Le marché des semi-conducteurs de puissance pour l'automobile a presque sept fois augmenté en cinq ans, les IGBT étant les principaux bénéficiaires.

Stimulée par des politiques favorables, les efforts de conservation de l'énergie et la réduction des émissions, la pénétration des véhicules à énergies nouvelles s'accélère. On prévoit que le taux de pénétration des véhicules à énergies nouvelles en Chine atteindra 20 % en 2025, et celui de l'UE 40 % en 2030. L'électrification du secteur automobile a considérablement accru la valeur des semi-conducteurs de puissance utilisés dans les automobiles. Selon les statistiques d'Infineon, le prix de vente moyen des semi-conducteurs de puissance augmentera significativement, passant de 71 dollars US pour les véhicules thermiques classiques à 330 dollars US pour les véhicules hybrides rechargeables/100 % électriques, soit 4.6 fois plus. D'après nos estimations, le marché mondial des semi-conducteurs de puissance pour l'automobile devrait atteindre 8 milliards de dollars US en 2025. Le marché mondial des semi-conducteurs de puissance pour véhicules à énergies nouvelles atteindra 5.3 milliards de dollars US en 2025, soit 7.3 fois plus qu'en 2020, avec un taux de croissance annuel composé de 48.8 %. Au cours des dix prochaines années, le marché des IGBT pour bornes de recharge de véhicules à énergies nouvelles en Chine, aux États-Unis et en Europe devrait connaître une croissance de 9.4 milliards de dollars US. Actuellement, les IGBT et les MOSFET sont principalement utilisés dans les semi-conducteurs de puissance pour l'automobile. L'IGBT est le composant essentiel de l'onduleur principal du système de propulsion électrique des véhicules à énergies nouvelles et peut également être utilisé dans les circuits d'onduleurs auxiliaires, les convertisseurs CC/CC, les convertisseurs OBC (chargeur/onduleur), etc. La valeur d'un seul IGBT pour véhicule atteint 273 dollars US, soit 83 % du prix de vente moyen des semi-conducteurs de puissance pour l'automobile, ce qui représente la part la plus importante. Nous prévoyons que le marché mondial des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles atteindra 4.4 milliards de dollars US en 2025, avec un taux de croissance annuel composé d'environ 48.8 %. Il s'agit du type de semi-conducteur de puissance pour l'automobile le plus avantageux dans le contexte de l'électrification.

Les trois principaux obstacles que sont le produit, le processus et l'avantage du premier entrant constituent un rempart solide.

1) Obstacles liés au produit : Les IGBT de qualité automobile doivent répondre à des exigences strictes, telles qu’une longue durée de vie, un faible taux de défaillance et une haute résistance aux séismes. Ils doivent pouvoir fonctionner dans des conditions extrêmes, notamment à des températures très élevées ou très basses, en présence de poussière et de sels alcalins. Ils doivent supporter les variations de courant fréquentes dues aux démarrages et arrêts répétés et satisfaire à des exigences de qualité extrêmement élevées.

2) Obstacles liés au processus : La conception d’IGBT de qualité automobile exige d’assurer l’équilibre entre les temps de conduction et de blocage, la résistance aux courts-circuits et la chute de tension de conduction. L’optimisation des paramètres s’avère particulièrement complexe. Lors de la fabrication, le procédé de fabrication de feuilles minces est sujet à la fragmentation, et le point de fusion limité du métal de la face avant rend difficile le contrôle de la température de recuit. De plus, les exigences techniques relatives au soudage et au collage du boîtier du module IGBT sont élevées.

3) Le cycle de certification est long, le coût de remplacement est élevé et il bénéficie d'un effet d'apprentissage. Il présente des avantages évidents en tant que pionnier du secteur.

a) Les IGBT de qualité automobile doivent satisfaire aux normes de fiabilité, de gestion de la qualité et de sécurité fonctionnelle pour pouvoir intégrer la chaîne d'approvisionnement des constructeurs automobiles de premier rang. La période de certification est généralement d'au moins deux ans.

b) Les modules IGBT étant des composants essentiels des automobiles, les fabricants en aval font souvent preuve de prudence lors de leur remplacement, par souci de sécurité et de fiabilité. Ce n'est qu'après de nombreux tests de vérification et des évaluations approfondies que des décisions d'achat en grande quantité sont prises. Les coûts de remplacement sont élevés.

c) Le secteur des IGBT nécessite une accumulation d’expérience à long terme pour atteindre un bon niveau de savoir-faire.

d) L'industrie des IGBT est une industrie à forte intensité capitalistique, et les équipements de production et de test doivent essentiellement être importés. De plus, les entreprises de fabrication d'IGBT ont d'importants besoins en fonds de roulement. Les nouveaux entrants sont souvent confrontés à des investissements considérables et à une faible production en phase de démarrage. Ils ont besoin d'un solide soutien financier pour poursuivre la recherche et le développement, la production et la commercialisation de leurs produits. En conséquence, les entreprises pionnières de l'industrie des IGBT bénéficient d'avantages considérables liés à leur position de précurseurs.

Le contexte concurrentiel est devenu un « terrain propice à la croissance » des industries, mais le taux de localisation actuel reste faible.

D'après les statistiques d'Omdia pour 2019, les dix principaux fabricants mondiaux de modules IGBT détiennent 76 % des parts de marché. Le marché est concentré et la concurrence y est intense. Concernant les IGBT de qualité automobile, en raison des barrières à l'entrée élevées, la part de marché des modules IGBT CR4 pour véhicules à énergies nouvelles en Chine atteignait 81 % en 2019, révélant une situation d'oligopole. Parmi les acteurs du secteur, Infineon se classe premier avec 58.2 % de parts de marché, suivi de BYD (18 %), Mitsubishi Electric et Semikron occupant respectivement les troisième et quatrième places. L'IGBT automobile est devenu un segment porteur de ce secteur en pleine croissance, grâce à son fort potentiel de développement et à un environnement concurrentiel favorable. Cependant, parmi les dix principaux fabricants d'IGBT pour véhicules à énergies nouvelles en Chine en 2019, seuls trois fabricants nationaux – BYD, Star Semiconductor et CRRC Times Electric – figuraient dans le classement, totalisant 20.4 % de parts de marché. Le potentiel de substitution par des fabricants nationaux est donc important.

De multiples facteurs accélèrent la substitution des produits nationaux, et les fabricants nationaux disposent d'un énorme potentiel de développement futur.

Plusieurs facteurs accélèrent la substitution nationale : 1) La Chine est déjà le premier marché automobile mondial et la demande des consommateurs automobiles continuera de croître, offrant ainsi d'excellentes perspectives de développement aux fabricants chinois d'IGBT. 2) Face à l'intensification des tensions commerciales, le besoin de semi-conducteurs indépendants et contrôlables devient de plus en plus urgent. 3) Les constructeurs chinois sont à la pointe du déploiement de l'industrie des véhicules à énergies nouvelles et bénéficient d'un avantage concurrentiel. Avec l'augmentation de la part de marché des constructeurs chinois de véhicules à énergies nouvelles, on s'attend à ce que davantage de produits des fabricants chinois de semi-conducteurs soient utilisés, notamment pour des raisons de sécurité d'approvisionnement. 4) Les fabricants chinois d'IGBT bénéficient d'atouts en matière de services locaux, tels qu'un excellent rapport qualité-prix et une grande réactivité, répondant ainsi aux besoins des véhicules à énergies nouvelles en matière de réduction des coûts et d'amélioration de l'efficacité, et devraient voir leur part de marché augmenter. 5) Les incitations politiques et le soutien financier contribuent au développement rapide de l'industrie chinoise des IGBT. En termes de potentiel de marché intérieur, selon nos calculs, le marché chinois des semi-conducteurs de puissance pour véhicules à énergies nouvelles devrait atteindre 17.7 milliards de yuans en 2025, soit six fois plus qu'en 2020, avec un taux de croissance annuel composé pouvant atteindre 44 %. Le marché chinois des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles devrait quant à lui atteindre 14.7 milliards de yuans en 2025, avec un taux de croissance annuel composé d'environ 44 %. Enfin, le marché chinois des IGBT pour bornes de recharge devrait atteindre 10.9 milliards de yuans en 2025, avec un taux de croissance annuel composé de 35 %. Au vu de cette analyse, nous pensons que le processus de substitution des IGBT automobiles par des composants nationaux va s'accélérer. Compte tenu de la faible part de marché actuelle et du fort potentiel de croissance du secteur, les fabricants chinois d'IGBT disposent d'un potentiel de croissance considérable.

La faible capacité de production est difficile à atténuer à court terme, et le boom des semi-conducteurs de puissance continue de croître.

Le déploiement commercial de la 5G et l'essor de l'économie à domicile pendant la pandémie accélèrent la transformation numérique de la société. Les marchés des véhicules à énergies nouvelles, des appareils électroménagers, des équipements numériques et autres terminaux sont en plein essor, stimulant la demande en semi-conducteurs. Par ailleurs, les fabricants de semi-conducteurs doivent accroître leurs stocks de sécurité afin de garantir la fiabilité de leur chaîne d'approvisionnement. La conjonction de ces facteurs a engendré une forte tension sur les capacités de production de semi-conducteurs. Actuellement, toutes les principales fonderies de plaquettes fonctionnent à pleine capacité. À l'échelle mondiale, ICinsight prévoit une augmentation de la capacité de production de 20.8 millions de plaquettes équivalentes de 8 pouces en 2021. En Chine, la capacité de production en construction est d'environ 27.96 millions de plaquettes équivalentes de 8 pouces par an, dont la majeure partie sera mise en production en 2022. Cependant, compte tenu du délai de montée en puissance de la production, estimé entre 3 et 5 ans après la mise en service des nouvelles lignes, il sera difficile d'atténuer la tension sur les capacités de production à court terme. Portée par la forte croissance de la demande en véhicules à énergies nouvelles et en bornes de recharge, la demande mondiale de plaquettes de 8 pouces destinées aux seuls modules IGBT automobiles devrait atteindre 1.69 million d'unités en 2025, soit une augmentation de 5.4 fois par rapport à 2020. L'offre de fabrication de plaquettes est largement insuffisante. Depuis le début de l'année, les principaux fabricants de puces, tant nationaux qu'internationaux, ont augmenté leurs prix ou allongé leurs délais de livraison. La croissance de la filière des semi-conducteurs devrait se poursuivre.

  1    La pénétration des véhicules à énergies nouvelles s'accélère et le marché des semi-conducteurs de puissance pour l'automobile a doublé en 5 ans.

1.1. La pénétration des véhicules à énergies nouvelles s’accélère et les semi-conducteurs de puissance automobile connaissent à la fois une augmentation du volume et du prix.

Le soutien politique, les économies d'énergie et la réduction des émissions favorisent l'adoption accélérée des véhicules à énergies nouvelles. Le « Plan de développement de l'industrie des véhicules à énergies nouvelles (2021-2035) » de mon pays définit une vision pour le développement de ces véhicules. Il est prévu que d'ici 2025, le taux de pénétration des véhicules à énergies nouvelles sur le marché intérieur atteigne 20 %.

À l'échelle internationale, de nombreux pays européens ont adopté des politiques à double volet, combinant la limitation des émissions de dioxyde de carbone et des subventions aux véhicules à énergies nouvelles, afin de faire face aux pressions du réchauffement climatique. L'électrification du parc automobile s'impose ainsi de plus en plus. Au sein de l'UE, l'accord ACEA sur les émissions de gaz à effet de serre des véhicules stipule que ces émissions doivent être inférieures à 59 grammes par kilomètre d'ici 2030. Selon les calculs d'Infineon, le taux de pénétration des véhicules à énergies nouvelles dans l'UE atteindra 40 % en 2030.

L'électrification a entraîné une hausse significative du prix des semi-conducteurs de puissance pour vélos. Le prix moyen de vente de ces semi-conducteurs pour véhicules électriques atteint 330 dollars américains, soit 4.6 fois celui des véhicules thermiques traditionnels. Les véhicules à énergies nouvelles, qui utilisent l'électricité comme source d'énergie, imposent des exigences accrues en matière de gestion et de conversion de l'énergie des composants électroniques.

Dans les automobiles traditionnelles, les semi-conducteurs de puissance sont principalement utilisés pour le démarrage, la production d'énergie et la sécurité, et des composants électroniques basse tension et basse consommation suffisent à répondre à leurs besoins. Dans les véhicules à énergies nouvelles, la haute tension fournie par la batterie exige des conversions de tension et des inversions de courant fréquentes. Ces circuits ont considérablement accru la demande en semi-conducteurs de puissance tels que les IGBT et les MOSFET. Selon les données d'Infineon, la valeur des semi-conducteurs de puissance dans les véhicules thermiques traditionnels s'élève à 71 dollars américains, tandis que celle des semi-conducteurs de puissance dans les véhicules hybrides rechargeables/électriques 100 % électriques atteint 330 dollars américains, soit 4.6 fois plus.

Le marché mondial des semi-conducteurs de puissance pour l'automobile devrait atteindre 8 milliards de dollars américains en 2025. Selon Yole, ce marché devrait atteindre 22.5 milliards de dollars américains en 2025. D'après les statistiques de Zhiyan Consulting, le secteur automobile représentait 35.4 % du marché mondial des semi-conducteurs de puissance en 2019. Si cette proportion reste inchangée, le marché mondial des semi-conducteurs de puissance pour l'automobile devrait atteindre 7.965 milliards de dollars américains en 2025.

Le marché mondial des semi-conducteurs de puissance pour véhicules à énergies nouvelles devrait atteindre 5.3 milliards de dollars américains en 2025, soit 7.3 fois plus qu'en 2020, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 48.8 %. Selon les prévisions d'AlixPartners, les ventes mondiales de voitures passeront de 70.5 millions d'unités en 2020 à 94 millions d'unités en 2025. EVTank prévoit que les ventes mondiales de véhicules à énergies nouvelles passeront de 2.21 millions d'unités en 2019 à 12 millions d'unités en 2025. Le taux de pénétration mondial des véhicules à énergies nouvelles atteindra 13 % en 2025, soit une augmentation de 10.36 % par rapport à 2019.

Comme indiqué précédemment, selon les dernières statistiques d'Infineon (2020), le prix d'un vélo équipé d'un semi-conducteur de puissance pour véhicule à énergies nouvelles s'élève à 330 dollars américains. Compte tenu des capacités de production mondiales actuellement limitées des fonderies de semi-conducteurs, le prix de ces semi-conducteurs devrait rester élevé cette année. À l'avenir, le prix d'un vélo équipé d'un semi-conducteur de puissance pour véhicule à énergies nouvelles augmentera progressivement avec l'électrification croissante des véhicules et la pénétration accrue des systèmes à double moteur. Sur la base de ces données, nous estimons que le marché mondial des semi-conducteurs de puissance pour véhicules à énergies nouvelles atteindra 5.3 milliards de dollars américains en 2025, soit 7.3 fois plus qu'en 2020, avec un taux de croissance annuel composé de 48.8 %.

1.2. Le marché mondial des bornes de recharge pour véhicules électriques (IGBT) connaît une croissance rapide.

Le nombre de bornes de recharge dans les infrastructures essentielles pour les véhicules à énergies nouvelles va croître rapidement, entraînant une forte augmentation de la demande en IGBT, un composant clé. À mesure que le taux de pénétration des véhicules à énergies nouvelles augmente progressivement, le nombre de bornes de recharge, infrastructures essentielles à leur fonctionnement, devra également croître. Selon les statistiques de McKinsey, la demande en énergie de recharge pour les véhicules à énergies nouvelles en Chine, aux États-Unis et en Europe était estimée à environ 18 milliards de kilowattheures en 2020. On prévoit qu'en 2030, cette demande atteindra 271 milliards de kilowattheures, soit un taux de croissance annuel composé de 31.2 %. Cette forte croissance de la demande en infrastructures de recharge pour véhicules à énergies nouvelles entraînera également une augmentation significative de l'utilisation des IGBT, un composant essentiel des bornes de recharge.

Le marché des bornes de recharge à transistors IGBT en Chine, aux États-Unis et en Europe devrait connaître une croissance de 9.4 milliards de dollars US entre 2020 et 2030. Selon les estimations de McKinsey, la Chine, les États-Unis et l'Union européenne devront investir respectivement 19 milliards, 11 milliards et 17 milliards de dollars US sur la même période pour construire respectivement 20 millions, 20 millions et 25 millions de bornes de recharge pour véhicules à énergies nouvelles et ainsi répondre à la demande. Dans une borne de recharge, les transistors IGBT représentent environ 20 % du coût total. On peut donc en déduire que le marché des IGBT pour bornes de recharge de véhicules à énergies nouvelles en Chine, aux États-Unis et en Europe devrait croître de 9.4 milliards de dollars US au cours des dix prochaines années.

  2  Parmi les semi-conducteurs de puissance automobiles, l'IGBT est celui qui en tire le plus grand bénéfice.

Les IGBT et les MOSFET sont les principaux composants des semi-conducteurs de puissance automobiles. Les IGBT ont quatre applications différentes dans les voitures. La première est le composant principal de l'onduleur. Ce dernier convertit le courant continu (CC) provenant de la batterie en courant alternatif (CA) pour alimenter le moteur du véhicule. La deuxième est utilisée dans le circuit de l'onduleur auxiliaire pour alimenter d'autres équipements électroniques du véhicule. La troisième est utilisée dans le circuit hacheur CC/CC pour produire des courants de différentes tensions. La quatrième est utilisée dans le chargeur/onduleur OBC (OBC) pour convertir le courant alternatif d'entrée externe en courant continu afin de recharger la batterie du véhicule électrique.

Dans les voitures à faible degré d'électrification, en raison de la faible tension de sortie de la batterie et de la faible plage de puissance des dispositifs de puissance, les MOSFET peuvent être utilisés pour remplacer le circuit d'onduleur auxiliaire, le circuit hacheur DC/DC et l'IGBT dans l'OBC afin de contrôler les coûts.

2.1. L'IGBT est le composant principal du système d'entraînement du moteur des véhicules à énergies nouvelles.

Grâce à ses performances supérieures, l'IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) est un composant essentiel des semi-conducteurs de puissance utilisés dans les véhicules à énergies nouvelles. Ce transistor bipolaire à grille isolée est un dispositif semi-conducteur de puissance composite, combinant les avantages des transistors bipolaires (BJT) et des transistors MOSFET. Il associe ces avantages à ceux du MOSFET (vitesse de commutation rapide, impédance d'entrée élevée, faible consommation, circuit de commande simple, faibles pertes de commutation) et à ceux du BJT (faible tension de seuil, courant de conduction élevé et faibles pertes). Dans les véhicules à énergies nouvelles, les modules IGBT sont principalement utilisés dans les onduleurs de forte puissance pour convertir le courant continu en courant alternatif et alimenter le moteur du véhicule. Ils sont également utilisés dans les onduleurs auxiliaires pour alimenter les équipements électroniques automobiles, tels que la climatisation.

L'IGBT peut être classé en trois catégories selon son environnement d'application : IGBT monotube, module IGBT et module intelligent IPM. L'IGBT monotube est un transistor bipolaire à grille isolée de type N à enrichissement, qui alimente l'ensemble du circuit en fournissant un courant de base au transistor de type PNP. Du fait de son faible courant admissible (généralement inférieur à 100 A), sa puissance admissible est réduite. Cependant, la complexité du circuit externe d'un IGBT monotube et la difficulté de son intégration témoignent du niveau technologique et de fabrication du fabricant.

Le module IGBT est un composant semi-conducteur modulaire composé d'une puce IGBT et d'une diode de récupération rapide (FWD), le tout étant intégré dans un circuit ponté spécifique. Plusieurs puces sont intégrées et encapsulées dans le module grâce à une isolation. Sa sécurité et sa fiabilité sont ainsi nettement améliorées, et il est particulièrement adapté aux applications haute tension et forte intensité. Le module intelligent IPM intègre les dispositifs IGBT, les circuits de commande et les circuits de protection. Grâce à ses fonctions d'autodiagnostic et de protection, il est plus performant que les modules IGBT classiques et est fréquemment utilisé dans les appareils électroménagers à conversion de fréquence.

À l'heure actuelle, les IGBT d'Infineon ont atteint leur septième génération et les fabricants chinois rattrapent progressivement leur retard sur les standards internationaux. En plus de 30 ans, de 1988 à 2019, Infineon a commercialisé sept générations d'IGBT. Les progrès techniques ont permis de réduire la surface de la puce, la finesse de gravure, la chute de tension à l'état passant, le temps de blocage et les pertes de puissance, tout en augmentant la tension à l'état bloqué. Bien que le marché chinois des IGBT soit actuellement dominé par les entreprises étrangères, les investissements continus en R&D des fabricants chinois permettent à la technologie de leurs produits de se hisser au niveau des meilleures au monde.

Par exemple, la puce IGBT de deuxième génération développée indépendamment par Star Semiconductor est comparée à la puce IGBT de sixième génération d'Infineon (FS-Trench) et a été produite en masse en 2016. Au total, 160 000 modules IGBT de qualité automobile ont été assemblés en 2019 ; les produits IGBT4.0 de BYD présentent des pertes de commutation plus faibles, des capacités de courant de sortie plus élevées et une durée de vie en cycle thermique plus longue que l'IGBT de quatrième génération d'Infineon, largement répandu sur le marché.

Le marché mondial des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles devrait atteindre 4.4 milliards de dollars US en 2025, avec un TCAC de 48.8 %. Selon les données de Yole, ce marché représentait 600 millions de dollars US en 2019. EVSalesBlog a annoncé que les ventes mondiales de véhicules hybrides rechargeables et de véhicules électriques à batterie s'élevaient à environ 2.2 millions d'unités en 2019. On peut en déduire que la valeur moyenne d'un IGBT pour vélo est de 273 dollars US (soit 83 % de la valeur totale des semi-conducteurs de puissance pour vélos). Compte tenu des capacités de production mondiales actuellement limitées des fonderies de semi-conducteurs, il est prévu que les prix des semi-conducteurs de puissance pour véhicules à énergies nouvelles resteront élevés cette année. La valeur des futurs vélos augmentera progressivement avec la progression de l'électrification et la pénétration des systèmes à double moteur. Multiplié par les prévisions de ventes mondiales de véhicules à énergies nouvelles d'EVtank pour les prochaines années, le marché mondial des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles devrait passer d'environ 600 millions de dollars en 2020 à 4.4 milliards de dollars en 2025, avec un taux de croissance composé d'environ 48.8 %.

2.2. Le SiC offre de meilleures performances et devrait devenir la technologie de prochaine génération.

Les dispositifs de puissance basés sur des matériaux semi-conducteurs de troisième génération présentent des performances supérieures. Comparés aux matériaux semi-conducteurs à base de silicium, les matériaux de troisième génération, tels que le GaN et le SiC, possèdent une bande interdite plus large, un champ électrique de claquage plus élevé, une conductivité thermique supérieure, un taux de saturation électronique plus élevé et une meilleure résistance aux radiations. Ils sont ainsi mieux adaptés à la fabrication de dispositifs haute température, haute fréquence, résistants aux radiations et de forte puissance.

D'après les données d'Infineon, les inverseurs en carbure de silicium (SiC) sont respectivement trois et quatre fois plus compacts et plus légers que les inverseurs en silicium. Les données de Rohm montrent qu'en pratique, la fréquence de commutation des MOSFET à base de SiC peut dépasser 50 kHz (contre 20 kHz pour les IGBT classiques), et que les pertes énergétiques sont inférieures de 73 % à celles des IGBT en silicium. Les MOSFET à base de SiC présentent donc des performances supérieures et une taille réduite par rapport aux IGBT.

Certains modèles haut de gamme ont adopté des MOSFET à base de SiC, une technologie qui devrait devenir la norme à l'avenir. La Tesla Model 3 est le premier modèle à intégrer un module de puissance entièrement en SiC. Ce module a été développé par le département d'ingénierie de Tesla en collaboration avec STMicroelectronics. Infineon est rapidement devenu le fournisseur des modules de puissance SiC pour la Tesla Model 3. Par ailleurs, la BYD Han EV, version quatre roues motrices, est devenue le premier modèle chinois à être équipé en série de composants MOSFET en SiC, avec un rendement global de commande électronique en SiC supérieur à 97 %.

Actuellement, les fabricants chinois déploient activement des applications de production de SiC. Par exemple, China Resources Micro a lancé en juillet 2020 la première ligne de production commerciale chinoise de SiC de 6 pouces, avec une capacité de production prévue de 1 000 unités par mois. New Clean Energy détient également plusieurs brevets de troisième génération liés aux semi-conducteurs et prévoit de commercialiser prochainement une gamme de diodes SiC. À l'avenir, l'entreprise se concentrera sur les applications pour véhicules à énergies nouvelles.

Actuellement, le SiC est soumis à des contraintes de coût et de rendement, et son adoption à grande échelle prendra du temps. Les formats de substrats SiC les plus courants à l'échelle internationale sont actuellement de 4 et 6 pouces. En raison de la petite surface des plaquettes et du faible rendement de découpe des puces, le coût des substrats SiC est élevé. Les faibles rendements de fabrication et d'encapsulation lors des étapes suivantes contribuent également à maintenir le coût élevé des dispositifs SiC.

D'après les données de l'Académie chinoise des sciences, le prix des SiCMOSFET est quatre fois supérieur à celui des SiIGBT de même niveau. Les dispositifs de commande électroniques destinés à l'automobile doivent répondre à des exigences de performance plus strictes et garantir un fonctionnement stable dans des environnements soumis à des températures extrêmes et à de fortes vibrations. Par conséquent, avant leur intégration dans les produits finaux, les SiCMOSFET doivent faire l'objet d'une certification de fiabilité à long terme. Généralement, la période de certification des modules IGBT destinés à l'automobile est d'environ deux ans.

  3  Les trois principaux obstacles que sont le produit, le processus et l'avantage du premier entrant constituent un rempart solide.

3.1. L’environnement de travail complexe impose des exigences extrêmement élevées en matière de sécurité et de fiabilité des IGBT de qualité automobile.

1) Nécessité de s'adapter à des conditions de fonctionnement à des températures élevées et basses « extrêmement chaudes » et « extrêmement froides » : les IGBT de qualité automobile ont une large plage de températures de fonctionnement, et différents emplacements d'installation ont des plages de températures différentes, telles que les exigences du compartiment moteur de -40℃ à 155℃, les exigences de contrôle de la carrosserie de -40℃ à 125℃, tandis que les puces et composants grand public conventionnels n'ont besoin d'atteindre que 0℃ à 70℃.

2) Nécessité de résister aux variations fréquentes de courant dues aux démarrages et arrêts répétés : les véhicules subissent souvent des démarrages et arrêts fréquents dans des conditions de circulation dense. Dans ces conditions, le courant de fonctionnement du module IGBT du booster et de l’onduleur fluctue fréquemment, entraînant des variations rapides de la température de jonction de l’IGBT. Ceci exige de l’IGBT une résistance élevée à la température et une bonne dissipation thermique.

3) Nécessité d'une haute résistance aux séismes : En raison des conditions de conduite variables (montagnes, boue, routes de gravier, etc.), les IGBT automobiles peuvent être soumis à d'importantes vibrations et secousses pendant la conduite. Chaque borne du module IGBT doit présenter une résistance mécanique suffisante pour fonctionner normalement dans des conditions de fortes vibrations.

4) Capacité d'adaptation aux environnements de travail difficiles : Compte tenu des risques liés aux moisissures, à la poussière, à l'eau, aux milieux naturels salins et alcalins (bord de mer, neige, pluie, etc.), à la CEM et à la corrosion par gaz nocifs, les exigences de sécurité des IGBT sont extrêmement élevées, notamment en matière d'étanchéité, de résistance à la poussière et de protection contre la corrosion. Dans ces conditions, l'IGBT ne doit ni dysfonctionner de manière incontrôlée ni perturber le fonctionnement des autres équipements du véhicule (bus de commande, microcontrôleur, capteurs).

5) Il doit avoir une longue durée de vie et un faible taux de défaillance. La durée de vie nominale d'une automobile est d'environ 15 ans ou 600 000 kilomètres. Tout au long de ce cycle de vie, les constructeurs automobiles exigent un taux de défaillance des semi-conducteurs inférieur à 10 ppm (une partie par million). La plupart exigent un taux de l'ordre du ppb (partie par milliard), ce qui correspond à une tolérance quasi nulle aux défaillances.

3.2. Le processus de conception, de fabrication et d'emballage des IGBT de qualité automobile est difficile

La conception des IGBT de qualité automobile doit garantir l'équilibre entre les temps de commutation, la résistance aux courts-circuits et la chute de tension de conduction. L'optimisation des paramètres est donc particulièrement complexe et spécifique. Les puces IGBT de qualité automobile fonctionnent généralement dans des environnements à courant, tension et fréquence élevés. Leur conception doit assurer un équilibre optimal entre les temps de commutation, la résistance aux courts-circuits et la chute de tension de conduction (gestion thermique). La conception de la puce, ainsi que le réglage et l'optimisation de ses paramètres, sont des opérations complexes et spécifiques.

Les principales difficultés rencontrées dans le processus de conception des puces sont les suivantes :

(1) La conception du terminal doit garantir une fiabilité élevée tout en réalisant une petite taille et une tension de tenue élevée ;

(2) La conception de la cellule doit permettre d’atteindre une densité de courant élevée tout en assurant une large zone de travail sûre, ce qui nécessite des capacités de dissipation de chaleur extrêmement élevées ;

(3) La conception de la cellule doit permettre d’atteindre une densité de courant élevée tout en assurant une capacité de court-circuit suffisante ;

Le processus de fabrication est complexe : les feuilles sont fragiles et le point de fusion du métal de face est limité, ce qui complique le contrôle de la température de recuit. À la mise sous tension, l’IGBT se comporte comme un fil conducteur, le courant le traversant verticalement de haut en bas jusqu’au moteur d’entraînement.

1) Plus la puce est fine, plus sa résistance thermique est faible, mais elle est aussi plus fragile. Procédé d'amincissement : plus la puce est fine, plus le trajet du courant est court, ce qui réduit les pertes d'énergie et prolonge l'autonomie de la batterie du véhicule. Fin 2018, BYD annonçait pouvoir amincir les plaquettes jusqu'à 120 µm, tandis que les puces IGBT d'Infineon pouvaient atteindre une épaisseur minimale de 40 µm. Les opérations de fabrication ultérieures sur des plaquettes et des puces de cette épaisseur sont extrêmement complexes et fragiles.

2) Le traitement de la face arrière doit être effectué à basse température, sous peine de faire fondre le métal de la face avant. Ce traitement comprend l'implantation ionique, l'activation par recuit, la métallisation et d'autres étapes. Compte tenu du point de fusion limité du métal de la face avant et de l'amincissement continu des puces IGBT, ces traitements doivent être réalisés à basse température (inférieure à 450 °C), faute de quoi le métal de la face avant fondrait et l'activation par recuit serait extrêmement difficile.

Les obstacles techniques liés au soudage et au collage des modules IGBT sont importants. Les IGBT automobiles sont principalement utilisés sous forme de modules. La structure du module consiste à intégrer des composants semi-conducteurs discrets au sein d'un module. Un module IGBT doit généralement subir neuf étapes de fabrication : application de colle, soudage, nettoyage plasma, contrôle par rayons X, collage, remplissage et polymérisation de la colle, moulage, tests et marquage, avant sa commercialisation. Parmi ces étapes, le soudage et le collage constituent les aspects les plus complexes de la technologie d'encapsulation des modules.

(1) Soudage : La maîtrise des paramètres du procédé d'interconnexion par pastilles frittées à l'argent à basse température est complexe, et le coût élevé des matériaux et des équipements constitue un frein à son adoption. Actuellement, le brasage est la technologie de soudage dominante. Cependant, cette technologie offre des résultats moins constants et fiables. C'est pourquoi un procédé d'interconnexion par pastilles frittées à l'argent à basse température a été développé. La couche brasée obtenue présente l'avantage d'une conductivité thermique et électrique élevée, ainsi que d'une grande fiabilité. Néanmoins, cette technologie est très complexe. La définition des paramètres de procédé, le coût élevé de l'acquisition des équipements et le coût important de la poudre d'argent utilisée dans la production constituent des obstacles qui empêchent les fabricants de l'adopter. À l'heure actuelle, seules des entreprises de pointe, telles qu'Infineon et Mitsubishi, utilisent le frittage d'argent à basse température pour le soudage de certains de leurs modules IGBT haute performance.

(2) Assemblage : Ce procédé est complexe. Actuellement, les fils d'assemblage couramment utilisés pour l'interconnexion interne des modules IGBT sont des fils d'aluminium et de cuivre. Le fil de cuivre présente une faible résistivité, une conductivité thermique élevée et un faible coefficient de dilatation, ce qui le rend plus adapté aux modules automobiles à haute densité de puissance et à dissipation thermique efficace. Cependant, le procédé d'assemblage par fil de cuivre nécessite un traitement de métallisation du cuivre sur la surface de la puce et requiert une énergie ultrasonique élevée, susceptible d'endommager la puce IGBT elle-même. 1) Le cuivre a une forte affinité pour l'oxygène et exige une étanchéité rigoureuse et une mise en œuvre rapide. Les fils de cuivre s'oxydent instantanément au contact de l'air. En principe, le conditionnement doit être terminé dans les 48 heures suivant le déballage. Le fil de cuivre oxydé est plus dur, plus difficile à souder et les joints de soudure sont susceptibles de se détacher ou de présenter une faible résistance à la traction. 2) Pendant le processus d'assemblage, le flux de gaz inerte protecteur est difficile à contrôler. Afin de réduire l'oxydation du cuivre, un gaz protecteur doit être ajouté à la zone de chauffe de la puce, particulièrement sensible à l'oxydation. Un débit trop important affectera la température de chauffe, tandis qu'un débit insuffisant réduira l'efficacité de la protection. 3) Les exigences relatives aux matériaux utilisés pour la fabrication des dispositifs de soudage sous pression sont strictes. La surface du dispositif doit être parfaitement lisse afin d'assurer la bonne fixation du support et des broches. Dans le cas contraire, des problèmes de soudure, tels qu'une mauvaise oxydation, des fils trop courts ou déformés, peuvent survenir lors du soudage du produit. 4) Le paramétrage de l'équipement de collage doit prendre en compte des facteurs tels que la force de soudage, la puissance de veille et le risque de formation de cratères. Ces paramètres sont difficiles à équilibrer et à maîtriser. Tout problème survenant à une étape quelconque peut entraîner un échec du collage.

3.3. Avantage évident du pionnier : cycle de certification long et coûts de remplacement élevés

En raison des exigences élevées en matière de fiabilité des IGBT automobiles, leur cycle de certification est long et leurs coûts de remplacement élevés. Les entreprises pionnières bénéficient d'avantages indéniables liés à leur position de premier entrant sur le marché.

1) La certification est rigoureuse et le cycle est long. Les composants ou modules IGBT discrets doivent satisfaire aux normes de fiabilité AEC Q100 (IC)/101 (composants discrets), à la norme de gestion de la qualité ISO/TS1649 et à la norme de sécurité fonctionnelle ISO 26262ASILB (D) avant de pouvoir intégrer la chaîne d'approvisionnement des constructeurs automobiles de premier rang. Le cycle de certification est généralement d'au moins deux ans.

2) Coût de remplacement élevé. Le module IGBT est un composant essentiel des produits en aval, assurant la régulation de la tension, du courant, de la fréquence, de la phase, etc., du circuit. Ses performances, sa stabilité et sa fiabilité sont cruciales pour les clients en aval. Ces derniers se montrent généralement prudents face aux nouveaux fournisseurs d'IGBT. Ils évaluent non seulement la solidité du fournisseur sur le plan théorique, mais aussi la pertinence de tests individuels des produits, de tests complets des machines et de nombreux essais sur petits lots avant de prendre des décisions d'achat importantes. Le coût de remplacement est élevé et le processus de décision d'achat est long.

3) Le secteur des IGBT exige une longue expérience pour acquérir un savoir-faire pointu. Les puces IGBT et les diodes de récupération rapide sont des éléments clés des modules IGBT. Leur fabrication comporte de nombreuses étapes et nécessite un équipement conséquent. L'organisation de la production, le contrôle, la mise au point des équipements et d'autres tâches sont complexes. Par exemple, la sélection et le traitement des matériaux de dissipation thermique, le degré d'amincissement, la concentration, la quantité et la vitesse des deux injections d'ions phosphore, le contrôle de la température de traitement de la face arrière et des équipements à chaque étape, requièrent tous une longue expérience pour maîtriser la conception et la production des puces.

Les applications pour véhicules à énergies nouvelles nécessitent souvent la production en série de modules IGBT à haute fiabilité et stabilité. La maîtrise du processus de production requiert une longue expérience et une connaissance approfondie des équipements et des matériaux. Prenons l'exemple du processus de placement des composants : il implique la détermination de la position de la puce, des coefficients de dilatation thermique et des caractéristiques des différents matériaux, le réglage de la courbe de refusion du four et d'autres paramètres. L'élaboration de ces processus de production exige de longues recherches et des expérimentations pour trouver la solution optimale.

4) Forte barrière financière. L'industrie des IGBT est une industrie à forte intensité capitalistique. La chaîne industrielle couvre la conception, la fabrication et le test des puces et des modules. Les équipements de production et de test doivent être majoritairement importés, et leur coût est élevé. Par ailleurs, la recherche et le développement de produits ainsi que le développement de marchés sont des processus longs. De plus, les entreprises de fabrication d'IGBT ont d'importants besoins en fonds de roulement. Les nouveaux entrants sont souvent confrontés à des investissements considérables et à une faible production en phase de démarrage. Ils ont besoin d'un solide soutien financier pour poursuivre la recherche et le développement, la production et la commercialisation de leurs produits.

En résumé, même une nouvelle entreprise produisant des IGBT mettra beaucoup de temps à gagner la confiance des clients et à acquérir un savoir-faire solide. Parallèlement, elle devra faire face aux difficultés liées aux investissements importants et au développement du marché sur le long terme. Les entreprises pionnières bénéficient donc d'avantages indéniables.

  4  Le contexte concurrentiel de l'industrie des IGBT automobiles est excellent, mais le taux de localisation reste faible.

Le marché est concentré, CR4 détenant 81 % des parts de marché. Toutefois, le taux de localisation est faible, avec seulement trois entreprises nationales parmi les dix premières. Selon les statistiques d'Omdia de 2019, les dix principaux fournisseurs mondiaux de modules IGBT représentent 75.6 % des parts de marché. La structure du marché est concentrée et la concurrence y est saine.

D'après les données du NE Times, 1.08 million de modules IGBT automobiles ont été assemblés en Chine en 2019. Infineon, leader du marché, détenait 628 000 modules, soit 58.2 % du marché. BYD Microelectronics se classait deuxième avec 194 000 unités assemblées (18 %). Mitsubishi Electric et Semikron occupaient respectivement les troisième et quatrième places, avec des parts de marché de 5.2 % et 3 %. Star Semiconductor se classait cinquième avec 1.6 %. CRRC Times Electric, autre fabricant chinois, occupait la neuvième place avec 0.8 %. En 2019, les quatre principaux fabricants de modules IGBT pour véhicules à énergies nouvelles représentaient à eux seuls 81.4 % du marché, illustrant une situation d'oligopole. Parmi les fabricants nationaux, seules trois entreprises, BYD Microelectronics, Star Semiconductor et CRRC Times Electric, figurent parmi les 10 premières en termes de parts de marché, représentant 20.4 %, avec un faible taux de localisation.

Du point de vue de la couverture en tension, la gamme de produits IGBT des entreprises nationales est de plus en plus complète. Le fabricant national Star Semiconductor possède actuellement l'une des gammes de modules IGBT les plus complètes du pays, couvrant un large éventail d'applications, de la haute tension (3 300 V) à la moyenne et basse tension (600 V). CRRC Times Electric, quant à elle, se concentre principalement sur les lignes ferroviaires à grande vitesse et d'autres sous-secteurs, et jouit actuellement d'une certaine compétitivité, notamment dans le domaine de la haute tension (supérieure à 4 500 V).

Les produits d'Infineon couvrent l'ensemble des applications en aval, quel que soit le niveau de tension, tandis qu'ABB se concentre principalement sur les produits haute tension et très haute tension. Globalement, les IGBT des entreprises chinoises couvrent l'intégralité du marché, de la basse à la haute tension, et leur présence sur le marché des basses tensions est relativement complète. Cependant, comparés aux fabricants étrangers, les composants discrets de puissance chinois doivent encore progresser dans le domaine de la haute tension.

  5    De multiples facteurs accélèrent la substitution domestique et favorisent l'augmentation des parts de marché.

Face à l'intensification des tensions commerciales, le besoin en semi-conducteurs autonomes et contrôlables se fait de plus en plus pressant. Ces dernières années, les frictions commerciales sino-américaines ont connu une escalade notable.

En mars 2016 et avril 2018, ZTE a été inscrite à deux reprises sur la « liste des entités » américaine. Le 15 mai 2019, Huawei a été ajoutée à cette liste et s'est vue interdire toute coopération commerciale avec des entreprises américaines ou l'achat d'équipements de télécommunications auprès de ces dernières. En conséquence, Google a cessé de fournir ses services à Huawei.

Le 15 mai 2020, les États-Unis ont de nouveau imposé des sanctions à Huawei, exigeant que les puces fabriquées à l'aide de technologies et d'équipements américains soient approuvées par les États-Unis avant de pouvoir être vendues à Huawei. Le 17 août 2020, 38 filiales de Huawei ont été ajoutées à la liste des entités concernées, et l'interdiction est entrée pleinement en vigueur le 15 septembre de la même année.

En décembre 2020, SMIC a été inscrite sur la liste des entreprises chinoises liées au secteur militaire établie par les États-Unis. Dans un contexte de renforcement du blocus technologique américain contre la Chine, cette dernière est confrontée à des risques accrus de frictions commerciales, de ruptures d'approvisionnement et d'affaiblissement de la coopération internationale. Il est donc de plus en plus urgent de mettre en place une chaîne d'approvisionnement en semi-conducteurs indépendante et maîtrisable et d'accélérer la substitution nationale.

La Chine est devenue le premier marché automobile mondial, offrant ainsi de belles perspectives de développement aux IGBT automobiles. En 2019, les ventes de voitures neuves en Chine ont atteint 25.75 millions d'unités, soit environ 28.5 % des ventes mondiales, confirmant ainsi sa position de premier marché automobile mondial. Bien que le parc automobile chinois dépasse actuellement les 260 millions d'unités, le taux de possession de voitures par habitant reste bien inférieur à celui des pays développés.

D'après les données de la Banque mondiale, le taux de possession de voitures par habitant en Chine était de 0.173 en 2019 ; aux États-Unis, il était de 0.837, soit 4.8 fois plus qu'en Chine ; au Japon, il était de 0.591, soit 3.4 fois plus qu'en Chine. Les ventes de voitures en Chine devraient continuer de progresser. L'immense marché automobile chinois offre un potentiel considérable au développement des entreprises chinoises du secteur des IGBT et constitue un socle solide pour leur croissance.

La part des fabricants nationaux de véhicules à énergies nouvelles a augmenté, accélérant le remplacement des IGBT de fabrication nationale. Concernant les véhicules à combustion interne, le démarrage tardif de la Chine dans ce secteur explique sa faible compétitivité. Au cours des trois premiers trimestres de 2020, les ventes de véhicules particuliers en Chine ont atteint 13.38 millions d'unités, dont seulement 36 % environ provenaient de marques chinoises. Dans le secteur des véhicules à énergies nouvelles, la Chine a pris une longueur d'avance et a acquis des avantages technologiques et commerciaux considérables.

Au cours des trois premiers trimestres de 2020, les ventes de véhicules particuliers à énergies nouvelles en Chine ont atteint 620 000 unités. Les marques indépendantes, les nouveaux constructeurs automobiles et les coentreprises étrangères représentaient respectivement 55 %, 15 % et 30 % de ces ventes. Les constructeurs nationaux ont ainsi représenté 70 % du marché, un pourcentage nettement supérieur à celui des véhicules à moteur thermique. À l’avenir, avec la progression du taux de pénétration des véhicules à énergies nouvelles, la part de marché des constructeurs automobiles nationaux devrait augmenter, leur permettant de prendre l’ascendant sur certains segments du marché. Dans un contexte de tensions commerciales croissantes, les constructeurs nationaux de véhicules à énergies nouvelles devraient privilégier l’utilisation de turbocompresseurs IGBT de fabrication nationale, en raison des préoccupations liées à la sécurité de leur chaîne d’approvisionnement, ce qui contribuera à l’augmentation de la part de marché de ces turbocompresseurs.

Les fabricants nationaux bénéficient d'une rentabilité accrue et d'une grande réactivité, atouts essentiels pour répondre aux enjeux de réduction des coûts et d'amélioration de l'efficacité des véhicules à énergies nouvelles. Comparés à leurs concurrents étrangers, les fabricants nationaux d'IGBT profitent de faibles coûts de communication avec les constructeurs automobiles, de délais de livraison courts, d'un service après-vente performant et d'une capacité à répondre rapidement aux besoins des clients, ce qui leur confère un avantage concurrentiel indéniable. Par ailleurs, les fabricants nationaux de semi-conducteurs de puissance affichent également un excellent rapport qualité-prix et des coûts logistiques et de main-d'œuvre réduits, répondant ainsi aux besoins des constructeurs de véhicules à énergies nouvelles de réduire leurs coûts et d'accroître leur efficacité tout en développant leur part de marché.

Des politiques et des financements soutiennent le développement de l'industrie nationale des IGBT. Cette industrie, qui représente un marché considérable tant au niveau national qu'international, joue un rôle irremplaçable dans la modernisation des structures industrielles, les économies d'énergie, la réduction des émissions de gaz à effet de serre, les énergies nouvelles et d'autres domaines. Ces dernières années, le pays a mis en œuvre plusieurs mesures politiques visant à soutenir le développement de l'industrie des semi-conducteurs, notamment celui des IGBT, en matière de développement industriel, de recherche et développement, ainsi que d'incitations fiscales et d'investissement.

En août 2020, le Conseil d'État a publié « Plusieurs politiques visant à promouvoir le développement de haute qualité de l'industrie des circuits intégrés et de l'industrie du logiciel dans la nouvelle ère » afin de soutenir globalement le développement de l'industrie des semi-conducteurs, notamment en matière de finances et de fiscalité, d'investissement et de financement, de recherche et développement, etc. Ce soutien politique global constituera un moteur efficace pour le développement rapide de l'industrie des IGBT.

Par ailleurs, l'État apporte un soutien financier actif. Les première et deuxième phases du Fonds national de l'industrie des circuits intégrés (ci-après dénommé « Grand Fonds ») ont été créées respectivement en 2014 et 2019. La première phase du Grand Fonds a permis de lever 138.7 milliards de yuans, et la seconde phase disposait d'un capital social de 204.15 milliards de yuans.

D'après les statistiques de Jiwei.com, les domaines d'investissement de la première phase du fonds d'investissement majeur sont les suivants : fabrication de circuits intégrés (67 %), conception (17 %), conditionnement et tests (10 %) et matériaux d'équipement (6 %). Grâce à ces investissements et au capital social qu'ils mobilisent, l'industrie des circuits intégrés, notamment celle des IGBT, a connu un développement important.

En résumé, on prévoit une accélération du remplacement des IGBT automobiles par des produits nationaux, permettant aux fabricants nationaux d'accroître leur part de marché. Premièrement : la Chine est le premier marché automobile mondial et la demande des consommateurs automobiles continuera de croître, offrant ainsi une excellente opportunité de développement aux fabricants nationaux d'IGBT automobiles. Deuxièmement : les tensions commerciales se sont intensifiées et le besoin en semi-conducteurs autonomes et contrôlables est devenu de plus en plus urgent. Troisièmement : les fabricants nationaux du secteur des véhicules à énergies nouvelles bénéficient d'un avantage concurrentiel certain et devraient prendre l'ascendant sur certains segments. Avec l'augmentation de la part de marché des entreprises nationales de véhicules à énergies nouvelles et les impératifs de sécurité de la chaîne d'approvisionnement, on s'attend à ce que davantage de fabricants nationaux de semi-conducteurs utilisent nos produits, ce qui devrait accroître la part de marché des IGBT nationaux. Quatrièmement : les fabricants nationaux d'IGBT disposent d'atouts en matière de services locaux, tels qu'un excellent rapport qualité-prix et une grande réactivité, répondant ainsi aux besoins des véhicules à énergies nouvelles en matière de réduction des coûts et d'amélioration de l'efficacité, et devraient gagner des parts de marché dans un contexte concurrentiel. Cinquièmement : les politiques et les financements nationaux soutiennent le développement de l'industrie des IGBT. Sur la base de l'analyse ci-dessus, nous pensons que le processus de substitution national des IGBT automobiles va s'accélérer et permettre d'accroître leur part de marché.

Outre l'augmentation de leur part de marché, les fabricants chinois d'IGBT bénéficieront pleinement de la croissance rapide du marché chinois des IGBT pour l'automobile. Selon nos estimations, le marché chinois des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles devrait atteindre 17.7 milliards de yuans en 2025, soit un taux de croissance annuel composé de 43.45 %. Le marché chinois des IGBT pour bornes de recharge de véhicules à énergies nouvelles devrait quant à lui atteindre 14.7 milliards de yuans en 2025, avec un taux de croissance annuel composé de 43.45 %.

Le marché des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles en Chine devrait atteindre 17.7 milliards de yuans en 2025, soit six fois plus qu'en 2020, avec un taux de croissance annuel composé de 43.45 %. Selon les données de l'Association chinoise de l'automobile, les ventes automobiles en Chine s'élevaient à 25.3 millions de véhicules en 2020. Elles devraient atteindre 30 millions de véhicules d'ici 2025, dont 1.32 million de véhicules à énergies nouvelles en 2020, soit un taux de pénétration de 5.22 %.

Si le taux de pénétration des véhicules à énergies nouvelles en Chine atteint les 20 % prévus par le « Plan de développement de l’industrie des véhicules à énergies nouvelles (2021-2035) » en 2025, les ventes de ces véhicules passeront de 1.32 million d’unités en 2020 à 6 millions d’unités en 2025. Selon la valeur des semi-conducteurs de puissance pour véhicules à énergies nouvelles calculée précédemment, le marché chinois de ces semi-conducteurs devrait atteindre 17.7 milliards de yuans en 2025, soit six fois plus qu’en 2020, avec un taux de croissance annuel composé de 43.45 %.

On estime que le marché chinois des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles atteindra 14.7 milliards de yuans en 2025, soit un taux de croissance annuel composé de 43.45 %, les IGBT étant les principaux bénéficiaires. Selon les données de Yole, le marché mondial des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles représentait 600 millions de dollars américains en 2019. Les données d'EVSalesBlog indiquent que les ventes mondiales de véhicules hybrides rechargeables et de véhicules électriques à batterie s'élevaient à environ 2.2 millions d'unités en 2019. On peut donc calculer que la valeur moyenne des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles est de 273 dollars américains (soit 83 % de la valeur totale des semi-conducteurs de puissance pour véhicules). Compte tenu de la forte demande dans le secteur de la fonderie de semi-conducteurs et des capacités de production mondiales actuellement limitées, on s'attend à ce que le prix des semi-conducteurs de puissance pour véhicules à énergies nouvelles reste élevé cette année. La valeur des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles devrait augmenter progressivement à l'avenir, portée par l'électrification et la pénétration croissante des véhicules à double moteur. Multiplié par les ventes de véhicules à énergies nouvelles de mon pays, estimées à 6 millions d'unités en 2025, le marché chinois des IGBT pour véhicules à énergies nouvelles devrait passer d'environ 2.4 milliards en 2020 à 14.7 milliards en 2025, avec un taux de croissance annuel composé de 43.45 %.

Le marché chinois des bornes de recharge IGBT pour véhicules à énergies nouvelles devrait atteindre 10.9 milliards de yuans en 2025, soit un taux de croissance annuel composé de 35 %. Actuellement, le cycle de vie des véhicules à énergies nouvelles est de 8 à 10 ans. Selon les estimations de ventes annuelles mentionnées précédemment, leur nombre devrait atteindre 22.46 millions en 2025.

Avec le développement de nouvelles infrastructures, et en supposant, de manière prudente, que le ratio véhicules/bornes atteindra 2:1 d'ici 2025, on estime à environ 11.23 millions le nombre de bornes de recharge en 2025. La politique d'infrastructures étant axée sur la construction de bornes de recharge publiques, leur part devrait passer de 48 % en 2020 à 50 % en 2025. Par ailleurs, face à la demande croissante de recharge rapide, la part des bornes de recharge en courant continu (CC) parmi les bornes de recharge publiques devrait passer de 38 % en 2020 à 50 % en 2025.

D'après les données des appels d'offres de State Grid pour les bornes de recharge de véhicules électriques, nous avons calculé que le prix moyen du watt par watt pour les bornes de recharge publiques en courant continu de 60 kW, principal moteur des appels d'offres, est passé de 1.15 yuan/W en 2017 à 0.9 yuan/W en 2019 (le prix d'une borne individuelle est passé de 69 000 yuans en 2017 à 54 000 yuans en 2019) ; le prix moyen d'une borne individuelle pour les bornes de recharge publiques en courant alternatif est passé de 9 500 yuans en 2017 à 5 400 yuans en 2019.

D’après nos recherches sur les prix des bornes de recharge privées des principaux constructeurs de véhicules à énergies nouvelles, nous avons calculé que le prix de ces bornes a baissé, passant de 12 700 yuans/unité en 2017 à 7 800 yuans/unité en 2020. Sachant que les IGBT représentent environ 20 % du coût des bornes de recharge, le marché chinois des IGBT pour bornes de recharge devrait atteindre 10.9 milliards de yuans en 2025, soit une augmentation de 3.4 fois par rapport aux 2.5 milliards de yuans de 2020, avec un taux de croissance annuel composé de 34.5 %.

  6    La faible capacité de production est difficile à atténuer à court terme, et le boom des semi-conducteurs de puissance continue de croître.

La capacité de production de semi-conducteurs de 8 pouces est limitée et la fonderie fonctionne à pleine capacité. En 2020, la commercialisation de la 5G et le développement du télétravail et du travail à domicile, induits par la pandémie, ont accéléré la transformation numérique de la société. Le marché des équipements terminaux, tels que les automobiles, les appareils électroménagers et les appareils numériques, a poursuivi sa reprise, stimulant fortement la demande de semi-conducteurs.

Par ailleurs, l'épidémie en Europe et aux États-Unis n'étant pas encore totalement maîtrisée, et des facteurs tels que les incertitudes pesant sur les relations commerciales sino-américaines, ont incité les fabricants de puces à accroître leurs stocks de sécurité. La conjonction de ces facteurs a entraîné une offre de capacités de production de semi-conducteurs supérieure à la demande, et les capacités de production de semi-conducteurs 8 pouces des principaux fabricants sont proches de la pleine capacité. Parmi les entreprises les plus avancées au monde, Huahong Hongli a affiché un taux d'utilisation des capacités supérieur à 100 % au troisième trimestre 2020, tandis que les taux d'utilisation des capacités d'UMC et de SMIC atteignaient également un niveau élevé de 95 %.

Le déploiement à pleine capacité des nouvelles capacités de production de plaquettes devrait se concentrer principalement entre 2023 et 2025, et il est difficile de résoudre les problèmes de capacité de production à court terme. Selon les données d'ICInsights, la capacité de production mondiale de nouvelles plaquettes (équivalent 8 pouces) devrait atteindre environ 17.9 millions d'unités en 2020, et 20.8 millions d'unités supplémentaires en 2021. Cependant, en raison de l'acquisition des équipements, de leur mise au point, des validations clients et d'autres facteurs, la montée en puissance des capacités de production des usines de fabrication de plaquettes est relativement longue, généralement de 3 à 5 ans. Cette nouvelle capacité de production ne devrait atteindre sa pleine capacité qu'entre 2023 et 2025, ce qui rend difficile la résolution des problèmes de capacité de production à court terme.

La capacité de production nationale de semi-conducteurs en construction équivaut à environ 27.96 millions de plaquettes de 8 pouces par an, dont la majeure partie sera mise en service en 2022. Cependant, compte tenu de la longue période de montée en puissance nécessaire après la mise en service des nouvelles lignes de production, il sera difficile d'atténuer la pénurie de capacité à court terme. Selon nos statistiques incomplètes, la capacité de production nationale actuelle de semi-conducteurs est d'environ 2.88 millions de plaquettes par mois (équivalent à des plaquettes de 8 pouces, incluant les plaquettes à base de silicium et les plaquettes à base de semi-conducteurs composés), et la capacité totale en construction est d'environ 2.33 millions de plaquettes par mois (27.96 millions de plaquettes par an). La plupart des nouvelles lignes de production seront mises en service en 2022. Toutefois, compte tenu de la période de montée en puissance de 3 à 5 ans nécessaire après leur mise en service, la pleine capacité de production ne pourra être atteinte rapidement. Il est donc prévu que la pénurie de capacité de production restera difficile à résorber à court terme.

On estime qu'en 2025, la production mondiale de modules IGBT de qualité automobile nécessitera 1.69 million de plaquettes de 8 pouces, soit une augmentation de 5.4 fois par rapport à 2020. Actuellement, deux types de véhicules électriques sont disponibles sur le marché : les véhicules à un seul moteur et les véhicules à deux moteurs. La plupart des véhicules à énergies nouvelles sont actuellement équipés d'un seul moteur. Cependant, grâce aux progrès technologiques futurs, la part de marché des véhicules à deux moteurs, offrant des performances supérieures, devrait augmenter.

Dans les véhicules à énergies nouvelles, chaque moteur est alimenté par un onduleur, et chaque onduleur par un module IGBT. Compte tenu des excellentes performances des moteurs doubles, nous estimons que leur taux de pénétration atteindra 20 % en 2025. On peut prévoir qu'en 2025, le monde aura besoin d'assembler des modules IGBT pour 12 millions de véhicules électriques et 14.4 millions de moteurs. Actuellement, un module IGBT de qualité automobile intègre entre 10 et 18 puces (ce nombre variant selon les niveaux de tension des modules). En moyenne, 15,216 millions de puces IGBT seront nécessaires. Sachant qu'une plaquette de 8 pouces peut contenir environ 128 puces IGBT, la demande mondiale de plaquettes de 8 pouces pour les seuls modules IGBT de qualité automobile devrait atteindre 1.69 million d'unités en 2025, soit une augmentation de 5.4 fois par rapport à 2020.

La hausse des prix des plaquettes de silicium s'est répercutée sur l'ensemble de la chaîne industrielle, et le marché des semi-conducteurs continue de croître. La demande finale ne cesse d'augmenter, les capacités de production des fonderies sont déjà saturées et il est impossible d'accroître rapidement les capacités de production à court terme. Ce déséquilibre entre l'offre et la demande a entraîné une augmentation des prix des plaquettes de silicium pour les fonderies.

TSMC a supprimé la remise de 3 % accordée à ses principaux clients pour la fabrication de plaquettes de 12 pouces. UMC a successivement augmenté ses tarifs pour la fabrication de plaquettes de 8 pouces, puis ceux pour la fabrication de plaquettes de 12 pouces. Cette hausse des prix a été immédiatement répercutée sur les fabricants en aval de la chaîne de valeur, la plupart d'entre eux augmentant leurs prix de plus de 10 %. Renesas Electronics a notamment annoncé une augmentation des prix de certains produits analogiques et de puissance allant de 15 % à 100 %. Profitant de cette hausse des prix, des entreprises comme Infineon ont allongé leurs délais de livraison. La prospérité de la filière des semi-conducteurs devrait ainsi se poursuivre.

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