ماهه چهارم سال ۲۰۲۰، زمان تحویل محصولات MOSFET و ترانزیستور شرکت Diodes تمدید شد و طولانی‌ترین چرخه تحویل به ۲۰ هفته رسید و قیمت MOSFETهای ولتاژ پایین روند صعودی داشت. زمان تحویل محصولات سری پاور شرکت ON Semiconductor تمدید شد و قیمت محصولات MOSFET ولتاژ بالا و پایین روند صعودی را نشان داد.

۲.۲ روند افزایش قیمت MOSFET نیمه‌هادی قدرت آشکار است

افزایش قیمت MOSFET از 10 تا 20 درصد متغیر است. طبق اطلاعات تحقیقات زنجیره صنعت، از نوامبر تا دسامبر 2020، برندهای خارجی، به ویژه Infineon، موجودی نداشتند. برندهای داخلی نیز با کمبود و افزایش قیمت مواجه شدند. قیمت MOSFET در بازار به طور کلی 10 تا 20 درصد افزایش یافت.

چین کشوری با تقاضای زیاد برای MOSFET است، اما به شدت به واردات وابسته است. طبق داده‌های IHS، اندازه بازار جهانی MOSFET در سال ۲۰۱۹، ۷.۶ میلیارد دلار آمریکا بود که بازار داخلی ۳۹٪ آن را تشکیل می‌داد. از منظر ساختار بازار MOSFET، شرکت‌های Infineon، ON Semiconductor، Toshiba، ST و Renesas در مجموع ۶۱٪ از سهم بازار داخلی را تشکیل می‌دهند. تولیدکنندگان بزرگ بین‌المللی با کمبود عرضه و کمبود آشکار مواجه هستند.

تقاضا به شدت افزایش یافت و ظرفیت تولید ناکافی 8 اینچی باعث کمبود و افزایش قیمت شد. برقی شدن خودروها، افزایش چشمگیری در تقاضا برای MOSFETها ایجاد کرده است. تقاضا برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و حفاظت از محیط زیست در دستگاه‌های الکترونیکی پایین‌دستی نه تنها باعث رشد تقاضای آن شده، بلکه منجر به ارتقاء سریع ساختار محصول نیز شده است. آغاز فرآیند تجاری‌سازی 5G، تقاضا برای MOSFETها را به صورت تصاعدی افزایش داده است. پیش‌بینی می‌شود تقاضا در زمینه‌های منبع تغذیه شارژ و منبع تغذیه ارتباطی 5G در سال جاری 20 تا 30 درصد افزایش یابد. تقاضای انباشته شده در نیمه اول سال برای رایانه‌ها، لوازم خانگی و شارژ سریع به تدریج آزاد شده است. از نظر عرضه، MOSFET عمدتاً به ریخته‌گری ویفر 8 اینچی و 6 اینچی متکی است و 12 اینچی و کمتر از آن بیش از 80 درصد را تشکیل می‌دهند. طبق اطلاعات تحقیقات زنجیره صنعت، ظرفیت تولید 8 اینچی ریخته‌گری‌های اصلی ویفر در حال حاضر پر است. برای مثال، نرخ استفاده از ظرفیت کارخانه‌های ریخته‌گری ویفر ۸ اینچی داخلی مانند Huahong و China Resources Micro نزدیک به ظرفیت کامل است و ظرفیت ریخته‌گری ویفر ۸ اینچی UMC تا نیمه دوم سال ۲۰۲۱ به طور کامل بارگذاری خواهد شد.

شرکت دیودز (ایالات متحده و تایوان) از اول ژانویه ۲۰۲۱ شروع به افزایش قیمت برخی از محصولات خود خواهد کرد. شرکت دیودز (ایالات متحده و تایوان) در اطلاعیه‌ای به مشتریان خود اعلام کرد که به دلیل تأثیر بیماری همه‌گیر کووید-۱۹، این شرکت با چالش‌هایی ناشی از افزایش هزینه‌ها و طولانی شدن زمان تحویل از سوی تأمین‌کنندگان مواجه است. با توجه به این موضوع، از اول ژانویه ۲۰۲۱ قیمت برخی از محصولات خود را افزایش خواهد داد.

محصولات Silan Micro SGT MOS 20 درصد افزایش یافت. در 9 دسامبر، شرکت Hangzhou Silan Microelectronics اعلام کرد که به دلیل افزایش قیمت ویفرهای MOS و مواد بسته‌بندی و همچنین تأثیر ظرفیت تولید، هزینه محصولات مرتبط شرکت ما همچنان در حال افزایش است. به منظور اطمینان از عرضه محصولات و حفظ روابط تجاری خوب، این شرکت با دقت مطالعه و تصمیم گرفته است که از این پس (9 دسامبر 2020)، قیمت محصولات SGT MOS ما در این ماه 20 درصد افزایش یابد.

شرکت انرژی شینجی از اول ژانویه ۲۰۲۱ قیمت برخی از محصولات خود را افزایش خواهد داد. در ۲۱ دسامبر ۲۰۲۰، شرکت انرژی پاک ووشی نیو نیز اطلاعیه تعدیل قیمت را برای مشتریان خود صادر کرد. در این اطلاعیه آمده است که به دلیل افزایش مداوم هزینه‌های مواد اولیه و بسته‌بندی بالادستی، ظرفیت تولید محدود و چرخه‌های تولید طولانی، هزینه‌های محصول به طور قابل توجهی افزایش یافته است و قیمت اولیه برای تأمین نیازهای عرضه دشوار است.

انتظار می‌رود نیمه‌رساناهای قدرت در سال ۲۰۲۱ چرخه رونق بالایی را آغاز کنند. در سال ۲۰۱۸، به دلیل رشد سریع تقاضا برای خودروهای برقی و تقاضا برای سایر تراشه‌هایی که ظرفیت تولید ۸ اینچی را اشغال می‌کردند، نیمه‌رساناهای قدرت دوره‌ای از کمبود و افزایش قیمت را تجربه کردند. در سال ۲۰۱۹، تحت تأثیر کاهش گوشی‌های هوشمند، کاهش خودروهای سنتی و توسعه مداوم خودروهای برقی، نیمه‌رساناهای قدرت عملکرد ضعیفی داشتند. در سال ۲۰۲۰، تحت تأثیر همه‌گیری، تقاضا برای نیمه‌رساناهای قدرت در نیمه اول سال خوب نبود، اما پس از سه‌ماهه سوم، تحت تأثیر منابع تغذیه ۵G، گوشی‌های هوشمند، شارژ سریع، صنعت، خودروهای برقی و تجهیزات اینترنت اشیا و غیره قرار گرفت و تقاضا به طور قابل توجهی افزایش یافت و برخی از محصولات با کمبود و افزایش قیمت مواجه شدند. ما پیش‌بینی می‌کنیم که نیمه‌رساناهای قدرت در سال ۲۰۲۱ چرخه رونق بالایی را آغاز خواهند کرد.

۳. تقاضای شدید برای وسایل نقلیه الکتریکی + با توجه به تقاضا در زمینه‌های مختلف + جایگزینی داخلی، IGBT آینده‌ای امیدوارکننده دارد

۳.۱ IGBT - گوهر تاج دستگاه‌های قدرت، CPUها در دستگاه‌ها و سیستم‌های الکترونیک قدرت

IGBT یک قطعه نیمه‌هادی قدرت یکپارچه با اصول کار پیچیده است. از نظر ساختاری، IGBT تقریباً تمام ساختارهای اساسی قطعات نیمه‌هادی مانند دیودها، BJTها، ترانزیستورهای اثر میدان پیوندی JFETها، MOSFETها و SCRها را در خود جای داده است. تغییرات در پارامترهای ساختاری IGBT باعث تغییرات متناظر در عملکرد آن خواهد شد. از نظر فناوری فرآیند، IGBT از فناوری مدار مجتمع MOS برای یکپارچه‌سازی توان در مساحت بزرگ استفاده می‌کند. طراحی نشان می‌دهد که اندازه سلول واحد کاهش می‌یابد. هرچه سلول‌های بیشتری به صورت موازی ادغام شوند، افت ولتاژ حالت روشن (اتلاف هدایت) به تدریج کاهش می‌یابد.

فناوری IGBT بیش از 30 سال است که اختراع شده و عمدتاً 6 نسل از پیشرفت‌های فناوری و فرآیند را پشت سر گذاشته است. از نظر ساختاری، IGBT را می‌توان به ساختار عمودی، ساختار گیت IGBT و فناوری پردازش ویفر سیلیکونی تقسیم کرد. روند اصلی توسعه، کاهش تلفات است.

IGBT برای میدان‌های ولتاژ بالا مناسب است: IGBT یک قطعه نیمه‌هادی قدرت مرکب است که از BJT و MOSFET تشکیل شده است. این قطعه نه تنها مزایای سرعت سوئیچینگ بالای MOSFET، امپدانس ورودی بالا، توان کنترل کم، مدار درایو ساده و تلفات سوئیچینگ کم را دارد، بلکه مزایای ولتاژ روشن بودن کم، جریان حالت روشن زیاد و تلفات کم BJT را نیز داراست. از نظر ولتاژ بالا، جریان زیاد و سرعت بالا با سایر قطعات قدرت قابل مقایسه نیست. بنابراین، این قطعه یک قطعه سوئیچینگ ایده‌آل در زمینه الکترونیک قدرت است و جهت اصلی توسعه کاربردهای آینده است. پایداری IGBT کمی بدتر از MOSFET و قوی‌تر از BJT است. با این حال، ولتاژ تحمل IGBT راحت‌تر از MOSFET افزایش می‌یابد و به دلیل شکست ثانویه به راحتی از کار نمی‌افتد، که آن را برای کاربردهای ولتاژ بالا مناسب می‌کند.

ماژول‌های IGBT به عنوان یک دستگاه اصلی در زمینه کنترل و اتوماسیون صنعتی، به طور گسترده در زمینه‌های مختلفی مانند صرفه‌جویی در مصرف انرژی موتور، حمل و نقل ریلی، شبکه هوشمند، هوافضا، لوازم خانگی، الکترونیک خودرو، تولید برق با انرژی نو، وسایل نقلیه با انرژی نو و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. با توسعه وسایل نقلیه با انرژی نو و محبوبیت لوازم خانگی سفید با فرکانس متغیر، بازار IGBT همچنان رو به رشد است. این فناوری نه تنها سطح اتوماسیون و دقت کنترل تجهیزات را در کاربردهای صنعتی بهبود می‌بخشد، بلکه راندمان کاربرد انرژی الکتریکی را نیز تا حد زیادی بهبود می‌بخشد، ضمن اینکه حجم و وزن محصول را کاهش داده و در مصرف مواد صرفه‌جویی می‌کند.

IGBT مزایای قوی در ولتاژهای بالای ۶۰۰ ولت دارد و در حال حاضر می‌توان از آن در ولتاژهای بالای ۶۵۰۰ ولت استفاده کرد. در حوزه ولتاژ بالا، SiC MOSFET رقیب IGBT است، اما هزینه آن هنوز بالاست.

با ارتقاء مداوم کاربردها، الزامات جدیدی برای تراشه‌ها و ماژول‌های IGBT مطرح شده است. تراشه‌ها باید مساحت را کاهش داده و سوئیچینگ سریعی را فراهم کنند. IGBTها باید ولتاژ و جریان بالاتری را حمل کنند، تلفات کم و قابلیت اطمینان بالایی داشته باشند.

ماژول‌های برق خودرو به قابلیت اطمینان عملکرد الکتریکی بالاتر، طول عمر بیشتر، صرفه‌جویی در مصرف انرژی بهتر، ضد تداخل قوی، وزن سبک، فشردگی و غیره نیاز دارند.

به منظور پاسخگویی به نیازهای مختلف کاربردی، فناوری بسته‌بندی ماژول‌های قدرت نیز به طور مداوم در حال توسعه است، که عمدتاً شامل فناوری‌های جدید برای دستگاه‌های Si، کاهش مقاومت حرارتی، روش‌های جدید جوشکاری تراشه، اتلاف حرارت دو طرفه، بهبود ادغام و غیره می‌شود.

۳.۲ وسایل نقلیه با انرژی جدید، نیروی محرکه اصلی رشد ماژول‌های IGBT هستند

ارزش نیمه‌هادی‌های قدرت برای خودروهای انرژی نو به طور قابل توجهی افزایش یافته است: ارزش دستگاه‌های قدرت جدید عمدتاً از سیستم‌های "سه قدرت" خودروها، شامل سیستم‌های کنترل قدرت، درایو الکتریکی و باتری، ناشی می‌شود. در واحد کنترل قدرت، ماژول‌های IGBT یا SiC جریان مستقیم ولتاژ بالا را به جریان متناوب تبدیل می‌کنند که موتور سه فاز را به حرکت در می‌آورد؛ در شارژرهای داخلی مبدل‌های AC/DC و DC/DC، از لوله‌های تکی IGBT یا SiC، MOS و SBD استفاده می‌شود؛ در کنترل‌کننده‌های کمکی ولتاژ بالا مانند فرمان برقی، پمپ‌های آب، پمپ‌های روغن، PTC و کمپرسورهای تهویه مطبوع، از لوله‌ها یا ماژول‌های تکی IGBT استفاده می‌شود؛ در سیستم‌های استارت-استاپ ISG، از لوله‌های تکی MOS خودروهای برقی در کنترل‌کننده‌های ولتاژ پایین مانند برف‌پاک‌کن‌های شیشه استفاده می‌شود.

؟ (1) سیستم کنترل سرعت الکتریکی: دو نوع اصلی از دستگاه‌های قدرت در سیستم کنترل سرعت موتور خودروهای انرژی نو وجود دارد: چاپر برای موتورهای DC و اینورتر برای موتورهای AC. (1) چاپر: برای سیستم‌های کنترل سرعت موتور DC، معمولاً از چاپر استفاده می‌شود. مدار قدرت نسبتاً ساده است و راندمان آن نسبتاً بالا است. با توسعه دستگاه‌های قدرت، فرکانس چاپر می‌تواند به چندین هزار هرتز برسد، بنابراین برای تنظیم سرعت کشش DC بسیار مناسب است. خودروهای انرژی نو توسط موتورهای DC هدایت می‌شوند. چه موتورهای سری باشند و چه موتورهای تحریک جداگانه، از چاپر به عنوان مبدل‌های قدرت استفاده می‌شود. دستگاه‌های قدرت چاپر بیشتر از MOSFET و BJT استفاده می‌کنند. (2) در حالت تبدیل DC/DC اینورتر، معمولاً دو روش وجود دارد: چاپر DC به همراه اینورتر و اینورتر DC/DA. از آنجایی که ولتاژ منبع تغذیه خودروهای انرژی نو کم است، در صورت استفاده از روش اول، پیوندهای انتقال انرژی زیادی وجود خواهد داشت که باعث کاهش راندمان کل سیستم می‌شود. استفاده از اینورتر ولتاژ PWM دارای مدار ساده، پیوندهای کم و راندمان بالا است. علاوه بر این، مبدل‌های لینک DC رزونانسی و مبدل‌های لینک AC رزونانسی فرکانس بالا اکنون ظاهر شده‌اند. به دلیل استفاده از فناوری سوئیچینگ ولتاژ صفر یا جریان صفر، مبدل رزونانسی مزایایی مانند تلفات سوئیچینگ کوچک، تداخل الکترومغناطیسی کوچک، نویز کم، چگالی توان بالا و قابلیت اطمینان بالا را دارد.

? (2) مبدل انرژی: جزء اصلی مبدل انرژی خودروهای انرژی نو، دستگاه قدرت است. دستگاه‌های قدرت رایج فعلی شامل CTO، BJT، MOSFET، IGBT، SITSITH و MCT هستند. در میان آنها، CTO و MCT سرعت سوئیچینگ بالا، قابلیت انتقال انرژی بالا، ویژگی‌های دینامیکی برتر و قابلیت اطمینان بالایی دارند. آنها برای رانندگی خودروهای الکتریکی بسیار مناسب هستند. در عین حال، دستگاه‌های قدرت می‌توانند بر ساختار مبدل انرژی تأثیر بگذارند. مبدل‌های DC-DC و DC-AC به ترتیب در موتورهای DC و موتورهای AC استفاده می‌شوند.

(3) دستگاه شارژ داخلی: توسعه شارژرهای داخلی شرط لازم برای توسعه خودروهای انرژی نو است، زیرا می‌تواند به طور مؤثر برق را از شبکه AC به باتری هر خودروی الکتریکی اضافه کند. عملکرد شارژر تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم است که نیاز به استفاده از دستگاه‌های قدرت مانند IGBT دارد. خودروهای انرژی نو الزامات جدیدی را برای این دستگاه‌های قدرت مطرح کرده‌اند. آنها نه تنها به شارژ دو مرحله‌ای جریان ثابت و ولتاژ ثابت نیاز دارند، بلکه به راندمان بالا، وزن سبک، عملکردهای حفاظتی چندگانه مانند خودکنترلی و شارژ خودکار و قابلیت برنامه‌ریزی منحنی زمان شارژ، نظارت بر دمای باتری و عدم آلودگی به شبکه برق نیز نیاز دارند.

؟ (4) شمع‌های شارژ: به عنوان یک مرکز پشتیبانی اساسی ضروری برای وسایل نقلیه با انرژی جدید، صنعت شمع شارژ کشور من نیز در دوره رشد سریعی قرار دارد و فضای بازار آینده آن گسترده است. آمار Infineon نشان می‌دهد که یک شمع شارژ 100 کیلوواتی به یک دستگاه قدرت به ارزش 200 تا 300 دلار آمریکا نیاز دارد و ماژول IGBT دستگاه اصلی شمع شارژ است.

خودروهای الکتریکی مختلف به مقادیر متفاوتی از قطعات نیمه‌هادی قدرت نیاز دارند. با افزایش تعداد خودروهای الکتریکی خالص، قطعات نیمه‌هادی قدرت خودرو هم از نظر حجم و هم از نظر قیمت افزایش خواهند یافت.

طبق داده‌های Infineon، در سال ۲۰۲۰، خودروهای هیبریدی ملایم ۴۸ ولتی باید ۹۰ دلار به نیمه‌رساناهای قدرت اضافه کنند و خودروهای برقی یا هیبریدی باید ۳۳۰ دلار به نیمه‌رساناهای قدرت اضافه کنند.

در سال ۲۰۱۹، تعداد جهانی خودروهای برقی به ۲.۲۱ میلیون دستگاه رسید که نسبت به سال قبل ۱۰ درصد افزایش نشان می‌دهد و فروش خودروهای انرژی نو در چین ۱.۲۰۶ میلیون دستگاه بود که نسبت به سال قبل ۴ درصد کاهش نشان می‌دهد.

؟ در نوامبر 2020، تولید و فروش خودروهای انرژی نو به ترتیب 198,000 و 200,000 دستگاه بود که نسبت به سال گذشته به ترتیب 75.1٪ و 104.9٪ افزایش داشته است. از ژانویه تا نوامبر 2020، تولید و فروش خودروهای انرژی نو به ترتیب 1.119 میلیون و 1.109 میلیون دستگاه بود که از این تعداد، تولید نسبت به سال گذشته 0.1٪ کاهش و فروش نسبت به سال گذشته 3.9٪ افزایش یافته است.

بلومبرگ‌ان‌ای‌اف پیش‌بینی می‌کند که تعداد جهانی خودروهای انرژی نو در سال ۲۰۲۵ به ۱۱ میلیون دستگاه برسد که ۵۰ درصد آن را چین تشکیل می‌دهد. پیش‌بینی می‌شود این تعداد در سال ۲۰۳۰ به ۲۸ میلیون دستگاه و در سال ۲۰۴۰ به ۵۶ میلیون دستگاه برسد. تا آن زمان، فروش خودروهای برقی ۵۷ درصد از کل فروش خودروهای نو را تشکیل خواهد داد.

نیمه‌هادی‌های قدرت خودرو، بازاری دشوار و بسیار متمرکز هستند و تولیدکنندگان اروپایی و آمریکایی از مزایای اصلی آن برخوردارند. در سال ۲۰۱۹، بازار جهانی نیمه‌هادی‌های خودرو به ۳۷.۲ میلیارد دلار آمریکا رسید. اینفینئون با سهم بازار ۱۳.۴٪ در رتبه اول قرار گرفت و پنج شرکت برتر روی هم رفته ۴۹.۱٪ از این بازار را به خود اختصاص دادند. بزرگترین شرکت جهان در زمینه نیمه‌هادی‌های قدرت خودرو، اینفینئون با سهم بازار ۲۵.۵٪ است. دومین شرکت بزرگ، STMicroelectronics با سهم بازار ۱۳.۹٪ است. پنج شرکت برتر در مجموع ۶۲.۱٪ از این بازار را به خود اختصاص داده‌اند که نشان دهنده درجه بالایی از تمرکز است.

شرکت Star Semiconductor به سرعت در حال پیشرفت است. خودروهای چینی پایه ضعیفی دارند و توسعه آنها در زمینه نیمه‌هادی‌های قدرت خودرو کند است. با این حال، خودروهای برقی چین در سال‌های اخیر به سرعت توسعه یافته‌اند که این امر نیز باعث توسعه صنعت IGBT شده است. طبق داده‌های Zos Automotive Research، بر اساس داده‌های فروش، Infineon در سال ۲۰۱۹ با ۴۹.۳ درصد در رتبه اول در زمینه IGBT خودروهای انرژی جدید چین قرار گرفت و پس از آن BYD که عمدتاً محصولات خود را تأمین می‌کند با ۲۰ درصد و Star Semiconductor با ۱۶.۶ درصد سهم بازار در رتبه سوم قرار گرفتند.

۳.۳ کنترل صنعتی، انرژی‌های نو، تبدیل فرکانس لوازم خانگی و سایر زمینه‌ها، رشد پایدار IGBT را ارتقا می‌دهند.

دستگاه‌های نیمه‌هادی قدرت به طور فزاینده‌ای در صنعت مدیریت انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در آینده، کنترل صنعتی، انرژی‌های نو، لوازم خانگی با فرکانس متغیر، مراکز داده، 5G، اینترنت اشیا و سایر زمینه‌ها، حوزه‌های اصلی رشد سریع دستگاه‌های نیمه‌هادی قدرت خواهند بود و تقاضا برای IGBTها همچنان رو به افزایش خواهد بود.

۳.۳.۱ کنترل صنعتی بزرگترین زمینه کاربرد IGBT است که رشد مداومی در تقاضا دارد.

ماژول‌های IGBT اجزای اصلی در صنایع کنترل صنعتی و تامین برق سنتی مانند مبدل‌های فرکانس و دستگاه‌های جوشکاری اینورتر هستند و به طور گسترده در این زمینه مورد استفاده قرار گرفته‌اند. با بهبود تدریجی بازارهای صنعت کنترل صنعتی و تامین برق، انتظار می‌رود که اندازه بازار ماژول‌های IGBT در این زمینه نیز به تدریج گسترش یابد.

۱) صنعت مبدل فرکانس: ماژول‌های IGBT نه تنها نقش ترانزیستورهای سنتی را در مبدل‌های فرکانس ایفا می‌کنند، بلکه شامل بخش یکسوساز نیز می‌شوند. سیگنال موج سینوسی تولید شده توسط کنترل‌کننده توسط کوپلینگ نوری ایزوله شده و سپس وارد IGBT می‌شود. IGBT با توجه به تغییر سیگنال، برق DC یکسو شده ۳۸۰ ولت (۲۲۰ ولت) را به برق AC برای خروجی تبدیل می‌کند.

؟ اندازه بازار صنعت مبدل فرکانس در کشور من به طور کلی رو به افزایش است. مبدل‌های فرکانس وارد حوزه انرژی‌های نو شده‌اند و رشد پایدار خود را در زمینه‌های صنعتی مانند متالورژی، زغال سنگ و پتروشیمی حفظ خواهند کرد. در مقابل افزایش نرخ شهرنشینی، تقاضا برای مبدل‌های فرکانس در خدمات عمومی مانند مدیریت شهری و حمل و نقل ریلی همچنان رو به افزایش خواهد بود و در نتیجه گسترش اندازه بازار را ارتقا خواهد داد. در چند سال آینده، بازار اینورترهای ولتاژ بالا با عملکردهای با راندمان بالا و صرفه‌جویی در مصرف انرژی، تحت تأثیر سیاست‌ها، به رشد خود ادامه خواهد داد. تا سال 2023، اندازه بازار اینورترهای ولتاژ بالا به حدود 17.5 میلیارد یوان خواهد رسید.

۲) صنعت دستگاه جوشکاری اینورتر: منبع تغذیه جوشکاری قوسی اینورتر، که به عنوان اینورتر جوشکاری قوسی نیز شناخته می‌شود، نوع جدیدی از منبع تغذیه جوشکاری است. این نوع منبع تغذیه عموماً ولتاژ شبکه AC با فرکانس برق سه فاز (۵۰ هرتز) را از طریق یکسوسازی و فیلتر کردن توسط یکسوکننده ورودی به DC تبدیل می‌کند و سپس آن را از طریق عمل سوئیچینگ متناوب قطعات الکترونیکی سوئیچینگ پرقدرت (IGBT) به یک ولتاژ AC با فرکانس متوسط ​​از چند هزار هرتز تا ده‌ها هزار هرتز تبدیل می‌کند. در عین حال، از طریق ترانسفورماتور به ولتاژ ده‌ها ولت مناسب برای جوشکاری کاهش می‌یابد و سپس دوباره یکسو شده و توسط یک راکتانس فیلتر می‌شود تا جریان جوشکاری DC نسبتاً پایداری تولید کند.

طبق داده‌های اداره ملی آمار، تولید دستگاه جوشکاری برقی در کشور من در سال ۲۰۱۸، ۸.۵۳۳ میلیون دستگاه بوده است که در مقایسه با سال ۲۰۱۷، ۵۸۴،۶۰۰ دستگاه افزایش داشته است. ادامه روند رو به رشد بازار دستگاه جوشکاری، افزایش تدریجی تقاضا برای IGBT را نیز تضمین خواهد کرد.

۳.۳.۲ تولید انرژی فتوولتائیک و بادی به سرعت در حال رشد است و IGBT از محرک‌های جدید رشد استقبال می‌کند

از آنجایی که انرژی الکتریکی خروجی توسط تولید برق از انرژی‌های نو، الزامات شبکه را برآورده نمی‌کند، باید از طریق یک اینورتر فتوولتائیک یا اینورتر برق بادی به برق DC تبدیل شود و سپس قبل از ورود به شبکه، به برق AC که الزامات شبکه را برآورده می‌کند، تبدیل شود. ماژول‌های IGBT اجزای اصلی اینورترهای فتوولتائیک و اینورترهای برق بادی هستند. توسعه سریع صنعت تولید برق از انرژی‌های نو، نیروی محرکه دیگری برای رشد مداوم صنعت ماژول‌های IGBT خواهد بود. تولید برق جهانی در سال ۲۰۱۵، ۶۴۱۴ گیگاوات بود و انتظار می‌رود که تولید برق جهانی در سال ۲۰۲۵ به ۸۶۴۷ گیگاوات برسد که نرخ رشد مرکب سالانه ۱۰ ساله آن ۳.۰ درصد است که از این میان، تولید برق از انرژی‌های تجدیدپذیر، نرخ رشد سریع‌تری با نرخ رشد مرکب سالانه ۵.۹ درصد دارد. با تجزیه و تحلیل بیشتر، نرخ رشد تولید انرژی خورشیدی و تولید انرژی بادی بالاتر از نرخ رشد مرکب تولید انرژی انرژی‌های تجدیدپذیر است و نرخ رشد مرکب سالانه تولید انرژی خورشیدی در ۱۵ تا ۲۵ سال آینده به شرح زیر است: نرخ رشد مرکب سالانه تولید انرژی بادی ۱۶.۴ درصد است که بسیار بالاتر از میانگین نرخ رشد این صنعت است. از دیدگاه منطقه‌ای، انرژی بادی در چین، اروپا و ایالات متحده به سرعت در حال رشد است، در حالی که انرژی خورشیدی در چین، اروپا، ایالات متحده و سایر مناطق آسیا و اقیانوسیه به سرعت در حال رشد است.

انرژی بادی: انرژی بادی عمدتاً توسط چین و ایالات متحده به طور فعال توسعه می‌یابد. در میان‌مدت تا بلندمدت، تولید انرژی بادی به طور پیوسته در حال رشد است. در مقایسه با تولید انرژی حرارتی، تقاضا برای نیمه‌هادی‌ها به ازای هر 1 مگاوات نیروگاه بادی 30 برابر نیروگاه‌های حرارتی است. قدرت توربین‌های بادی در سال 2011، 1.5 مگاوات بود و در سال 2017 به 2-3 مگاوات افزایش یافته است. رشد مداوم تولید انرژی بادی، تقاضاهای جدیدی را برای نیمه‌هادی‌های برق ایجاد خواهد کرد.

تولید انرژی خورشیدی: IHS پیش‌بینی می‌کند که نرخ رشد مرکب تقاضا برای ماژول‌های IGBT از تولید انرژی خورشیدی از سال ۲۰۱۶ تا ۲۰۲۱، ۹.۰ درصد خواهد بود. برای تأمین مؤثر نیازهای تولید انرژی خورشیدی با انرژی سبز و اتصال اینورتر به شبکه، ترکیبی صحیح از دستگاه‌های کنترل، درایور و توان خروجی مورد نیاز است. IGBT یک انتخاب اجتناب‌ناپذیر به عنوان سوئیچ قدرت است و اینورتر PV نیز یکی از اولین دسته‌های دستگاه‌های مبتنی بر SiC خواهد بود که ارزش IGBT را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد.

تولیدکنندگان اینورتر فتوولتائیک در چین رو به افزایش هستند و IGBT نیز در حال افزایش است. در حال حاضر، تولیدکنندگان محلی، عمدتاً هواوی و سانگرو، همچنان به پیشرفت در بازار اینورتر فتوولتائیک ادامه می‌دهند. طبق آمار SolarEdge، در سال ۲۰۱۸، سهم هواوی از بازار جهانی اینورتر به ۲۲ درصد رسید و رتبه اول جهان را در سهم بازار به خود اختصاص داد و سهم بازار سانگرو ۱۵ درصد بود و رتبه دوم جهان را به خود اختصاص داد. به ویژه در بازار اینورتر رشته‌ای سه فاز، سهم بازار هواوی در سال ۲۰۱۷ به ۵۶ درصد رسید و از مزیت بازار برجسته‌ای برخوردار بود. توسعه سریع تولیدکنندگان اینورتر فتوولتائیک چینی، مزایای محلی‌سازی قابل توجهی را برای جایگزینی IGBT های داخلی به ارمغان آورده است.

۳.۳.۳ تبدیل فرکانس در لوازم خانگی جهانی، نفوذ را تسریع می‌کند و IGBT با فرصت‌های توسعه خوبی روبرو است.

ماژول IGBT جزء اصلی اینورتر لوازم خانگی با فرکانس متغیر است. عملکرد باز و بسته شدن فرکانس بالای IGBT می‌تواند مزایای زیر را به همراه داشته باشد: ۱. تلفات هدایت و تلفات سوئیچینگ کم؛ ۲. عملکرد عالی EMI، که می‌تواند با تغییر اندازه مقاومت محرک و در عین حال حفظ تلفات سوئیچینگ در محدوده معقول، الزامات EMI را برآورده کند؛ ۳. مقاومت اتصال کوتاه قوی؛ ۴. جهش‌های ولتاژ کوچک (برای محافظت از لوازم خانگی). چین به عنوان بزرگترین بازار و پایگاه تولید لوازم خانگی در جهان، در حال پرورش یک بازار IGBT در مقیاس بزرگ نیز هست. با در نظر گرفتن صنعت تهویه مطبوع به عنوان مثال، چین، به عنوان بزرگترین بازار و پایگاه تولید لوازم خانگی در جهان، در حال پرورش یک بازار IPM در مقیاس بزرگ نیز هست.

تبدیل فرکانس لوازم خانگی می‌تواند به طور قابل توجهی در مصرف انرژی صرفه‌جویی کند. در مقایسه با لوازم خانگی سنتی، لوازم خانگی با فرکانس متغیر از نظر بهره‌وری انرژی، عملکرد و کنترل هوشمند، مزایای ذاتی آشکاری دارند. در سال‌های اخیر، لوازم خانگی با فرکانس متغیر در مرحله توسعه جامع قرار دارند و عمدتاً در دستگاه‌های تهویه مطبوع، اجاق‌های مایکروویو، یخچال‌ها، آبگرمکن‌ها و سایر لوازم خانگی که مقدار زیادی برق مصرف می‌کنند، استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، در مقایسه با یخچال‌های غیر متغیر، یخچال‌های با فرکانس متغیر عمر مفید طولانی‌تر، صدای کمتری دارند و می‌توانند 40 درصد در مصرف انرژی صرفه‌جویی کنند.

پیش‌بینی می‌شود که نرخ نفوذ تبدیل فرکانس لوازم خانگی در سال ۲۰۲۲، ۶۵٪ باشد. طبق آمار IHS، فروش جهانی لوازم خانگی در سال ۲۰۱۷ تقریباً ۷۱۱ میلیون دستگاه بوده است که ۴۶۷ میلیون دستگاه آن لوازم خانگی با فرکانس غیرمتغیر بوده‌اند که ۶۶٪ را تشکیل می‌دهند، در حالی که تعداد لوازم خانگی با فرکانس متغیر ۲۴۴ میلیون دستگاه بوده که ۳۴٪ را تشکیل می‌دهند. پیش‌بینی می‌شود که حجم فروش لوازم خانگی با فرکانس متغیر تا سال ۲۰۲۲ به ۵۸۵ میلیون دستگاه برسد که ۶۵٪ را تشکیل می‌دهد و نرخ رشد مرکب سالانه فروش از ۱۷ به ۲۲، ۱۹.۱٪ خواهد بود، در حالی که حجم فروش لوازم خانگی با فرکانس غیرمتغیر به ۳۱۷ میلیون دستگاه کاهش می‌یابد که ۳۵٪ را تشکیل می‌دهد.

ارزش مستقل نیمه‌هادی‌های قدرت برای لوازم خانگی با تبدیل فرکانس به طور قابل توجهی افزایش یافته است. افزایش سریع حجم لوازم خانگی با فرکانس متغیر، ارزش نیمه‌هادی‌ها را به ازای هر واحد لوازم خانگی به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. اینفینئون پیش‌بینی می‌کند که ارزش نیمه‌هادی‌ها از 0.7 یورو برای لوازم خانگی غیر متغیر به 9.5 یورو افزایش یابد. نیمه‌هادی‌های افزایش یافته عمدتاً نیمه‌هادی‌های قدرت هستند. با فرض اینکه 9.5 یورو میانگین ارزش نیمه‌هادی به ازای هر واحد لوازم خانگی با فرکانس متغیر باشد، انتظار می‌رود که بازار نیمه‌هادی‌های لوازم خانگی از 2.645 میلیارد یورو در سال 2017 به 2.645 میلیارد یورو در سال 2022 افزایش یابد. 5.779 میلیارد یوان، با نرخ رشد مرکب سالانه 16.9٪ از 17 تا 22 سال.

طبق داده‌های IHS، انتظار می‌رود اندازه بازار نیمه‌هادی‌های برق خانگی از ۱.۴۴ میلیارد دلار آمریکا در سال ۲۰۱۷ به ۲.۶۷ میلیارد دلار آمریکا در سال ۲۰۲۱ افزایش یابد، با نرخ رشد مرکب ۱.

با ترویج شدید صرفه‌جویی در مصرف انرژی جهانی و حفاظت از محیط زیست، نرخ نفوذ تبدیل فرکانس برای لوازم خانگی سفید به تدریج افزایش خواهد یافت و نیمه‌هادی‌های قدرت، به عنوان اجزای اصلی مبدل‌های فرکانس، به طور قابل توجهی سود خواهند برد.

۳.۴ رشد در زمینه‌های مختلف: انتظار می‌رود ماژول‌های IGBT برای خودروها از سال ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۳ نرخ رشد سالانه مرکب ۲۳.۵٪ داشته باشند.

? اندازه بازار جهانی IGBT در سال ۲۰۱۸ به ۶.۲۱ میلیارد دلار آمریکا رسید. طبق داده‌های IHS، اندازه بازار جهانی IGBT در سال ۲۰۱۷، ۵.۲۵۵ میلیارد دلار آمریکا بود که نسبت به سال ۲۰۱۶، ۱۶.۵ درصد افزایش داشته است. اندازه بازار جهانی IGBT در سال ۲۰۱۸ تقریباً ۶.۲۱ میلیارد دلار آمریکا بود.

۴. با توجه به تقاضا برای وسایل نقلیه الکتریکی، کاربید سیلیکون با فرصت‌های توسعه جدیدی روبرو است.

۴.۱ عملکرد عالی، نسل سوم نیمه‌رساناها در لحظه‌ای تاریخی ظهور کردند

? ماسفت‌های مبتنی بر SiC و GaN محدودیت‌های عملکرد را پشت سر گذاشته‌اند و ارتقاء فناوری ضروری است: در مقایسه با مواد نیمه‌هادی نسل اول و دوم، مواد نیمه‌هادی نسل سوم دارای شکاف باند وسیع، میدان الکتریکی شکست بالا، رسانایی حرارتی بالا، نرخ اشباع الکترونی بالا و مقاومت تابشی بالاتر هستند و بنابراین برای ساخت دستگاه‌های دما بالا، فرکانس بالا، مقاوم در برابر تابش و توان بالا مناسب‌تر هستند. تولیدکنندگان دستگاه‌های قدرت در پی دستیابی به اندازه دستگاه کوچک‌تر و عملکرد بهتر، به تدریج در حال ترویج راه‌حل‌های فناوری نسل بعدی برای ماسفت‌های مبتنی بر SiC و GaN هستند. به عنوان مثال، ۱) ماسفت‌های مبتنی بر SiC در مقایسه با ماسفت‌های مبتنی بر سیلیکون، ساختار کریستالی بسیار پایداری دارند و دمای عملیاتی آنها می‌تواند به ۶۰۰ درجه سانتیگراد برسد. ۲) قدرت میدان شکست SiC بیش از ده برابر سیلیکون است، بنابراین ولتاژ مسدودکننده ماسفت‌های مبتنی بر SiC بیشتر است. ۳) تلفات رسانایی SiC بسیار کمتر از دستگاه‌های سیلیکونی است و با دما بسیار کم تغییر می‌کند. ۴) رسانایی حرارتی SiC تقریباً ۲.۵ برابر مواد Si است. نرخ رانش الکترون اشباع ۲ برابر Si است، بنابراین دستگاه‌های SiC می‌توانند در فرکانس‌های بالاتر کار کنند.

SiC عمدتاً در کالاهای سفید، انرژی‌های نو (وسایل نقلیه الکتریکی، انرژی بادی، فتوولتائیک)، کاربردهای صنعتی و غیره استفاده می‌شود.

۴.۲ انتظار می‌رود کاربید سیلیکون نقش عمده‌ای در زمینه وسایل نقلیه الکتریکی ایفا کند

از نظر کاربردهای خودرو، SiC MOSFET از نظر عملکرد که می‌تواند تلفات را کاهش داده و حجم و وزن ماژول را کم کند، آشکارا برتر است. IGBT از نظر قابلیت اطمینان و استحکام برتر است. دستگاه‌های سیلیکون کاربید در سیستم‌های شارژ خودرو و سیستم‌های تبدیل توان استفاده می‌شوند که می‌توانند تلفات سوئیچینگ را به طور مؤثر کاهش دهند، دمای عملیاتی نهایی را افزایش داده و راندمان سیستم را بهبود بخشند.

مدل ۳ اولین خودرویی بود که از SiC MOSFET استفاده کرد و پیشگام استفاده از SiC در خودروهای الکتریکی شد.

ماژول اینورتر تسلا اولین ماژولی بود که از ۲۴ ماسفت SiC کاربید سیلیکونی استفاده کرد که توسط STMicroelectronics ارائه شده بود. بعدها، Infineon نیز به تأمین‌کننده نیمه‌هادی قدرت SiC تسلا تبدیل شد. کل واحد ماژول قدرت از ماژول‌های تک لوله‌ای تشکیل شده است که از توپولوژی اینورتر ۶ سوئیچی استاندارد استفاده می‌کنند. هر سوئیچ از ۴ ماژول تک لوله‌ای تشکیل شده است که در مجموع ۲۴ ماژول تک لوله‌ای را شامل می‌شود. این دستگاه ولتاژ تحمل ۶۵۰ ولت را دارد. طراحی ماژول تک لوله‌ای SiC مدل ۳ با ایده‌های استفاده از IGBT تک لوله‌ای Infineon در مدل S/X سازگار است. مزیت آن این است که می‌تواند در سطوح مختلف توان به مقیاس‌پذیری دست یابد، ضمن اینکه بازده بسته‌بندی ماژول را نیز بهبود می‌بخشد و هزینه‌های دستگاه نیمه‌هادی را کاهش می‌دهد.

BYD Han از SiC MOSFET برای بهبود عملکرد شتاب، قدرت و استقامت استفاده می‌کند.

در سال ۲۰۲۰، کنترلر موتور خودروی برقی هان شرکت BYD برای اولین بار از ماژول کنترل SiC MOSFET که به طور مستقل توسط BYD توسعه و تولید شده بود، استفاده کرد که عملکرد موتور را تا حد زیادی بهبود بخشید.

سیلیکون کاربید عملکرد شتاب خوبی دارد. مستقیم‌ترین مزیت شکاف باند وسیع، قدرت میدان شکست بالاتر است، به این معنی که می‌تواند ولتاژ بالا را تحمل کند، به این معنی که می‌تواند ولتاژ سیستم بالاتر را کنترل کند. BYD Han قادر به استفاده از پلتفرم ولتاژ 650 ولت است که این نیز به دلیل سیلیکون کاربید است. ولتاژ بالا به معنای جریان کم است که تلفات در مقاومت‌های تجهیزات را کاهش می‌دهد. برای طراحی موتور، دستیابی به قدرت بالاتر در اندازه کوچک نیز آسان‌تر است. بنابراین، BYD Han می‌تواند به راحتی به عملکرد شتاب 0 تا 100 3.9 ثانیه دست یابد.

کاربید سیلیکون می‌تواند به احتمال بالا و عمر باتری بالا دست یابد. علاوه بر مزایای ناشی از شکاف باند وسیع، کاربید سیلیکون همچنین دو مزیت عمده دارد، یکی سرعت الکترون اشباع بالاتر و دیگری رسانایی حرارتی بالاتر و مقاومت دمایی بالاتر. الکترون‌های اشباع سریع هستند، به این معنی که می‌توانند جریان‌های بزرگتری را عبور دهند. سرعت اشباع الکترون ماده کاربید سیلیکون دو برابر ماده سیلیکون است. بنابراین، هنگام طراحی دستگاه، تطبیق شدت جریان با جریان اشباع دستگاه آسان‌تر است و در نتیجه مقاومت کمتری در حالت روشن حاصل می‌شود. این می‌تواند اتلاف توان را کاهش دهد، به کاهش گرمای دستگاه کمک کند و طراحی اتلاف گرما را ساده‌تر کند. به خصوص در شرایط جریان بالای لحظه‌ای، تجمع دمای تجهیزات کاهش می‌یابد، همراه با افزایش مقاومت دمایی و رسانایی حرارتی قوی‌تر خود ماده، اتلاف گرما را برای تجهیزات نیز آسان‌تر می‌کند. وسیله نقلیه همچنین می‌تواند با قدرت بیشتری منفجر شود. به همین دلیل است که BYD Han می‌تواند به قدرت 363 کیلووات دست یابد. با استفاده از فسفات آهن لیتیوم، برد پیمایش می‌تواند به 605 کیلومتر برسد که بدیهی است که این نیز به دلیل کاربید سیلیکون است.

مدل میرای تویوتا که در آن از ماژول‌های سیلیکون کاربید برای خودروهای پیل سوختی استفاده می‌شود

شرکت دنسو تولید انبوه نسل جدیدی از ماژول‌های تقویت توان مجهز به نیمه‌رساناهای توان SiC (کاربید سیلیکون) را آغاز کرده است که در خودروی پیل سوختی تویوتا مدل Mirai استفاده خواهند شد. ماژول‌های توان SiC دنسو و تویوتا در خودروهای هیبریدی، اتوبوس‌های پیل سوختی و خودروهای سواری پیل سوختی استفاده شده‌اند. قطعه اصلی پیل سوختی حالت جامد نسل بعدی Mirai، تویوتا FC Stack، با یک مبدل تقویت توان FC با استفاده از چندین نیمه‌رسانا توان SiC جفت می‌شود. وظیفه مبدل تقویت توان، تولید ولتاژی بالاتر از ولتاژ ورودی است.

اندازه ماژول قدرت 30٪ و تلفات 70٪ کاهش می‌یابد. طبق محاسبات دنسو، در مقایسه با محصولاتی که از نیمه‌هادی‌های قدرت مبتنی بر سیلیکون استفاده می‌کنند، ماژول قدرت بوست جدید مجهز به نیمه‌هادی‌های قدرت SiC (شامل دیودها و ترانزیستورها) حدود 30٪ اندازه کوچکتری دارد و تلفات را حدود 70٪ کاهش می‌دهد. این امر ضمن بهبود راندمان سوخت خودرو، به کوچک‌سازی ماژول قدرت نیز دست می‌یابد.

«میرای جدید مجهز به ماژول‌های SiC، 30 درصد افزایش برد پیمایش دارد. تویوتا اعلام کرد که با استفاده از نیمه‌هادی‌های SiC در ترانسفورماتور افزاینده FC و استفاده از باتری‌های لیتیوم-یونی با ولتاژ پایین، می‌تواند تلفات مصرف انرژی سیستم را کاهش دهد. در عین حال، بر اساس بهبود عملکرد پشته‌های FC، با استفاده از فناوری کنترل بازسازی فعال کاتالیزور، راندمان تولید برق بهبود می‌یابد. در نتیجه، تویوتا در شرایط عملیاتی جدید Mirai WLTC به حداکثر برد پیمایش حدود 850 کیلومتر دست یافته است که حدود 30 درصد بیشتر از مدل نسل قبلی است.

۴.۳ پیش‌بینی می‌شود که مقیاس دستگاه‌های قدرت سیلیکون کاربید در سال ۲۰۲۷ از ۱۰ میلیارد دلار آمریکا فراتر رود.

پیش‌بینی می‌شود که اندازه بازار دستگاه‌های قدرت کاربید سیلیکون در سال ۲۰۲۷ از ۱۰ میلیارد دلار آمریکا فراتر رود. اندازه بازار دستگاه‌های قدرت کاربید سیلیکون در سال ۲۰۱۸ تقریباً ۳۹۰ میلیون دلار آمریکا بود. با توجه به تقاضای زیاد برای وسایل نقلیه با انرژی جدید و تجهیزات قدرت و سایر زمینه‌ها، IHS پیش‌بینی می‌کند که اندازه بازار دستگاه‌های قدرت کاربید سیلیکون تا سال ۲۰۲۷ از ۱۰ میلیارد دلار آمریکا فراتر رود. از سال ۲۰۲۱، با هدایت وسایل نقلیه الکتریکی، MOSFET SiC رشد سریع خود را حفظ کرده و به پرفروش‌ترین دستگاه قدرت SiC گسسته تبدیل خواهد شد.

۵. بیش از ۸۰ درصد نیمه‌رساناهای قدرت به واردات متکی هستند و شرکت‌های داخلی در تلاشند تا به این جایگاه برسند.

۵.۱ شرکت‌های اروپایی، آمریکایی و ژاپنی مزایای آشکاری در زمینه نیمه‌هادی‌های قدرت دارند

طبق آمار Infineon، اندازه بازار جهانی دستگاه‌ها و ماژول‌های نیمه‌هادی قدرت در سال ۲۰۱۹، ۲۱ میلیارد دلار آمریکا بوده است. اروپا، ایالات متحده و ژاپن روندی سه‌جانبه را نشان دادند. Infineon با ۱۹ درصد در رتبه اول قرار گرفت و پس از آن ON Semiconductor با ۸.۴ درصد در رتبه دوم قرار گرفت. ده شرکت برتر، در مجموع ۵۸.۳ درصد از سهم بازار را به خود اختصاص دادند.

در سال ۲۰۱۹، بازار جهانی MOSFET به ۸.۱ میلیارد دلار آمریکا رسید. اینفینئون با سهم بازار ۲۴.۶٪ و با برتری مطلق در رتبه اول قرار گرفت و سهم بازار پنج شرکت برتر به ۵۹.۸٪ رسید. شرکت نیمه‌رسانای Nexperia که توسط Wingtech خریداری شده بود و شرکت China Resources Microelectronics که در چین رشد کرده بود، به ترتیب با ۴.۱٪ و ۳.۰٪ وارد ده شرکت برتر شدند.

در سال ۲۰۱۹، اندازه بازار ماژول IGBT برابر با ۳.۳۱ میلیارد دلار آمریکا بود. اینفینئون با سهم بازار ۳۵.۶٪ در رتبه اول قرار گرفت و پنج شرکت برتر در مجموع ۶۸.۸٪ را به خود اختصاص دادند. استار سمی‌کانداکتور، یک شرکت پیشرو در زمینه IGBT که در چین رشد کرده است، در سال‌های اخیر به سرعت توسعه یافته و وارد ده شرکت برتر شده است. در سال ۲۰۱۹، با سهم بازار ۲.۵٪ در رتبه هشتم قرار گرفت.

در سال ۲۰۱۹، اندازه بازار IGBT گسسته ۱.۴۴ میلیارد دلار آمریکا بود. اینفینئون با سهم بازار ۳۲.۵٪ در رتبه اول قرار گرفت. پنج شرکت برتر در مجموع ۶۳.۹٪ را به خود اختصاص دادند. تولیدکننده چینی سیلان میکرو با سهم بازار ۲.۲٪ وارد ده شرکت برتر شد.

در سال ۲۰۱۹، اندازه بازار IPMها ۱.۵۹ میلیارد دلار آمریکا بود. میتسوبیشی ژاپن با سهم بازار ۳۲.۷٪ در رتبه اول قرار گرفت. پنج شرکت برتر در مجموع ۷۶.۹٪ را به خود اختصاص دادند. تولیدکنندگان چینی Silan Microelectronics و China Microelectronics به ترتیب با سهم بازار ۱.۱٪ و ۰.۸٪ وارد ده شرکت برتر شدند.

۵.۲ شرکت‌های نیمه‌هادی قدرت چینی در حال جبران عقب‌ماندگی خود هستند و دوره‌ای از توسعه سریع را آغاز می‌کنند

چین بزرگترین بازار نیمه‌هادی‌های قدرت در جهان است. بخش بزرگی از درآمد شرکت‌های بین‌المللی پیشرو از چین می‌آید. با در نظر گرفتن Dal Technology و NXP به عنوان مثال، بیش از 50٪ و 40٪ از درآمد آنها از سرزمین اصلی چین حاصل می‌شود. چین کشور بزرگی از وسایل نقلیه الکتریکی است. IGBT شرکت Infineon بیش از 60٪ از بازار وسایل نقلیه الکتریکی چین را تشکیل می‌دهد. می‌توان مشاهده کرد که بازار نیمه‌هادی‌های قدرت کشور من تقاضای زیادی دارد و تولیدکنندگان محلی فضای بسیار زیادی برای جایگزینی واردات دارند.

نرخ خودکفایی IGBT چین همچنان در حال افزایش است. طبق داده‌های Zhiyan Consulting، از سال ۲۰۱۵، نرخ خودکفایی IGBT کشور من از ۱۰٪ فراتر رفته و به تدریج افزایش یافته است. پیش‌بینی می‌شود که نرخ خودکفایی از ۱۰.۱٪ در سال ۲۰۱۵ به ۱۸.۴٪ در سال ۲۰۲۰ افزایش یابد. انتظار می‌رود که تولید صنعت IGBT کشور من در سال ۲۰۲۴ به ۷۸ میلیون واحد برسد، با تقاضا تقریباً ۱۹۶ میلیون واحد و نرخ خودکفایی به ۴۰٪ برسد. در مجموع، هنوز شکاف بزرگی بین عرضه و تقاضا در صنعت IGBT کشور من وجود دارد و "جایگزینی داخلی" جهت توسعه مهم صنعت IGBT در آینده خواهد بود.

محصولات نیمه‌هادی قدرت میان‌رده تا بالا به بازارهای خارجی متکی هستند. شرکت‌های چینی مانند BYD، هواوی، CRRC و Sungrow مشتریان پیشرو نیمه‌هادی قدرت در جهان هستند. با این حال، این شرکت‌ها هنوز هم برای تهیه نیمه‌هادی قدرت به شدت به تأمین‌کنندگان خارجی مانند Infineon، Fuji Electric و Mitsubishi Electric متکی هستند. چین بزرگترین بازار خودروهای برقی و هیبریدی است، اما زنجیره‌های تأمین خارجی هنوز ماژول‌های نیمه‌هادی قدرت را برای اکثر سیستم‌ها در چین فراهم می‌کنند. در بازار جهانی نیمه‌هادی قدرت، تولیدکنندگان محصولات میان‌رده تا بالا عمدتاً در اروپا، ایالات متحده و ژاپن متمرکز هستند. اکثر تولیدکنندگان نیمه‌هادی قدرت در اروپا، ایالات متحده و ژاپن تولیدکنندگان IDM هستند. Infineon، ON Semiconductor، STMicroelectronics، Mitsubishi، Toshiba و غیره از شرکت‌های پیشرو در این صنعت هستند. تایوان، چین، نیز تولیدکننده نسبتاً بزرگی از نیمه‌هادی‌های قدرت است. اکثر تولیدکنندگان، تولیدکنندگان Fabless هستند و محصولات آنها عمدتاً در حوزه محصولات رده پایین متمرکز است. بازار نیمه‌هادی قدرت کشور من حدود 36٪ از تقاضای جهانی را تشکیل می‌دهد. در زمینه محصولات رده بالا، حدود 80٪ به واردات متکی است.

صنعت نیمه‌هادی‌های قدرت چین به سرعت در حال توسعه است. تولیدکنندگان نیمه‌هادی کشور من عمدتاً بر اساس مدل IDM فعالیت می‌کنند و زنجیره تولید نسبتاً کامل است. محصولات عمدتاً در زمینه‌های کم‌مصرف مانند دیودها، دستگاه‌های MOS ولتاژ پایین و تریستورها متمرکز شده‌اند. IGBTها به تدریج به پیشرفت‌هایی دست یافته‌اند. فناوری تولید بالغ شده و از مزایای هزینه‌ای برخوردار است. سودآوری شرکت‌های پیشرو در این صنعت بسیار بیشتر از تولیدکنندگان در تایوان و چین است. در زمینه‌های محصولات رده بالا مانند انرژی‌های نو، برق و حمل و نقل ریلی، تنها تعداد انگشت‌شماری از تولیدکنندگان داخلی ظرفیت تولید دارند. بازار محصولات رده بالا عمدتاً در انحصار تولیدکنندگان اروپایی، آمریکایی و ژاپنی مانند Infineon، ON Semiconductor، Renesas و Toshiba است.

در حال حاضر، بازارهای داخلی و خارجی IGBT هنوز عمدتاً توسط شرکت‌های خارجی اشغال شده‌اند. شرکت‌های داخلی IGBT به رهبری Star Semiconductor به سرعت در حال توسعه هستند و به تدریج در زمینه‌های کنترل صنعتی، وسایل نقلیه الکتریکی، انرژی بادی، فتوولتائیک، برق و راه‌آهن پرسرعت به پیشرفت‌هایی دست یافته و سهم خود را به طور مداوم افزایش می‌دهند. در سال ۲۰۱۹، بر اساس حجم حمل و نقل، Infineon با سهم بازار ۴۹.۳٪، بیشترین سهم IGBT برای وسایل نقلیه الکتریکی در چین را دارد و پس از آن BYD با ۲۰٪ قرار دارد. (عمدتاً با حمایت از خود)، Star Semiconductor با ۱۶.۶٪ در رتبه سوم قرار دارد. Star Semiconductor نرخ خودکفایی تراشه بالایی در زمینه IGBT وسایل نقلیه الکتریکی دارد که از ۹۰٪ فراتر رفته است.

در بازار نیمه‌هادی‌های قدرت کشور من، تولیدکنندگان محلی شروع به جایگزینی واردات در زمینه محصولات ارزان‌قیمت کرده‌اند. شرکت‌های Nexperia، Star Semiconductor، China Resources Micro، Xinjie Neng، Lion Micro، China Microelectronics، Yangjie Technology، Silan Micro، Sanan Optoelectronics، Jiejie Microelectronics و غیره که توسط Wingtech Technology خریداری شده‌اند، شرکت‌های باکیفیتی در این صنعت هستند، اما سهم بازار آنها هنوز پایین است.

۶. خوش‌بینی نسبت به رهبران بخش صنعت

در حال حاضر، زنجیره صنعت نیمه‌هادی‌های قدرت داخلی به طور فزاینده‌ای در حال کامل شدن است و فناوری نیز در حال پیشرفت است. چین بزرگترین مصرف‌کننده نیمه‌هادی‌های قدرت در جهان است که 35.9 درصد از تقاضای جهانی را در سال 2019 به خود اختصاص داده است و نرخ رشد آن به طور قابل توجهی بالاتر از جهان است. در آینده، با تقاضا برای انرژی‌های جدید (وسایل نقلیه الکتریکی، فتوولتائیک، انرژی بادی)، کنترل صنعتی، لوازم خانگی تبدیل فرکانس، تجهیزات اینترنت اشیا و غیره، نرخ رشد تقاضای چین همچنان بالاتر از جهان خواهد بود و این صنعت به طور پیوسته رشد خواهد کرد. برای جایگزینی داخلی، ما در مورد رهبران صنایع تقسیم شده خوشبین هستیم: Star Semiconductor، China Resources Micro، Hua Hong Semiconductor، Silan Micro، New Clean Energy، Leon Micro، Sanan Optoelectronics، Wingtech Technology و CRRC Times Electric.

شماره تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی

QQ: 332496225 مدیر کیو

آدرس: اتاق ۸۰۹، ساختمان C، ساختمان فناوری ژانتائو، پلاک ۱۰۷۹ خیابان مینزی، منطقه جدید لونگهوا، شنژن