نیمه‌هادی‌های قدرت خودرو در عرض ۵ سال تقریباً ۷ برابر فضای بیشتری را اشغال کرده‌اند و IGBT بیشترین بهره را از این فضا برده است.

با حمایت سیاست‌ها و صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، نفوذ خودروهای انرژی نو در حال افزایش است. پیش‌بینی می‌شود که نرخ نفوذ خودروهای انرژی نو داخلی در سال ۲۰۲۵ به ۲۰٪ و نرخ نفوذ خودروهای انرژی نو در اتحادیه اروپا در سال ۲۰۳۰ به ۴۰٪ برسد. روند الکتریکی‌سازی خودروها، ارزش نیمه‌رساناهای قدرت مورد استفاده در خودروها را به میزان قابل توجهی افزایش داده است. طبق آمار Infineon، قیمت فروش نیمه‌رساناهای قدرت از ۷۱ دلار آمریکا برای خودروهای سوخت سنتی به ۳۳۰ دلار آمریکا برای خودروهای هیبریدی/الکتریکی خالص کاملاً پلاگین افزایش خواهد یافت که ۴.۶ برابر خودروهای سوخت سنتی است. طبق محاسبات ما، انتظار می‌رود بازار جهانی نیمه‌رساناهای قدرت خودرو در سال ۲۰۲۵ به ۸ میلیارد دلار آمریکا برسد. بازار جهانی نیمه‌رساناهای قدرت خودروهای انرژی نو در سال ۲۰۲۵ به ۵.۳ میلیارد دلار آمریکا خواهد رسید که ۷.۳ برابر سال ۲۰۲۰ است و نرخ رشد مرکب سالانه ۴۸.۸٪ خواهد داشت. در ده سال آینده، بازار IGBT برای شارژ خودروهای انرژی نو در چین، ایالات متحده و اروپا به 9.4 میلیارد دلار آمریکا خواهد رسید. در حال حاضر، IGBT و MOSFET عمدتاً در نیمه‌رساناهای قدرت خودرو استفاده می‌شوند. IGBT جزء اصلی اینورتر اصلی سیستم محرکه الکتریکی در خودروهای انرژی نو است و می‌تواند در مدارهای اینورتر کمکی، مدارهای چاپر DC/DC، OBC (شارژ/اینورتر) و غیره استفاده شود. ارزش یک خودرو به 273 دلار آمریکا می‌رسد که 83٪ از میانگین قیمت فروش نیمه‌رساناهای قدرت خودرو را تشکیل می‌دهد که اکثریت مطلق است. ما پیش‌بینی می‌کنیم که بازار جهانی IGBT خودروهای انرژی نو در سال 2025 به 4.4 میلیارد دلار آمریکا برسد و نرخ رشد مرکب سالانه آن تقریباً 48.8٪ باشد. این نوع، سودمندترین نوع نیمه‌رساناهای قدرت خودرو در روند الکتریکی‌سازی است.

سه مانع اصلی محصول، فرآیند و مزیت پیشگامی، خندقی محکم ایجاد می‌کنند.

۱) موانع محصول: IGBT های درجه خودرو باید الزامات سختگیرانه‌ای مانند عمر طولانی، نرخ خرابی پایین و مقاومت بالا در برابر زلزله داشته باشند. آنها باید بتوانند با شرایط کاری سخت مانند شرایط کاری "بسیار گرم" و "بسیار سرد" با دمای بالا و پایین، گرد و غبار و نمک-قلیا سازگار شوند. آنها باید در برابر تغییرات مکرر جریان ناشی از روشن و خاموش شدن‌های مکرر مقاومت کنند و الزامات محصول بسیار بالایی دارند.

۲) موانع فرآیند: هنگام طراحی IGBT های درجه خودرو، لازم است از تعادل بین روشن و خاموش شدن، مقاومت اتصال کوتاه و افت ولتاژ هدایت اطمینان حاصل شود و بهینه‌سازی پارامترها به ویژه پیچیده است. در طول ساخت، فرآیند ورق نازک مستعد تکه‌تکه شدن است و نقطه ذوب محدود فلز جلویی، کنترل دمای آنیل را دشوار می‌کند. علاوه بر این، الزامات فنی برای جوشکاری و اتصال بسته‌بندی ماژول IGBT نیز زیاد است.

۳) چرخه صدور گواهینامه طولانی است، هزینه جایگزینی بالاست و اثر منحنی تجربه دارد. این مزیت‌های آشکار پیشگامی در صنعت را دارد.

الف) IGBT های درجه یک خودرو باید استانداردهای قابلیت اطمینان، استانداردهای مدیریت کیفیت و استانداردهای ایمنی عملکردی را رعایت کنند تا واجد شرایط ورود به زنجیره تأمین تولیدکنندگان درجه یک خودرو باشند. دوره صدور گواهینامه معمولاً حداقل 2 سال است.

ب) از آنجایی که ماژول‌های IGBT اجزای کلیدی در خودروها هستند، تولیدکنندگان پایین‌دستی اغلب به دلیل ملاحظات ایمنی و قابلیت اطمینان، هنگام تعویض آنها محتاط هستند. تنها پس از انجام تعداد زیادی آزمایش تأیید و ارزیابی جامع، تصمیمات خرید در حجم بالا گرفته می‌شود. هزینه‌های جایگزینی بالا است.

ج) کسب و کار IGBT برای رسیدن به سطح دانش فنی خوب، نیاز به انباشت تجربه طولانی مدت دارد.

د) صنعت IGBT یک صنعت سرمایه‌بر است و تجهیزات تولید و آزمایش اساساً باید وارد شوند. علاوه بر این، تقاضا برای سرمایه در گردش برای شرکت‌های تولیدکننده IGBT نیز زیاد است. شرکت‌های تازه‌وارد اغلب در مراحل اولیه با سرمایه‌گذاری زیاد و بازده کم مواجه می‌شوند. آن‌ها برای ادامه تحقیق و توسعه محصول، تولید و فروش به پشتوانه مالی قوی نیاز دارند. در مجموع، شرکت‌های پیشگام در صنعت IGBT از مزایای آشکار پیشگامی برخوردارند.

چشم‌انداز رقابتی به یک «مسیر با کیفیت بالا» برای صنایع در حال رشد تبدیل شده است، اما نرخ بومی‌سازی فعلی هنوز پایین است.

طبق آمار Omdia در سال ۲۰۱۹، ده تولیدکننده برتر ماژول IGBT در جهان، ۷۶٪ از سهم بازار را به خود اختصاص داده‌اند. سهم بازار متمرکز و الگوی رقابت خوب است. از نظر IGBT های درجه خودرو، به دلیل موانع بالای صنعت، سهم ماژول IGBT خودروهای انرژی نو CR4 چین در سال ۲۰۱۹ در مجموع ۸۱٪ بود که الگوی انحصار چندجانبه را نشان می‌دهد. در میان آنها، Infineon با سهم بازار ۵۸.۲٪ در رتبه اول، BYD با سهم بازار ۱۸٪ در رتبه دوم، Mitsubishi Electric و Semikron به ترتیب در رتبه‌های سوم و چهارم قرار دارند. IGBT خودرو با فضای رشد گسترده و چشم‌انداز رقابت خوب، به یک "مسیر با کیفیت بالا" در صنعت رو به رشد تبدیل شده است. با این حال، در میان ده تولیدکننده برتر IGBT خودروهای انرژی نو چین در سال ۲۰۱۹، تنها سه تولیدکننده داخلی، BYD، Star Semiconductor و CRRC Times Electric، با سهم بازار کل ۲۰.۴٪ در فهرست نهایی قرار گرفتند. فضای وسیعی برای جایگزینی داخلی وجود دارد.

عوامل متعددی جایگزینی محصولات داخلی را تسریع می‌کنند و تولیدکنندگان داخلی پتانسیل عظیمی برای توسعه در آینده دارند.

عوامل متعددی جایگزینی داخلی را تسریع می‌کنند: ۱) چین در حال حاضر بزرگترین بازار مصرف خودرو در جهان است و تقاضای مصرف‌کنندگان خودرو در آینده نیز همچنان افزایش خواهد یافت و فرصت‌های توسعه خوبی را برای تولیدکنندگان داخلی IGBT فراهم می‌کند. ۲) با تشدید اختلافات تجاری، نیاز به نیمه‌رساناهای مستقل و قابل کنترل به طور فزاینده‌ای ضروری می‌شود. ۳) تولیدکنندگان داخلی در حال رهبری در استقرار صنعت خودروهای انرژی نو و استفاده از مزیت پیشگامی هستند. با افزایش سهم تولیدکنندگان داخلی خودروهای انرژی نو، انتظار می‌رود به دلیل ملاحظات امنیتی زنجیره تأمین، محصولات بیشتری از تولیدکنندگان داخلی نیمه‌رسانا مورد استفاده قرار گیرد. ۴) تولیدکنندگان داخلی IGBT از مزایای خدمات محلی مانند عملکرد با هزینه بالا و سرعت پاسخ سریع برخوردارند که نیازهای خودروهای انرژی نو را برای کاهش هزینه‌ها و افزایش کارایی برآورده می‌کند و انتظار می‌رود سهم آنها افزایش یابد. ۵) تشویق سیاست‌ها و حمایت مالی به توسعه سریع صنعت داخلی IGBT کمک می‌کند. از نظر فضای بازار داخلی، طبق محاسبات ما، انتظار می‌رود بازار نیمه‌هادی‌های قدرت خودروهای انرژی نو چین در سال ۲۰۲۵ به ۱۷.۷ میلیارد یوان برسد که ۶ برابر سال ۲۰۲۰ است و نرخ رشد مرکب سالانه آن تا ۴۴ درصد خواهد بود. پیش‌بینی می‌شود بازار IGBT خودروهای انرژی نو چین در سال ۲۰۲۵ به ۱۴.۷ میلیارد یوان برسد و نرخ رشد مرکب سالانه آن تقریباً ۴۴ درصد باشد. در سال ۲۰۲۵، بازار IGBT چین برای شمع‌های شارژ به ۱۰.۹ میلیارد یوان خواهد رسید و نرخ رشد مرکب آن ۳۵ درصد خواهد بود. بر اساس تحلیل فوق، ما معتقدیم که روند جایگزینی داخلی IGBTهای خودرو سرعت خواهد گرفت. با توجه به سهم کم بازار فعلی و فضای گسترده رشد صنعت، تولیدکنندگان داخلی IGBT پتانسیل رشد عظیمی در آینده دارند.

کاهش ظرفیت تولید محدود در کوتاه‌مدت دشوار است و رونق نیمه‌رساناهای قدرت همچنان رو به افزایش است.

استفاده تجاری از 5G و اقتصاد خانه‌نشینی ناشی از همه‌گیری، تحول دیجیتال جامعه را تسریع می‌کند. بازار خودروهای انرژی جدید، لوازم خانگی، تجهیزات دیجیتال و سایر تجهیزات ترمینال در حال گرم‌تر شدن است و تقاضا برای نیمه‌رساناها را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، تولیدکنندگان نیمه‌رسانا به دلیل امنیت زنجیره تأمین باید موجودی‌های ایمنی را افزایش دهند. تشدید عوامل متعدد منجر به محدودیت ظرفیت تولید نیمه‌رساناها شده است. در حال حاضر، تمام کارخانه‌های بزرگ ریخته‌گری ویفر با ظرفیت کامل تولید خود در حال فعالیت هستند. از دیدگاه جهانی، ICinsight پیش‌بینی می‌کند که جهان در سال 2021، 20.8 میلیون ظرفیت تولید ویفر 8 اینچی معادل اضافه خواهد کرد. از دیدگاه داخلی، ظرفیت تولید ویفر 8 اینچی معادل در حال ساخت تقریباً 27.96 میلیون ویفر در سال است که بیشتر آنها در سال 2022 به تولید خواهند رسید. با این حال، با توجه به اینکه یک دوره افزایش تولید حدود 3 تا 5 سال پس از بهره‌برداری از خط تولید جدید وجود خواهد داشت، کاهش ظرفیت تولید محدود در کوتاه‌مدت دشوار است. با بهره‌گیری از افزایش سریع تقاضا برای وسایل نقلیه با انرژی جدید و شمع‌های شارژ، انتظار می‌رود تقاضای جهانی برای ویفرهای ۸ اینچی به تنهایی برای ماژول‌های IGBT با درجه خودرو در سال ۲۰۲۵ به ۱.۶۹ میلیون قطعه برسد که در مقایسه با سال ۲۰۲۰، افزایشی ۵.۴ برابری را نشان می‌دهد. شکاف بزرگی در تقاضای تولید ویفر وجود دارد. از ابتدای سال، تولیدکنندگان بزرگ تراشه در داخل و خارج از کشور قیمت محصولات را افزایش داده یا زمان تحویل را طولانی‌تر کرده‌اند. انتظار می‌رود رونق زنجیره صنعت نیمه‌هادی همچنان افزایش یابد.

  1    نفوذ وسایل نقلیه با انرژی جدید در حال افزایش است و فضای نیمه هادی های قدرت خودرو در 5 سال دو برابر شده است.

۱.۱. نفوذ وسایل نقلیه با انرژی جدید در حال افزایش است و نیمه‌رساناهای قدرت خودرو هم از نظر حجم و هم از نظر قیمت افزایش یافته‌اند.

حمایت از سیاست‌ها و صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، نفوذ سریع خودروهای انرژی نو را هدایت می‌کند. «طرح توسعه صنعت خودروهای انرژی نو (2021-2035)» کشور من، چشم‌اندازی را برای توسعه خودروهای انرژی نو ارائه می‌دهد. برنامه‌ریزی شده است که تا سال 2025، نرخ نفوذ خودروهای انرژی نو داخلی به 20 درصد برسد.

در سطح بین‌المللی، بسیاری از کشورهای اروپایی سیاست‌های دوگانه محدودکننده انتشار دی‌اکسید کربن و سیاست‌های یارانه‌ای برای خودروهای انرژی نو را برای مقابله با فشار گرمایش جهانی اتخاذ کرده‌اند و مسیر برقی‌سازی خودروها به طور فزاینده‌ای آشکار شده است. در اتحادیه اروپا، توافقنامه انتشار گازهای گلخانه‌ای خودرو ACEA تصریح می‌کند که انتشار دی‌اکسید کربن خودروها باید تا سال ۲۰۳۰ کمتر از ۵۹ گرم در هر کیلومتر باشد. طبق محاسبات Infineon، نرخ نفوذ خودروهای انرژی نو در اتحادیه اروپا در سال ۲۰۳۰ به ۴۰ درصد خواهد رسید.

برقی‌سازی منجر به افزایش قابل توجه ارزش دوچرخه‌های نیمه‌هادی قدرت شده است. میانگین قیمت فروش نیمه‌هادی‌های قدرت برای وسایل نقلیه الکتریکی خالص به 330 دلار آمریکا می‌رسد که 4.6 برابر بیشتر از وسایل نقلیه سوخت سنتی است. وسایل نقلیه انرژی جدید که از سیستم برق به عنوان منبع تغذیه خود استفاده می‌کنند، الزامات بالاتری را برای مدیریت توان و قابلیت‌های تبدیل توان قطعات الکترونیکی مطرح می‌کنند.

در خودروهای سنتی، نیمه‌رساناهای قدرت عمدتاً در زمینه‌های استارت خودرو، تولید برق و ایمنی استفاده می‌شوند و قطعات الکترونیکی کم‌ولتاژ و کم‌مصرف می‌توانند نیازهای کاری آنها را برآورده کنند. در خودروهای انرژی جدید، خروجی ولتاژ بالای باتری نیاز به تبدیل مکرر ولتاژ و وارونگی جریان دارد. این مدارها تقاضا برای نیمه‌رساناهای قدرت مانند IGBT و MOSFET را به میزان زیادی افزایش داده‌اند. طبق داده‌های Infineon، میزان نیمه‌رساناهای قدرت در خودروهای سوخت سنتی ۷۱ دلار آمریکا و ارزش نیمه‌رساناهای قدرت در خودروهای هیبریدی/الکتریکی باتری خالص کاملاً پلاگین ۳۳۰ دلار آمریکا است که ۴.۶ برابر خودروهای سوخت سنتی است.

بازار جهانی نیمه‌هادی‌های قدرت خودرو در سال ۲۰۲۵ به ۸ میلیارد دلار آمریکا خواهد رسید. طبق گفته یول، بازار جهانی نیمه‌هادی‌های قدرت در سال ۲۰۲۵ به ۲۲.۵ میلیارد دلار آمریکا خواهد رسید. طبق آمار Zhiyan Consulting، بخش خودرو در سال ۲۰۱۹، ۳۵.۴ درصد از بازار جهانی نیمه‌هادی‌های قدرت را به خود اختصاص داده است. با فرض اینکه این نسبت بدون تغییر باقی بماند، انتظار می‌رود بازار جهانی نیمه‌هادی‌های قدرت خودرو در سال ۲۰۲۵ به ۷.۹۶۵ میلیارد دلار آمریکا برسد.

پیش‌بینی می‌شود بازار جهانی نیمه‌هادی‌های قدرت خودروهای انرژی نو در سال ۲۰۲۵ به ۵.۳ میلیارد دلار آمریکا برسد که ۷.۳ برابر سال ۲۰۲۰ است و نرخ رشد مرکب سالانه ۴۸.۸ درصد را نشان می‌دهد. طبق پیش‌بینی AlixPartners، فروش جهانی خودرو از ۷۰.۵ میلیون دستگاه در سال ۲۰۲۰ به ۹۴ میلیون دستگاه در سال ۲۰۲۵ افزایش خواهد یافت. EVTank پیش‌بینی می‌کند که فروش جهانی خودروهای انرژی نو از ۲.۲۱ میلیون دستگاه در سال ۲۰۱۹ به ۱۲ میلیون دستگاه در سال ۲۰۲۵ افزایش یابد. نرخ نفوذ جهانی خودروهای انرژی نو در سال ۲۰۲۵ به ۱۳ درصد خواهد رسید که در مقایسه با سال ۲۰۱۹، افزایشی ۱۰.۳۶ درصدی را نشان می‌دهد.

همانطور که در بالا ذکر شد، در آخرین آمار Infineon در سال 2020، ارزش یک دوچرخه نیمه‌هادی قدرتی خودروهای انرژی نو 330 دلار آمریکا است. با توجه به ظرفیت محدود فعلی تولید ویفر نیمه‌هادی جهانی، انتظار می‌رود که قیمت نیمه‌هادی‌های قدرتی خودروهای انرژی نو در سال جاری در سطح بالایی باقی بماند و ارزش یک دوچرخه در آینده به تدریج با روند الکتریکی شدن و افزایش نفوذ خودروهای دو موتوره افزایش یابد. بر اساس داده‌های فوق، ما تخمین می‌زنیم که بازار جهانی نیمه‌هادی قدرتی خودروهای انرژی نو در سال 2025 به 5.3 میلیارد دلار آمریکا برسد که 7.3 برابر سال 2020 است و نرخ رشد مرکب سالانه 48.8 درصد خواهد داشت.

۱.۲ بازار جهانی IGBT شارژ خودرو به سرعت در حال رشد است

تعداد شمع‌های شارژ در تأسیسات مهم پشتیبانی برای وسایل نقلیه انرژی نو به سرعت افزایش خواهد یافت و تقاضا برای IGBT، یک جزء کلیدی، را به سرعت افزایش خواهد داد. با افزایش تدریجی نرخ نفوذ وسایل نقلیه انرژی نو، تعداد شمع‌های شارژ، که تأسیسات مهم پشتیبانی برای وسایل نقلیه انرژی نو هستند، نیز باید همزمان افزایش یابد. طبق آمار مک‌کینزی، تقاضای شارژ برای وسایل نقلیه انرژی نو در چین، ایالات متحده و اروپا در سال 2020 تقریباً 18 میلیارد کیلووات ساعت خواهد بود. انتظار می‌رود تا سال 2030، تقاضای شارژ برای وسایل نقلیه انرژی نو به 271 میلیارد کیلووات ساعت برسد که نرخ رشد مرکب سالانه آن 31.2 درصد خواهد بود. رشد سریع تقاضا برای تأسیسات شارژ وسایل نقلیه انرژی نو همچنین باعث افزایش قابل توجه استفاده از IGBT، یک جزء کلیدی شمع‌های شارژ، خواهد شد.

پیش‌بینی می‌شود که بازار IGBT شارژ در چین، ایالات متحده و اروپا در ده سال از ۲۰۲۰ تا ۲۰۳۰، رشدی معادل ۹.۴ میلیارد دلار آمریکا داشته باشد. طبق برآوردهای مک‌کینزی، چین، ایالات متحده و اتحادیه اروپا باید به ترتیب ۱۹ میلیارد دلار / ۱۱ میلیارد دلار / ۱۷ میلیارد دلار در دهه ۲۰۲۰-۲۰۳۰ سرمایه‌گذاری کنند تا ۲۰ میلیون / ۲۰ میلیون / ۲۵ میلیون شمع شارژ خودروهای انرژی نو بسازند تا شکاف تقاضای شارژ خودروهای انرژی نو را پر کنند. در یک شمع شارژ واحد، IGBT حدود ۲۰٪ از کل هزینه را تشکیل می‌دهد. از این رو می‌توان نتیجه گرفت که بازار IGBT برای شمع‌های شارژ خودروهای انرژی نو در چین، ایالات متحده و اروپا در ده سال آینده رشدی معادل ۹.۴ میلیارد دلار آمریکا خواهد داشت.

  2  در میان نیمه‌هادی‌های قدرت خودرو، IGBT بیشترین سود را می‌برد

IGBT و MOSFET اجزای اصلی نیمه‌هادی‌های قدرت خودرو هستند. IGBT چهار کاربرد مختلف در خودروها دارد. اولین مورد، جزء اصلی اینورتر اصلی است. اینورتر اصلی، خروجی DC از باتری را به AC تبدیل می‌کند تا موتور خودرو را به حرکت درآورد؛ دومی در مدار اینورتر کمکی برای تغذیه سایر قطعات الکترونیکی خودرو استفاده می‌شود؛ سومی در مدار چاپر DC/DC برای خروجی جریان‌هایی با ولتاژهای مختلف استفاده می‌شود؛ چهارمی در OBC (شارژ/اینورتر) برای تبدیل برق AC ورودی خارجی به برق DC برای شارژ باتری خودرو با انرژی نو استفاده می‌شود.

در خودروهایی با درجه برق‌رسانی پایین، به دلیل ولتاژ خروجی پایین باتری و محدوده توان پایین دستگاه‌های قدرت، می‌توان از MOSFETها برای جایگزینی مدار اینورتر کمکی، مدار چاپر DC/DC DC و IGBT در مدار OBC برای کنترل هزینه‌ها استفاده کرد.

۲.۱ IGBT دستگاه اصلی سیستم محرک موتور خودروهای انرژی جدید IGBT است.

با عملکرد برتر، این قطعه، جزء اصلی نیمه‌رساناهای قدرت در خودروهای انرژی نو است. IGBT مخفف InsulatedGateBipolarTransistor است که یک ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق‌بندی شده است. این یک قطعه نیمه‌رسانای قدرت مرکب است که از BJT و MOSFET تشکیل شده است. این قطعه مزایای سرعت سوئیچینگ سریع MOSFET، امپدانس ورودی بالا، توان کنترل کوچک، مدار درایو ساده، تلفات سوئیچینگ کوچک و ولتاژ هدایت پایین BJT، جریان حالت روشن بزرگ و تلفات کوچک را با هم ترکیب می‌کند. در خودروهای انرژی نو، ماژول‌های IGBT عمدتاً در اینورترهای قدرت بالا برای تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب برای راه‌اندازی موتور خودرو استفاده می‌شوند. همچنین در اینورترهای قدرت کمکی برای تغذیه تجهیزات الکترونیکی خودرو مانند تهویه مطبوع خودرو استفاده می‌شوند.

IGBT را می‌توان بر اساس محیط‌های کاربردی مختلف به IGBT تک لوله، ماژول IGBT و ماژول هوشمند IPM تقسیم کرد. IGBT تک لوله یک ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق از نوع تقویت‌شده N کانال است که با ارائه جریان بیس به ترانزیستور نوع PNP، کل مدار را هدایت می‌کند. از آنجا که جریان قابل استفاده آن کوچک است، معمولاً کمتر از 100 آمپر، توان قابل استفاده آن کم است. با این حال، مدار خارجی یک IGBT تک لوله پیچیده و بسته‌بندی آن دشوار است، که نشان دهنده سطح فناوری و فرآیند سازنده IGBT است.

ماژول IGBT یک محصول نیمه‌هادی ماژولار است که از یک تراشه IGBT و یک FWD (دیود بازیابی سریع) تشکیل شده است که از طریق یک پل مدار خاص بسته‌بندی شده‌اند. چندین تراشه از طریق عایق در ماژول ادغام و بسته‌بندی می‌شوند. ایمنی و قابلیت اطمینان آن به طور مؤثر بهبود یافته و برای کار در سناریوهای ولتاژ بالا و جریان بالا مناسب‌تر است. ماژول هوشمند IPM دستگاه‌های IGBT، مدارهای درایو و مدارهای حفاظتی را در یک ماژول ادغام می‌کند. از آنجا که این ماژول عملکردهای تشخیص و محافظت خودکار مدار را دارد، از ماژول‌های IGBT معمولی هوشمندتر است و اغلب در لوازم خانگی تبدیل فرکانس استفاده می‌شود.

در حال حاضر، IGBT شرکت Infineon به نسل هفتم محصولات خود رسیده است و تولیدکنندگان داخلی به تدریج در حال رسیدن به سطح پیشرفته جهانی هستند. در بیش از 30 سال از سال 1988 تا 2019، Infineon در مجموع 7 نسل از محصولات IGBT را منتشر کرده است. سطح فنی به سمت کاهش مساحت تراشه، عرض خط فرآیند، افت ولتاژ اشباع در حالت روشن، زمان خاموشی، اتلاف توان و افزایش ولتاژ خاموشی توسعه یافته است. اگرچه بازار داخلی IGBT در حال حاضر عمدتاً توسط شرکت‌های خارجی اشغال شده است، اما با سرمایه‌گذاری مداوم تولیدکنندگان داخلی در تحقیق و توسعه، فناوری محصول همچنان به سطح پیشرفته جهانی می‌رسد.

برای مثال، تراشه IGBT نسل دوم که به‌طور مستقل توسط شرکت Star Semiconductor توسعه داده شده است، در مقایسه با تراشه IGBT نسل ششم Infineon (FS-Trench) محک زده شده و در سال ۲۰۱۶ به تولید انبوه رسیده است. در مجموع ۱۶۰،۰۰۰ مجموعه از ماژول‌های IGBT مخصوص خودرو در سال ۲۰۱۹ مونتاژ شد. محصولات IGBT4.0 شرکت BYD دارای تلفات سوئیچینگ کمتر، قابلیت‌های خروجی جریان قوی‌تر و عمر چرخه دمایی طولانی‌تری نسبت به IGBT نسل چهارم Infineon موجود در بازار هستند.

بازار جهانی IGBT خودروهای انرژی نو در سال ۲۰۲۵ به ۴.۴ میلیارد دلار آمریکا با نرخ رشد مرکب سالانه ۴۸.۸ درصد خواهد رسید. طبق داده‌های Yole، اندازه بازار جهانی IGBT خودروهای انرژی نو در سال ۲۰۱۹، ۶۰۰ میلیون دلار آمریکا بوده است. داده‌های EVSalesBlog اعلام کرد که فروش جهانی خودروهای هیبریدی پلاگین و خودروهای الکتریکی باتری خالص در سال ۲۰۱۹ تقریباً ۲.۲ میلیون دلار بوده است. از این رو، می‌توان استنباط کرد که میانگین ارزش دوچرخه‌های IGBT، ۲۷۳ دلار آمریکا است (که ۸۳ درصد از ارزش نیمه‌رساناهای قدرت دوچرخه را تشکیل می‌دهد). با توجه به ظرفیت محدود فعلی تولید ویفر نیمه‌رسانا در جهان، انتظار می‌رود که امسال از نیمه‌رساناهای قدرت خودروهای انرژی نو استفاده شود. قیمت‌ها همچنان در سطح بالایی باقی خواهند ماند و ارزش دوچرخه‌های آینده با افزایش روند الکتریکی‌سازی و نفوذ دو موتوره، به تدریج افزایش خواهد یافت. با ضرب پیش‌بینی فروش جهانی خودروهای انرژی نو EVtank برای چند سال آینده، انتظار می‌رود بازار جهانی IGBT خودروهای انرژی نو از تقریباً ۶۰۰ میلیون دلار در سال ۲۰۲۰ به ۴.۴ میلیارد دلار آمریکا در سال ۲۰۲۵ با نرخ رشد مرکب تقریباً ۴۸.۸ درصد افزایش یابد.

۲.۲.SiC عملکرد بهتری دارد و انتظار می‌رود به فناوری نسل بعدی تبدیل شود

دستگاه‌های قدرت مبتنی بر مواد نیمه‌هادی نسل سوم مزایای عملکردی بهتری دارند. در مقایسه با مواد نیمه‌هادی مبتنی بر سیلیکون، مواد نیمه‌هادی نسل سوم که با GaN و SiC نشان داده می‌شوند، دارای شکاف‌های باند پهن‌تر، میدان‌های الکتریکی شکست بالاتر، رسانایی حرارتی بالاتر، نرخ اشباع الکترونی بالاتر و مقاومت تابشی بالاتر هستند و برای ساخت دستگاه‌های دما بالا، فرکانس بالا، مقاوم در برابر تابش و توان بالا مناسب‌ترند.

طبق داده‌های Infineon، اینورترهای ساخته شده از مواد SiC به ترتیب ۳ برابر و ۴ برابر از نظر حجم و وزن کوچکتر از اینورترهای ساخته شده از مواد Si هستند؛ داده‌های Rohm نشان می‌دهد که در عمل، فرکانس سوئیچینگ SiCMOSFET می‌تواند به بیش از ۵۰ کیلوهرتز برسد (در حالی که فرکانس سوئیچینگ IGBT رایج تا ۲۰ کیلوهرتز است) و تلفات انرژی ۷۳٪ کمتر از IGBT ساخته شده از Si است. MOSFET های ساخته شده از SiC عملکرد بالاتر و مزایای اندازه کوچکتری نسبت به IGBT ها دارند.

برخی از مدل‌های رده بالا، MOSFETهای مبتنی بر SiC را به کار گرفته‌اند که انتظار می‌رود به مسیر توسعه آینده تبدیل شود. تسلا مدل ۳ اولین مدلی است که یک ماژول قدرت کامل SiC را در خود جای داده است. این پروژه توسط بخش طراحی مهندسی تسلا با همکاری STMicroelectronics تکمیل شد. بلافاصله، Infineon نیز به تأمین‌کننده ماژول‌های قدرت SiC تسلا مدل ۳ تبدیل شد. علاوه بر این، نسخه چهار چرخ محرک BYD Han EV به اولین مدل داخلی تبدیل شده است که به اجزای SiCMOSFET به صورت دسته‌ای مجهز شده است و راندمان کلی کنترل الکترونیکی SiC آن به بیش از ۹۷٪ می‌رسد.

در حال حاضر، تولیدکنندگان داخلی نیز به طور فعال در حال گسترش کاربردهای تولید SiC هستند. به عنوان مثال، China Resources Micro در ژوئیه 2020 به تولید انبوه اولین خط تولید تجاری SiC 6 اینچی چین با ظرفیت تولید برنامه‌ریزی شده 1,000 قطعه در ماه دست یافته است. New Clean Energy همچنین تعدادی اختراع ثبت شده مرتبط با نیمه‌هادی‌های نسل سوم دارد و انتظار می‌رود مجموعه‌ای از محصولات دیود SiC را عرضه کند. در آینده، این شرکت بر کاربردهای خودروهای انرژی جدید تمرکز خواهد کرد.

در حال حاضر، SiC تابع عوامل هزینه و بازده است و برای پذیرش گسترده در مقیاس بزرگ، زمان لازم است. در حال حاضر، اندازه‌های اصلی بین‌المللی زیرلایه SiC، 4 اینچ و 6 اینچ هستند. به دلیل مساحت کوچک ویفر و راندمان پایین برش تراشه، هزینه زیرلایه‌های SiC بالا است. بازده پایین تولید و بسته‌بندی در فرآیندهای بعدی باعث می‌شود هزینه دستگاه‌های SiC همچنان بالا بماند.

طبق داده‌های آکادمی علوم چین، قیمت SiCMOSFET در همان سطح، ۴ برابر بیشتر از SiIGBT است. دستگاه‌های کنترل الکترونیکی با کیفیت خودرو باید شاخص‌های عملکرد سختگیرانه‌تری را رعایت کنند و نیاز به حفظ عملکرد پایدار در دماهای شدید و محیط‌های ارتعاش قوی دارند. بنابراین، قبل از معرفی به محصولات نهایی، SiCMOSFET باید گواهینامه قابلیت اطمینان بلندمدت را دریافت کند. به طور کلی، دوره صدور گواهینامه برای ماژول‌های IGBT با کیفیت خودرو حدود ۲ سال است.

  3  سه مانع اصلی محصول، فرآیند و مزیت پیشگامی، خندقی محکم ایجاد می‌کنند.

۳.۱ محیط کاری پیچیده، الزامات بسیار بالایی را برای ایمنی و قابلیت اطمینان IGBT های کلاس خودرو ایجاد می‌کند.

۱) نیاز به سازگاری با شرایط کاری با دمای بالا و پایین "بسیار گرم" و "بسیار سرد": IGBT های درجه خودرو دارای محدوده دمای عملیاتی وسیعی هستند و مکان‌های نصب مختلف نیز محدوده‌های دمایی متفاوتی دارند، مانند الزامات محفظه موتور -۴۰℃-۱۵۵℃، الزامات کنترل بدنه -۴۰℃-۱۲۵℃، در حالی که تراشه‌ها و قطعات مصرفی معمولی فقط باید به دمای ۰℃-۷۰℃ برسند.

۲) نیاز به تحمل تغییرات مکرر جریان ناشی از روشن و خاموش شدن‌های مکرر: وسایل نقلیه اغلب در شرایط جاده‌ای شلوغ با روشن و خاموش شدن‌های مکرر مواجه می‌شوند. در این زمان، جریان عملیاتی ماژول IGBT تقویت‌کننده و اینورتر به طور مکرر افزایش و کاهش می‌یابد و در نتیجه تغییرات سریع در دمای محل اتصال IGBT ایجاد می‌شود که نیاز به مقاومت دمایی بالا و عملکرد اتلاف حرارتی IGBT دارد.

۳) نیاز به مقاومت بالا در برابر زلزله: با توجه به عدم قطعیت شرایط خودرو، مانند کوه، گل، جاده‌های شنی و غیره، IGBT های خودرو ممکن است در حین رانندگی در معرض لرزش‌ها و تکان‌های شدید قرار گیرند. هر ترمینال اتصال ماژول IGBT باید از استحکام مکانیکی کافی برخوردار باشد تا بتواند در شرایط لرزش شدید به طور عادی کار کند.

۴) قابلیت سازگاری با محیط‌های کاری سخت: با توجه به کپک، گرد و غبار، آب، محیط طبیعی شور-قلیایی (کنار دریا، برف، باران و غیره)، تداخل الکترومغناطیسی (EMC) و فرسایش گازهای مضر، الزامات بسیار بالایی برای عملکرد ایمنی IGBTها مانند ضد آب، ضد گرد و غبار و ضد خوردگی در نظر گرفته شده است. تحت این تداخلات، IGBT نه می‌تواند به طور غیرقابل کنترل بر کار خود تأثیر بگذارد و نه با سایر تجهیزات خودرو (باس کنترل، MCU، حسگرها) تداخل ایجاد کند.

۵) باید عمر مفید طولانی و نرخ خرابی پایینی داشته باشد. عمر طراحی شده یک خودروی معمولی حدود ۱۵ سال یا ۶۰۰۰۰۰ کیلومتر است. در طول چرخه عمر، الزام اساسی خودروسازان برای نرخ خرابی نیمه‌رسانای خودرو، PPM تک رقمی (یک قسمت در میلیون) است. اکثر خودروسازان نیاز دارند که این نرخ در سطح PPB (قسمت در میلیارد) باشد، که تقریباً به صفر تحمل برای خرابی می‌رسد.

۳.۲ فرآیند طراحی، تولید و بسته‌بندی IGBT درجه خودرو دشوار است

طراحی IGBT مخصوص خودرو باید تعادل بین روشن و خاموش شدن، مقاومت اتصال کوتاه و افت ولتاژ رسانایی را تضمین کند و بهینه‌سازی پارامترها بسیار خاص و پیچیده است. تراشه‌های IGBT مخصوص خودرو معمولاً در محیط‌های جریان بالا، ولتاژ بالا و فرکانس بالا کار می‌کنند. طراحی تراشه باید تضمین کند که روشن و خاموش شدن، مقاومت اتصال کوتاه و افت ولتاژ رسانایی (کنترل گرما) در حالت متعادل قرار دارند. طراحی تراشه و تنظیم و بهینه‌سازی پارامترها بسیار خاص و پیچیده است.

مشکلات اصلی در فرآیند طراحی تراشه عبارتند از:

(1) طراحی ترمینال باید ضمن دستیابی به اندازه کوچک و ولتاژ قابل تحمل بالا، قابلیت اطمینان بالایی را تضمین کند.

(2) طراحی سلول باید به چگالی جریان بالا دست یابد و در عین حال یک منطقه کاری ایمن و وسیع را تضمین کند، که مستلزم قابلیت‌های اتلاف حرارت بسیار بالا است.

(3) طراحی سلول باید ضمن تضمین قابلیت اتصال کوتاه کافی، به چگالی جریان بالایی دست یابد.

فرآیند تولید دشوار است: ورق‌ها به راحتی شکسته می‌شوند و نقطه ذوب فلز جلویی محدود است و کنترل دمای پخت را دشوار می‌کند. وقتی IGBT روشن می‌شود، می‌توان آن را به عنوان یک سیم در نظر گرفت و جریان به صورت عمودی از بالا به پایین از IGBT عبور می‌کند تا به موتور محرک برسد.

۱) هرچه تراشه نازک‌تر باشد، مقاومت حرارتی آن کمتر است، اما به راحتی شکسته می‌شود. فرآیند نازک‌سازی: هرچه تراشه نازک‌تر باشد، مسیر جریان کوتاه‌تر می‌شود و انرژی از دست رفته روی تراشه نیز به همین ترتیب کاهش می‌یابد و عمر باتری خودرو طولانی‌تر خواهد شد. در پایان سال ۲۰۱۸، BYD اعلام کرد که می‌تواند ویفرها را تا ۱۲۰ میکرومتر نازک کند، در حالی که تراشه‌های IGBT اینفینئون را می‌توان تا ۴۰ میکرومتر نازک کرد. پردازش بعدی روی ویفرها و تراشه‌هایی با این ضخامت از نظر فنی بسیار دشوار است و به راحتی شکسته می‌شود.

۲) فرآیند پشت باید در دمای پایین انجام شود، در غیر این صورت به راحتی باعث ذوب شدن فلز جلویی می‌شود. فرآیند پشت: شامل کاشت یون پشت، فعال‌سازی آنیل، فلزکاری پشت و سایر مراحل فرآیند. با توجه به محدودیت نقطه ذوب فلز جلویی و نازک شدن مداوم تراشه‌های IGBT، این فرآیندهای پشت باید در دماهای پایین (نه بیشتر از ۴۵۰ درجه سانتیگراد) انجام شوند، در غیر این صورت به راحتی منجر به ذوب شدن فلز جلویی و فعال‌سازی آنیل بسیار دشوار خواهد شد.

موانع فنی برای جوشکاری و اتصال بسته‌بندی ماژول IGBT زیاد است. IGBT های خودرو عمدتاً به شکل ماژول استفاده می‌شوند. ساختار بسته‌بندی ماژول به گونه‌ای است که دستگاه‌های نیمه‌هادی گسسته را از طریق یک روش یکپارچه در ماژول بسته‌بندی می‌کند. یک ماژول IGBT معمولاً قبل از عرضه به بازار، باید در مجموع نه فرآیند وصله‌زنی، جوشکاری، تمیز کردن پلاسما، تشخیص اشعه ایکس، اتصال، پر کردن و پخت چسب، قالب‌گیری، آزمایش و علامت‌گذاری را طی کند. در میان آنها، جوشکاری و اتصال دشوارترین جنبه‌های فناوری بسته‌بندی ماژول هستند.

(1) جوشکاری: تسلط بر پارامترهای جدیدترین فرآیند اتصال داخلی وصله‌های نقره‌ای تف‌جوشی شده در دمای پایین دشوار است و هزینه مواد و تجهیزات بالا است که به مانعی برای ورود تبدیل شده است. در حال حاضر، فناوری جوشکاری رایج، لحیم‌کاری است. اما این فناوری نتایج کمتر سازگار و قابل اعتمادی تولید می‌کند. برای این منظور، یک فرآیند اتصال داخلی وصله‌های نقره‌ای تف‌جوشی شده در دمای پایین توسعه داده شده است. لایه لحیم‌کاری این فرآیند مزایای رسانایی حرارتی بالا، رسانایی الکتریکی بالا و قابلیت اطمینان بالا را دارد. با این حال، این فناوری بسیار دشوار است. تنظیم پارامترهای فرآیند، هزینه بالای خرید تجهیزات و هزینه بالای پودر نقره مورد استفاده در تولید، به موانعی تبدیل شده‌اند که تولیدکنندگان را از استفاده از این فناوری محدود می‌کنند. در حال حاضر، فقط شرکت‌های پیشرفته‌ای که توسط Infineon و Mitsubishi نمایندگی می‌شوند، از تف‌جوشی نقره‌ای در دمای پایین برای جوشکاری برخی از ماژول‌های IGBT با عملکرد بالا استفاده کرده‌اند.

(2) اتصال: این فرآیند دشواری بالایی دارد. در حال حاضر، سیم‌های اتصال رایج برای اتصال سطح داخلی تراشه ماژول‌های IGBT، سیم‌های آلومینیومی و سیم‌های مسی هستند. سیم مسی مقاومت ویژه کم، رسانایی حرارتی بالا و ضریب انبساط کم دارد که آن را برای ماژول‌های خودرو با چگالی توان بالا و اتلاف حرارت کارآمد مناسب‌تر می‌کند. با این حال، دشواری فرآیند اتصال سیم مسی این است که نیاز به عملیات متالیزاسیون مس روی سطح تراشه دارد و به انرژی اولتراسونیک بالاتری نیاز دارد که احتمالاً به خود تراشه IGBT آسیب می‌رساند. 1) مس میل ترکیبی قوی با اکسیژن دارد و نیاز به آب‌بندی دقیق و عملکرد سریع دارد. سیم‌های مسی بلافاصله پس از تماس با هوا اکسید می‌شوند. در اصل، بسته‌بندی را می‌توان ظرف 48 ساعت پس از باز کردن بسته‌بندی تکمیل کرد. سیم مسی اکسید شده سخت‌تر، اتصال آن دشوار و مستعد جدا شدن اتصالات لحیم یا داشتن استحکام کششی کم است. 2) در طول فرآیند اتصال، کنترل جریان گاز بی‌اثر محافظ دشوار است. به منظور کاهش درجه اکسیداسیون مس، باید گاز محافظ به ناحیه گرمایش تراشه که مستعد اکسیداسیون است اضافه شود. جریان زیاد بر دمای گرمایش تأثیر می‌گذارد و جریان خیلی کم اثر محافظتی را تضعیف می‌کند. ۳) الزامات مواد برای ساخت فیکسچرهای جوشکاری فشاری سختگیرانه است. سطح فیکسچر باید صاف باشد تا اطمینان حاصل شود که حامل و پین‌ها شل نیستند، در غیر این صورت مستقیماً بر مجموعه‌ای از مشکلات سیم جوش مانند سوختن ضعیف توپ، سیم‌های کوتاه و سیم‌های تاب‌دار در طول فرآیند جوشکاری محصول تأثیر می‌گذارد. ۴) تنظیمات پارامترهای تجهیزات اتصال باید عواملی مانند نیروی جوشکاری، توان آماده به کار و احتمال ایجاد دهانه‌ها را که تعادل و کنترل آنها دشوار است، به طور جامع در نظر بگیرد. مشکلات مربوط به هر مرحله منجر به خرابی اتصال خواهد شد.

۳.۳ مزیت آشکار پیشگامی: چرخه طولانی صدور گواهینامه و هزینه‌های بالای جایگزینی

با توجه به الزامات بالای قابلیت اطمینان IGBT های خودرو، چرخه صدور گواهینامه آنها طولانی و هزینه های جایگزینی بالا است. شرکت های پیشگام مزایای آشکاری در ارائه اولین پیشنهاد دارند.

۱) صدور گواهینامه سختگیرانه و چرخه زمانی آن طولانی است. دستگاه‌ها یا ماژول‌های گسسته IGBT باید استانداردهای قابلیت اطمینان AECQ100 (IC)/101 (دستگاه‌های گسسته)، استاندارد مدیریت کیفیت ISO/TS1649 و استاندارد ایمنی عملکردی ISO26262ASILB (D) را برآورده کنند تا واجد شرایط ورود به زنجیره تأمین تولیدکنندگان خودرو درجه یک باشند. چرخه صدور گواهینامه معمولاً حداقل ۲ سال است.

۲) هزینه بالای تعویض. ماژول IGBT یک جزء کلیدی در محصولات پایین‌دستی است که وظیفه تنظیم ولتاژ، جریان، فرکانس، فاز و غیره در مدار را بر عهده دارد. عملکرد، پایداری و قابلیت اطمینان آن برای مشتریان پایین‌دستی بسیار مهم است. مشتریان تمایل دارند در مورد تأمین‌کنندگان جدید IGBT محتاط باشند. آنها نه تنها به طور جامع قدرت تأمین‌کننده را از نظر تئوری ارزیابی می‌کنند، بلکه پس از آزمایش تک تک محصولات، آزمایش کامل دستگاه، آزمایش‌های متعدد در دسته‌های کوچک و غیره، تصمیمات خرید در حجم بالا را نیز می‌گیرند. هزینه تعویض بالا و چرخه تصمیم‌گیری خرید طولانی است.

۳) کسب و کار IGBT برای دستیابی به سطح دانش فنی خوب، نیازمند انباشت تجربه طولانی مدت است. تراشه‌های IGBT و تراشه‌های دیود بازیابی سریع، حلقه‌های کلیدی در ماژول‌های IGBT هستند. آن‌ها مراحل تولید زیادی دارند و از تجهیزات تولیدی زیادی استفاده می‌کنند. سازماندهی تولید، کنترل، اشکال‌زدایی تجهیزات و سایر کارها پیچیده هستند. به عنوان مثال، انتخاب و پردازش مواد دفع گرما، درجه نازک شدن، غلظت، مقدار و سرعت دو تزریق یون‌های فسفر، کنترل دمای فرآیند پشتی و تجهیزات در هر حلقه، همگی نیازمند تجربه مرتبط طولانی مدت برای تسلط بر فرآیند طراحی و تولید تراشه هستند.

کاربردهای خودروهای انرژی نو اغلب نیازمند تولید انبوه ماژول‌های IGBT با قابلیت اطمینان و پایداری بالا هستند. این امر مستلزم یک دوره طولانی انباشت تجربه برای درک ویژگی‌های تجهیزات و مواد و تسلط بر فرآیند تولید است. به عنوان مثال، فرآیند وصله شامل تعیین موقعیت تراشه، ضرایب انبساط حرارتی و ویژگی‌های مواد مختلف، تنظیم منحنی جریان برگشتی کوره جریان برگشتی و سایر پارامترها است. این فرآیندهای تولید نیازمند آزمایش‌های تحقیق و توسعه بلندمدت برای یافتن راه‌حل مناسب هستند.

۴) موانع مالی بالا. صنعت IGBT یک صنعت سرمایه‌بر است. زنجیره صنعتی شامل طراحی تراشه، تولید تراشه، تولید ماژول و آزمایش است. تجهیزات تولید و آزمایش آن اساساً نیاز به واردات دارند و هزینه تجهیزات بالا است. در عین حال، تحقیق و توسعه محصول و توسعه بازار زمان زیادی می‌برد. علاوه بر این، تقاضا برای سرمایه در گردش برای شرکت‌های تولیدکننده IGBT نیز زیاد است. شرکت‌های تازه وارد اغلب در مراحل اولیه با سرمایه‌گذاری زیاد و بازده کم مواجه هستند. آنها برای ادامه تحقیق و توسعه محصول، تولید و فروش به پشتوانه مالی قوی نیاز دارند.

روی هم رفته، حتی اگر یک شرکت جدید محصولات IGBT تولید کند، مدت زیادی طول خواهد کشید تا مشتریان آن را بشناسند و به سطح خوبی از دانش فنی برسند. در عین حال، با مشکلات سرمایه‌گذاری کلان بلندمدت و توسعه بازار نیز روبرو خواهد شد. شرکت‌های پیشگام، مزایای آشکار پیشگامی را دارند.

  4  چشم‌انداز رقابتی صنعت IGBT خودرو عالی است، اما نرخ بومی‌سازی هنوز پایین است.

چشم‌انداز رقابتی متمرکز است و سهم کل CR4 81٪ است. با این حال، نرخ بومی‌سازی پایین است و تنها سه شرکت داخلی در فهرست 10 شرکت برتر قرار دارند. طبق آمار Omdia در سال 2019، ده تأمین‌کننده برتر جهانی ماژول IGBT، 75.6٪ از سهم بازار را به خود اختصاص داده‌اند. ساختار بازار متمرکز و الگوی رقابت خوب است.

طبق داده‌های NE Times، در سال ۲۰۱۹ در مجموع ۱.۰۸ میلیون مجموعه ماژول IGBT خودرو در چین مونتاژ شد که از این تعداد، شرکت Infineon با ۶۲۸۰۰۰ مجموعه، سهم ۵۸.۲ درصدی را در اختیار داشت و در صدر بازار قرار گرفت. BYD Microelectronics با مجموع ۱۹۴۰۰۰ واحد مونتاژ شده، ۱۸ درصد از بازار را به خود اختصاص داد. Mitsubishi Electric و Semikron به ترتیب با سهم ۵.۲ درصد و ۳ درصد در رتبه‌های سوم و چهارم قرار گرفتند. Star Semiconductor با سهم ۱.۶ درصد در رتبه پنجم قرار گرفت. CRRC Times Electric، یکی دیگر از تولیدکنندگان داخلی، با سهم ۰.۸ درصد در رتبه نهم قرار گرفت. در سال ۲۰۱۹، چهار تولیدکننده برتر ماژول‌های IGBT خودرو با انرژی جدید، سهم ترکیبی ۸۱.۴ درصد را داشتند که نشان‌دهنده الگوی انحصار چندجانبه است. در میان تولیدکنندگان داخلی، تنها سه شرکت BYD Microelectronics، Star Semiconductor و CRRC Times Electric با سهم ۲۰.۴ درصدی، جزو ۱۰ شرکت برتر از نظر سهم بازار هستند که نرخ بومی‌سازی پایینی دارند.

از منظر پوشش ولتاژ، پوشش خط تولید IGBT شرکت‌های داخلی به طور فزاینده‌ای در حال تکمیل است. تولیدکننده داخلی Star Semiconductor در حال حاضر یکی از جامع‌ترین خطوط تولید ماژول IGBT در کشور را دارد که طیف وسیعی از زمینه‌های کاربردی از ولتاژ بالا (3300 ولت) تا ولتاژ متوسط ​​و پایین (600 ولت) را پوشش می‌دهد. CRRC Times Electric عمدتاً بر راه‌آهن پرسرعت، قطارهای پرسرعت و سایر زیرمجموعه‌ها تمرکز دارد و در حال حاضر عمدتاً در زمینه ولتاژ بالای 4500 ولت از رقابت‌پذیری خاصی برخوردار است.

محصولات Infineon به طور کامل زمینه‌های کاربردی پایین‌دستی در تمام سطوح ولتاژ را پوشش می‌دهد، در حالی که ABB عمدتاً محصولات ولتاژ بالا و بالاترین سطح ولتاژ را هدف قرار می‌دهد. به طور کلی، محصولات IGBT شرکت‌های تأمین مالی داخلی، کل بازار را از ولتاژ پایین تا ولتاژ بالا پوشش می‌دهند و طرح‌بندی در زمینه ولتاژ پایین نسبتاً کامل است. با این حال، در مقایسه با تولیدکنندگان خارجی، دستگاه‌های گسسته برق کشور من هنوز نیاز به تقویت در زمینه ولتاژ بالا دارند.

  5    عوامل متعددی جایگزینی داخلی را تسریع کرده و افزایش سهم بازار را افزایش می‌دهند.

با تشدید اختلافات تجاری، نیاز به نیمه‌رساناهای خودکار و قابل کنترل به طور فزاینده‌ای ضروری می‌شود. در سال‌های اخیر، اختلافات تجاری چین و آمریکا روند رو به رشدی را نشان داده است.

در مارس ۲۰۱۶ و آوریل ۲۰۱۸، شرکت ZTE دو بار در «فهرست موجودیت‌ها»ی ایالات متحده قرار گرفت. در ۱۵ مه ۲۰۱۹، هواوی در «فهرست موجودیت‌ها» قرار گرفت و از انجام همکاری تجاری با شرکت‌های آمریکایی یا خرید تجهیزات مخابراتی از آنها منع شد. گوگل تحت تأثیر این موضوع، ارائه خدمات به هواوی را متوقف کرده است.

در ۱۵ مه ۲۰۲۰، ایالات متحده بار دیگر ممنوعیت جدیدی علیه هواوی وضع کرد و تراشه‌های تولید شده با استفاده از فناوری و تجهیزات آمریکایی را ملزم کرد که قبل از فروش به هواوی، توسط ایالات متحده تأیید شوند. در ۱۷ اوت ۲۰۲۰، ۳۸ شرکت تابعه هواوی در فهرست نهادها قرار گرفتند و این ممنوعیت در ۱۵ سپتامبر همان سال به طور کامل اجرا شد.

در دسامبر ۲۰۲۰، شرکت SMIC توسط ایالات متحده در فهرست شرکت‌های مرتبط با صنایع نظامی چین قرار گرفت. در چارچوب تشدید محاصره فناوری ایالات متحده علیه چین، چین با خطرات تشدید اختلافات تجاری، اختلال در عرضه و همکاری ضعیف بین‌المللی روبرو است. ایجاد یک زنجیره تأمین نیمه‌هادی مستقل و قابل کنترل و تسریع جایگزینی داخلی، به طور فزاینده‌ای ضروری است.

چین به بزرگترین بازار مصرف خودرو در جهان تبدیل شده است و فرصت توسعه خوبی را برای IGBT های خودرو فراهم می کند. در سال 2019، فروش خودروهای جدید چین به 25.75 میلیون دستگاه رسید که تقریباً 28.5 درصد از فروش جهانی خودروهای جدید را تشکیل می دهد و آن را به بزرگترین بازار مصرف خودرو در جهان تبدیل می کند. اگرچه مالکیت فعلی خودرو در کشور من از 260 میلیون دستگاه فراتر رفته است، اما سرانه مالکیت خودرو هنوز بسیار عقب تر از کشورهای توسعه یافته است.

طبق داده‌های بانک جهانی، سرانه مالکیت خودرو در کشور من در سال ۲۰۱۹، ۰.۱۷۳ دستگاه بود؛ در ایالات متحده، ۰.۸۳۷ دستگاه بود که ۴.۸ برابر چین است؛ در ژاپن، ۰.۵۹۱ دستگاه بود که ۳.۴ برابر چین است. انتظار می‌رود فروش خودرو در چین در آینده همچنان افزایش یابد. بازار گسترده مصرف خودرو، فضای وسیعی را برای توسعه شرکت‌های IGBT کشور من فراهم می‌کند و پایه خوبی برای توسعه فراهم می‌کند.

سهم تولیدکنندگان داخلی انرژی‌های نو افزایش یافته و جایگزینی IGBT های تولید داخل را تسریع کرده است. در زمینه خودروهای سوختی، به دلیل شروع دیرهنگام، رقابت‌پذیری کشور من در صنعت خودروهای سوختی سنتی ضعیف است. در سه فصل اول سال 2020، فروش خودروهای سواری کشور من 13.38 میلیون دستگاه بود که از این تعداد، فروش خودروهای سواری برند چینی تنها حدود 36 درصد را تشکیل می‌داد. در صنعت خودروهای انرژی نو، کشور من در حال تصاحب جایگاه خود است و مزایای فناوری و بازار قابل توجهی را ایجاد کرده است.

در سه فصل اول سال ۲۰۲۰، خودروهای سواری با انرژی نو در چین ۶۲۰ هزار دستگاه فروخته‌اند که از این تعداد، برندهای مستقل/نیروهای خودروسازی نو/سرمایه‌گذاری‌های مشترک خارجی به ترتیب ۵۵٪، ۱۵٪ و ۳۰٪ را به خود اختصاص داده‌اند. تولیدکنندگان داخلی در مجموع ۷۰٪ را به خود اختصاص داده‌اند که به طور قابل توجهی بالاتر از خودروهای با سوخت سنتی است. در آینده، با افزایش تدریجی نرخ نفوذ خودروهای انرژی نو، انتظار می‌رود سهم بازار تولیدکنندگان داخلی خودرو نیز افزایش یابد و در گوشه و کنار بازار پیشی بگیرد. در شرایط تشدید اختلافات تجاری، انتظار می‌رود تولیدکنندگان داخلی انرژی نو به دلیل نگرانی‌های امنیتی زنجیره تأمین، از IGBT های داخلی بیشتری استفاده کنند و این امر باعث افزایش سهم IGBT های داخلی خواهد شد.

تولیدکنندگان داخلی از مزایای مقرون‌به‌صرفه بودن و پاسخ سریع برخوردارند که با روند کاهش هزینه و بهبود کارایی خودروهای انرژی نو همسو است. در مقایسه با رقبای خارجی، تولیدکنندگان داخلی IGBT هزینه‌های ارتباطی پایینی با تولیدکنندگان خودرو، تحویل سریع، قابلیت‌های خدماتی قوی و توانایی پاسخگویی سریع به نیازهای مشتریان پایین‌دستی دارند که به آنها مزیت پاسخ سریع می‌دهد. علاوه بر این، تولیدکنندگان داخلی نیمه‌هادی‌های قدرت همچنین از مزایای عملکرد با هزینه بالا و هزینه‌های لجستیک و نیروی کار پایین برخوردارند که نیازهای تولیدکنندگان خودروهای انرژی نو را برای کاهش هزینه‌ها و افزایش کارایی همزمان با افزایش نفوذ و سهم بازار برآورده می‌کند.

سیاست‌ها و بودجه‌ها از توسعه صنعت داخلی IGBT حمایت می‌کنند. IGBT بازار داخلی و بین‌المللی عظیمی دارد و نقش غیرقابل جایگزین و مهمی در ارتقاء ساختار صنعتی، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، انرژی‌های نو و سایر زمینه‌ها ایفا می‌کند. در سال‌های اخیر، این کشور سیاست‌های متعددی را برای حمایت از توسعه صنعت نیمه‌هادی، از جمله IGBT، از جنبه‌های توسعه صنعتی، تحقیق و توسعه و سرمایه‌گذاری مالی و مالیاتی آغاز کرده است.

در آگوست 2020، شورای دولتی "چندین سیاست برای ارتقای توسعه باکیفیت صنعت مدارهای مجتمع و صنعت نرم‌افزار در عصر جدید" را برای حمایت جامع از توسعه صنعت نیمه‌هادی از امور مالی و مالیاتی، سرمایه‌گذاری و تأمین مالی، تحقیق و توسعه و غیره صادر کرد. پشتیبانی جامع از سیاست‌ها، محرک مؤثری برای توسعه سریع صنعت IGBT خواهد بود.

علاوه بر این، دولت در سطح مالی نیز حمایت فعالی ارائه می‌دهد. مراحل اول و دوم صندوق ملی صنعت مدارهای مجتمع (که به عنوان صندوق بزرگ شناخته می‌شود) نیز در سال‌های ۲۰۱۴ و ۲۰۱۹ تأسیس شدند. مرحله اول صندوق بزرگ ۱۳۸.۷ میلیارد یوان جمع‌آوری کرد و مرحله دوم صندوق بزرگ سرمایه ثبت شده ۲۰۴.۱۵ میلیارد یوان داشت.

طبق آمار Jiwei.com، حوزه‌های سرمایه‌گذاری فاز اول این صندوق بزرگ شامل موارد زیر است: تولید مدار مجتمع ۶۷٪، طراحی ۱۷٪، بسته‌بندی و آزمایش ۱۰٪ و مواد تجهیزات ۶٪. با توجه به سرمایه‌گذاری صندوق‌های بزرگ و سرمایه اجتماعی که از آن بهره می‌برند، صنعت مدار مجتمع، از جمله IGBT، به توسعه خوبی دست یافته است.

به طور خلاصه، انتظار می‌رود جایگزینی داخلی IGBT های خودرو سرعت بگیرد و به تولیدکنندگان داخلی کمک کند تا سهم خود را افزایش دهند. اول: کشور من بزرگترین بازار مصرف خودرو در جهان است و تقاضای مصرف‌کنندگان خودرو در آینده همچنان افزایش خواهد یافت و فرصت خوبی برای توسعه تولیدکنندگان داخلی IGBT خودرو فراهم می‌کند. دوم: اختلافات تجاری تشدید شده است و نیاز به نیمه‌رساناهای خودکار و قابل کنترل به طور فزاینده‌ای ضروری شده است. سوم: تولیدکنندگان داخلی در صنعت خودروهای انرژی نو، در ایجاد مزیت پیشگامی پیشگام هستند و انتظار می‌رود در گوشه و کنار پیشی بگیرند. با افزایش سهم شرکت‌های داخلی خودروهای انرژی نو و با توجه به ملاحظات امنیتی زنجیره تأمین، انتظار می‌رود تولیدکنندگان داخلی نیمه‌رسانا تمایل بیشتری به استفاده از محصولات داشته باشند و انتظار می‌رود سهم IGBT های داخلی افزایش یابد. چهارم: تولیدکنندگان داخلی IGBT از مزایای خدمات محلی مانند عملکرد با هزینه بالا و سرعت پاسخ سریع برخوردارند که نیازهای خودروهای انرژی نو را برای کاهش هزینه‌ها و افزایش کارایی برآورده می‌کند و انتظار می‌رود سهم بازار را در رقابت‌های آینده افزایش دهد. پنجم: سیاست‌ها و بودجه‌های ملی از توسعه صنعت IGBT حمایت می‌کنند. بر اساس تحلیل فوق، ما معتقدیم که روند جایگزینی داخلی IGBT خودرو تسریع شده و به افزایش سهم خود دست خواهد یافت.

تولیدکنندگان داخلی IGBT علاوه بر افزایش سهم خود، از رشد سریع بازار داخلی IGBT خودرو نیز کاملاً بهره‌مند خواهند شد. طبق محاسبات ما، انتظار می‌رود بازار IGBT خودروهای انرژی نو چین در سال 2025 به 17.7 میلیارد یوان با نرخ رشد مرکب 43.45٪ برسد. بازار IGBT خودروهای انرژی نو چین در سال 2025 به 14.7 میلیارد یوان با نرخ رشد مرکب 43.45٪ خواهد رسید.

پیش‌بینی می‌شود بازار IGBT برای خودروهای انرژی نو در چین در سال ۲۰۲۵ به ۱۷.۷ میلیارد یوان برسد که ۶ برابر سال ۲۰۲۰ است و نرخ رشد مرکب آن ۴۳.۴۵ درصد خواهد بود. طبق داده‌های انجمن خودروسازی چین، فروش خودرو در چین در سال ۲۰۲۰ به ۲۵.۳ میلیون دستگاه خواهد رسید. پیش‌بینی می‌شود فروش خودرو در چین تا سال ۲۰۲۵ به ۳۰ میلیون دستگاه برسد که از این تعداد، ۱.۳۲ میلیون دستگاه مربوط به خودروهای انرژی نو در سال ۲۰۲۰ خواهد بود و نرخ نفوذ خودروهای انرژی نو ۵.۲۲ درصد است.

اگر نرخ نفوذ خودروهای انرژی نو در چین در سال ۲۰۲۵ بتواند به ۲۰ درصد پیشنهادی در «طرح توسعه صنعت خودروهای انرژی نو (۲۰۲۱-۲۰۳۵)» برسد، فروش خودروهای انرژی نو در چین در سال ۲۰۲۵ از ۱.۳۲ میلیون دستگاه در سال ۲۰۲۰ به ۶ میلیون دستگاه در سال ۲۰۲۵ افزایش خواهد یافت. با توجه به ارزش دوچرخه نیمه‌رساناهای قدرت خودروهای انرژی نو که در بالا محاسبه کردیم، انتظار می‌رود بازار نیمه‌رساناهای قدرت خودروهای انرژی نو در چین در سال ۲۰۲۵ به ۱۷.۷ میلیارد یوان برسد که ۶ برابر سال ۲۰۲۰ است و نرخ رشد مرکب آن ۴۳.۴۵ درصد خواهد بود.

تخمین زده می‌شود که بازار IGBT چین برای وسایل نقلیه انرژی نو در سال ۲۰۲۵ به ۱۴.۷ میلیارد یوان با نرخ رشد مرکب ۴۳.۴۵٪ برسد و IGBT بیشترین سود را خواهد برد. طبق داده‌های Yole، اندازه بازار جهانی IGBT خودروهای انرژی نو در سال ۲۰۱۹، ۶۰۰ میلیون دلار آمریکا بود. داده‌های EVSalesBlog اعلام کرد که فروش جهانی خودروهای برقی هیبریدی پلاگین و خودروهای برقی باتری خالص در سال ۲۰۱۹ تقریباً ۲.۲ میلیون بوده است. از این رو، می‌توان محاسبه کرد که میانگین ارزش دوچرخه‌های IGBT، ۲۷۳ دلار آمریکا است (که ۸۳٪ از ارزش نیمه‌هادی‌های قدرت دوچرخه را تشکیل می‌دهد) که تحت تأثیر ریخته‌گری ویفر تنگ قرار دارد و با در نظر گرفتن ظرفیت تولید ویفر نیمه‌هادی جهانی تنگ فعلی، انتظار می‌رود که قیمت نیمه‌هادی‌های قدرت خودروهای انرژی نو در سال جاری در سطح بالایی باقی بماند و ارزش دوچرخه‌ها در آینده به تدریج با روند الکتریکی شدن و افزایش نفوذ دو موتوره افزایش یابد. با ضرب فروش ۶ میلیون دستگاهی خودروهای انرژی نو در کشور چین در سال ۲۰۲۵، انتظار می‌رود اندازه بازار IGBT خودروهای انرژی نو چین از تقریباً ۲.۴ میلیارد دستگاه در سال ۲۰۲۰ به ۱۴.۷ میلیارد دستگاه در سال ۲۰۲۵ با نرخ رشد مرکب ۴۳.۴۵ درصد افزایش یابد.

پیش‌بینی می‌شود که بازار IGBT خودروهای انرژی نو چین در سال ۲۰۲۵ به ۱۰.۹ میلیارد یوان برسد و نرخ رشد مرکب آن ۳۵ درصد باشد. در حال حاضر، چرخه اسقاط خودروهای انرژی نو بین ۸ تا ۱۰ سال است. طبق محاسبات فروش خودروهای انرژی نو در هر سال ذکر شده در بالا، پیش‌بینی می‌شود که تعداد خودروهای انرژی نو در سال ۲۰۲۵ به ۲۲.۴۶ میلیون دستگاه برسد.

با پیشرفت زیرساخت‌های جدید، با فرض محافظه‌کارانه اینکه نسبت وسیله نقلیه به جایگاه شارژ تا سال ۲۰۲۵ به ۲:۱ افزایش یابد، می‌توان محاسبه کرد که تعداد جایگاه‌های شارژ در سال ۲۰۲۵ تقریباً ۱۱.۲۳ میلیون خواهد بود. از آنجایی که سیاست زیرساختی جدید بر ساخت جایگاه‌های شارژ عمومی متمرکز است، انتظار می‌رود نسبت جایگاه‌های شارژ عمومی از ۴۸ درصد در سال ۲۰۲۰ به ۵۰ درصد در سال ۲۰۲۵ افزایش یابد. علاوه بر این، با توجه به افزایش تقاضا برای شارژ سریع، انتظار می‌رود نسبت جایگاه‌های شارژ DC در جایگاه‌های شارژ عمومی از ۳۸ درصد در سال ۲۰۲۰ به ۵۰ درصد در سال ۲۰۲۵ افزایش یابد.

طبق داده‌های اعلام مناقصه پروژه شارژ خودروهای برقی State Grid در طول سال‌ها، ما محاسبه کردیم که میانگین قیمت هر وات شارژ عمومی DC 60 کیلوواتی، که نیروی اصلی مناقصه است، از 1.15 یوان بر وات در سال 2017 به 0.9 یوان بر وات در سال 2019 کاهش یافته است (قیمت هر دستگاه از 69,000 یوان در سال 2017 به 54,000 یوان در سال 2019 کاهش یافته است)؛ میانگین قیمت هر دستگاه در شارژهای عمومی AC از 9,500 یوان در سال 2017 به 5,400 یوان در سال 2019 کاهش یافته است.

بر اساس تحقیقات ما در مورد قیمت پایه‌های شارژ خصوصی تولیدکنندگان اصلی خودروهای انرژی نو در بازار، محاسبه کردیم که قیمت پایه‌های شارژ خصوصی از ۱۲۷۰۰ یوان در هر واحد در سال ۲۰۱۷ به ۷۸۰۰ یوان در هر واحد در سال ۲۰۲۰ کاهش یافته است. با محاسبه اینکه IGBT حدود ۲۰٪ از هزینه پایه‌های شارژ را تشکیل می‌دهد، انتظار می‌رود که اندازه بازار داخلی IGBT برای پایه‌های شارژ در سال ۲۰۲۵ به ۱۰.۹ میلیارد یوان برسد که نسبت به ۲.۵ میلیارد یوان در سال ۲۰۲۰، ۳.۴ برابر افزایش یافته و نرخ رشد مرکب سالانه آن ۳۴.۵٪ خواهد بود.

  6    کاهش ظرفیت تولید محدود در کوتاه‌مدت دشوار است و رونق نیمه‌رساناهای قدرت همچنان رو به افزایش است.

ظرفیت تولید ۸ اینچی محدود است و کارخانه ریخته‌گری با ظرفیت کامل فعالیت می‌کند. در سال ۲۰۲۰، تجاری‌سازی ۵G و «اقتصاد در خانه ماندن» ناشی از این بیماری همه‌گیر، تحول دیجیتال جامعه را تسریع کرده است. بازار تجهیزات ترمینال مانند خودرو، لوازم خانگی و دستگاه‌های دیجیتال همچنان در حال بهبود بوده و به طور قابل توجهی رشد تقاضای نیمه‌هادی‌ها را افزایش داده است.

علاوه بر این، بیماری همه‌گیر در اروپا و ایالات متحده هنوز به طور کامل کنترل نشده است و عواملی مانند چشم‌انداز نامشخص روابط تجاری چین و ایالات متحده، تولیدکنندگان تراشه را به افزایش موجودی ایمنی سوق داده است. تشدید عوامل متعدد باعث شده است که ظرفیت تولید ریخته‌گری ویفر از تقاضا فراتر رود و ظرفیت تولید 8 اینچی تولیدکنندگان بزرگ ریخته‌گری ویفر نزدیک به ظرفیت کامل باشد. نرخ استفاده از ظرفیت Huahong Hongli، پیشرفته‌ترین شرکت‌های جهان، در سه‌ماهه سوم 2020 از 100٪ فراتر رفت و نرخ استفاده از ظرفیت UMC و SMIC نیز در سطح بالای 95٪ قرار داشت.

زمان لازم برای رسیدن ظرفیت تولید ویفر جدید جهانی به تولید کامل عمدتاً در سال‌های ۲۰۲۳-۲۰۲۵ متمرکز شده است و حل مشکل کمبود ظرفیت تولید در کوتاه‌مدت دشوار است. از منظر ظرفیت تولید جهانی، طبق داده‌های ICInsights، انتظار می‌رود ظرفیت تولید ویفر جدید جهان (معادل ۸ اینچی) در سال ۲۰۲۰ تقریباً ۱۷.۹ میلیون قطعه باشد و در سال ۲۰۲۱، ۲۰.۸ میلیون قطعه به آن اضافه شود. با این حال، به دلیل خرید تجهیزات، اشکال‌زدایی، تأیید مشتری و دلایل دیگر، دوره افزایش ظرفیت تولید کارخانه‌های تولید ویفر نسبتاً طولانی است، معمولاً حدود ۳-۵ سال. انتظار می‌رود این بخش از ظرفیت تولید جدید در سال‌های ۲۰۲۳-۲۰۲۵ به تولید کامل برسد، که حل مشکل کمبود ظرفیت تولید در کوتاه‌مدت را دشوار می‌کند.

ظرفیت تولید نیمه‌هادی‌های داخلی در حال ساخت معادل حدود ۲۷.۹۶ میلیون قطعه ۸ اینچی در سال است که بیشتر آنها در سال ۲۰۲۲ به تولید خواهند رسید. با این حال، با توجه به اینکه پس از راه‌اندازی خط تولید جدید، هنوز یک دوره طولانی افزایش تولید وجود خواهد داشت، کاهش ظرفیت تولید محدود در کوتاه‌مدت دشوار است. طبق آمار ناقص ما، ظرفیت فعلی تولید نیمه‌هادی‌های داخلی تقریباً ۲.۸۸ میلیون قطعه در ماه (معادل ویفرهای ۸ اینچی، شامل ویفرهای مبتنی بر سیلیکون و ویفرهای پایه نیمه‌هادی مرکب) است و کل ظرفیت تولید نیمه‌هادی‌های داخلی در حال ساخت تقریباً ۲.۳۳ میلیون قطعه در ماه (۲۷.۹۶ میلیون قطعه در سال) است. اکثر خطوط تولید جدید در سال ۲۰۲۲ به تولید خواهند رسید. با این حال، با توجه به اینکه هنوز ۳ تا ۵ سال پس از راه‌اندازی خطوط تولید جدید، یک دوره افزایش ظرفیت تولید وجود دارد، نمی‌توان به سرعت به تولید کامل دست یافت. انتظار می‌رود که کاهش کمبود ظرفیت تولید در کوتاه‌مدت همچنان دشوار باشد.

تخمین زده می‌شود که تا سال ۲۰۲۵، تعداد ویفرهای ۸ اینچی مورد نیاز برای ماژول‌های IGBT در سطح جهانی خودرو، ۱.۶۹ میلیون عدد باشد که در مقایسه با سال ۲۰۲۰، افزایشی ۵.۴ برابری را نشان می‌دهد. در حال حاضر، دو نوع خودروی برقی در بازار وجود دارد: تک موتوره و دو موتوره. در حال حاضر، خودروهای انرژی نو رایج از پیکربندی تک موتوره استفاده می‌کنند. با این حال، با بهبود فناوری تولید خودروهای انرژی نو در آینده، نرخ نفوذ خودروهای انرژی نو دو موتوره که می‌توانند عملکرد بالاتری را در خودروها فراهم کنند، افزایش خواهد یافت.

در خودروهای انرژی نو، هر موتور از یک اینورتر و هر اینورتر از یک ماژول IGBT استفاده می‌کند. با توجه به عملکرد عالی موتورهای دوگانه، فرض می‌کنیم که نرخ نفوذ آن در سال ۲۰۲۵ به ۲۰٪ برسد. می‌توان تخمین زد که در سال ۲۰۲۵، جهان نیاز به مونتاژ ماژول‌های IGBT برای ۱۲ میلیون وسیله نقلیه الکتریکی و ۱۴.۴ میلیون موتور خواهد داشت. در حال حاضر، ۱۰ تا ۱۸ تراشه IGBT در یک ماژول IGBT درجه خودرو بسته‌بندی شده‌اند (تعداد تراشه‌ها به دلیل سطوح ولتاژ مختلف ماژول‌های IGBT متفاوت است). با محاسبه میانگین ۱۵۲۱۶ میلیون تراشه IGBT مورد نیاز است. بر اساس محاسبه‌ای که هر ویفر ۸ اینچی می‌تواند تقریباً ۱۲۸ تراشه IGBT را برش دهد، انتظار می‌رود که تقاضای جهانی برای ویفرهای ۸ اینچی به تنهایی برای ماژول‌های IGBT درجه خودرو در سال ۲۰۲۵ به ۱.۶۹ میلیون قطعه برسد که در مقایسه با سال ۲۰۲۰، ۵.۴ برابر افزایش یافته است.

افزایش قیمت ویفر به پایین‌دست زنجیره صنعتی منتقل شده است و رونق نیمه‌رساناها همچنان رو به افزایش است. تقاضای نهایی همچنان در حال رشد است، ظرفیت تولید ریخته‌گری موجود در حال حاضر با ظرفیت کامل است و ظرفیت تولید جدید را نمی‌توان در کوتاه‌مدت به سرعت افزایش داد. تضاد بین عرضه و تقاضا منجر به افزایش قیمت ریخته‌گری ویفر شده است.

شرکت TSMC تخفیف ۳ درصدی برای ریخته‌گری ویفر ۱۲ اینچی را برای مشتریان اصلی لغو کرده است. UMC به طور متوالی قیمت ریخته‌گری ویفر ۸ اینچی خود را افزایش داده و به دنبال آن قیمت ریخته‌گری ویفر ۱۲ اینچی خود را نیز افزایش داده است. افزایش قیمت ریخته‌گری بلافاصله به تولیدکنندگان در بخش‌های پایین‌تر زنجیره صنعت منتقل شد و اکثر تولیدکنندگان قیمت‌های خود را بیش از ۱۰ درصد افزایش دادند. در میان آنها، Renesas Electronics اعلام کرد که قیمت برخی از محصولات آنالوگ و پاور ۱۵ تا ۱۰۰ درصد افزایش خواهد یافت. شرکت‌هایی مانند Infineon که از افزایش قیمت محصولات بهره‌مند شده‌اند، زمان تحویل محصول را افزایش داده‌اند. انتظار می‌رود که رونق زنجیره صنعت نیمه‌هادی همچنان افزایش یابد.

سلب مسئولیت: این مقاله از «اندیشکده آینده» که از حمایت از حقوق مالکیت معنوی حمایت می‌کند، کپی شده است. لطفاً هنگام چاپ مجدد، منبع اصلی و نویسنده را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه نقض، لطفاً برای حذف آن با ما تماس بگیرید.