מוליכים למחצה להספק לרכב צברו כמעט פי 7 שטח ב-5 שנים, כאשר IGBT מרוויח הכי הרבה.

בהתבסס על תמיכה במדיניות, שימור אנרגיה והפחתת פליטות, חדירתם של כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה נמצאת במגמת עלייה. צפוי ששיעור החדירה של כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה מקומית יגיע ל-20% בשנת 2025, ושיעור החדירה של כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה באיחוד האירופי יגיע ל-40% בשנת 2030. מגמת חשמול הרכב הגדילה מאוד את ערך מוליכים למחצה להספק המשמשים ברכבים. על פי נתוני אינפיניון, מחיר המכירה הממוצע (ASP) של מוליכים למחצה להספק יגדל משמעותית מ-71 דולר עבור כלי רכב בעלי דלק מסורתי ל-330 דולר עבור כלי רכב היברידיים/חשמליים טהורים, פי 4.6 מזה של כלי רכב בעלי דלק מסורתי. על פי חישובינו, שוק מוליכים למחצה להספק לרכב העולמי צפוי להגיע ל-8 מיליארד דולר בשנת 2025. שוק מוליכים למחצה להספק לרכבים בעלי אנרגיה חדשה העולמי יגיע ל-5.3 מיליארד דולר בשנת 2025, פי 7.3 מזה של 2020, עם קצב צמיחה שנתי מצטבר של 48.8%. בעשר השנים הקרובות, שוק ה-IGBT לערימות טעינה לרכבי אנרגיה חדשים בסין, ארצות הברית ואירופה יגדל בהיקף של 9.4 מיליארד דולר. נכון לעכשיו, IGBT ו-MOSFET משמשים בעיקר במוליכים למחצה להספק לרכב. IGBT הוא הרכיב המרכזי של הממיר הראשי של מערכת ההנעה החשמלית ברכבי אנרגיה חדשים וניתן להשתמש בו במעגלי ממיר עזר, מעגלי קוצץ DC/DC, OBC (טעינה/ממיר) וכו'. ערך של רכב בודד מגיע ל-273 דולר, המהווה 83% מה-ASP של מוליכים למחצה להספק לרכב, המהווים את הרוב המוחלט. אנו צופים ששוק ה-IGBT העולמי לרכבי אנרגיה חדשים יגיע ל-4.4 מיליארד דולר בשנת 2025, עם קצב צמיחה שנתי מצטבר של כ-48.8%. זהו הסוג המועיל ביותר של מוליך למחצה להספק לרכב תחת מגמת החשמול.

שלושת המחסומים העיקריים של מוצר, תהליך ויתרון של ראשוני בונים חפיר חזק.

1) מחסומי מוצר: IGBTs ברמת רכב צריכים לעמוד בדרישות מחמירות כגון חיי שירות ארוכים, שיעור כשל נמוך ועמידות גבוהה לרעידות אדמה. עליהם להיות מסוגלים להסתגל לתנאי עבודה קשים כגון תנאי עבודה "חמים מאוד" ו"קרים מאוד", בטמפרטורות גבוהות ונמוכות, אבק ומלחים-אלקליים. עליהם לעמוד בשינויים תכופים בזרם הנגרמים מהתחלות ועצירות תכופות, ויש להם דרישות מוצר גבוהות ביותר.

2) מחסומי תהליך: בעת תכנון IGBTs ברמת רכב, יש צורך להבטיח את האיזון בין הפעלה וכיבוי, התנגדות לקצר חשמלי וירידת מתח הולכה, ואופטימיזציה של פרמטרים היא מורכבת במיוחד. במהלך הייצור, תהליך היריעות הדקות נוטה להתפרקות, ונקודת ההיתוך המוגבלת של המתכת הקדמית מקשה על בקרת טמפרטורת החישול. בנוסף, הדרישות הטכניות לריתוך והדבקה של אריזת מודולי IGBT הן גם גבוהות.

3) מחזור ההסמכה ארוך, עלות ההחלפה גבוהה, ויש לו אפקט של עקומת ניסיון. יש לו יתרונות ברורים של "ראשון המועד" בתעשייה.

א) IGBT ברמת רכב חייב לעמוד בתקני אמינות, תקני ניהול איכות ותקני בטיחות פונקציונליים כדי להיות זכאי להיכנס לשרשרת האספקה ​​של יצרני רכב מהשורה הראשונה. תקופת ההסמכה היא בדרך כלל לפחות שנתיים.

ב) מכיוון שמודולי IGBT הם רכיבים מרכזיים ברכבים, יצרנים במורד הזרם נוטים להיות זהירים בעת החלפתם משיקולי בטיחות ואמינות. רק לאחר ביצוע מספר רב של בדיקות אימות והערכות מקיפות, מתקבלות החלטות רכש בכמות גדולה. עלויות ההחלפה גבוהות.

ג) עסקי ה-IGBT דורשים צבירת ניסיון ארוך טווח כדי להגיע לרמת ידע טובה.

ד) תעשיית ה-IGBT היא תעשייה עתירת הון, וציוד ייצור ובדיקה דורשים ייבוא. בנוסף, גם הביקוש להון חוזר עבור חברות ייצור IGBT גדול. חברות חדשות מתמודדות לעיתים קרובות עם השקעות גדולות ותפוקה נמוכה בשלב המוקדם. הן זקוקות לגיבוי פיננסי חזק כדי להמשיך במחקר ופיתוח מוצרים, ייצור ומכירות. יחד, לחברות חלוצות בתעשיית ה-IGBT יש יתרונות ברורים של "ראשונים".

הנוף התחרותי הפך ל"מסלול איכותי" עבור תעשיות צומחות, אך שיעור הלוקליזציה הנוכחי עדיין נמוך.

על פי נתוני Omdia לשנת 2019, עשרת יצרני מודולי ה-IGBT המובילים בעולם מהווים 76% מנתח השוק. נתח השוק מרוכז ודפוס התחרות טוב. מבחינת IGBTs ברמת רכב, עקב חסמים גבוהים בתעשייה, נתח מודולי ה-IGBT CR4 של סין לרכבי אנרגיה חדשים הסתכם ב-81% בשנת 2019, דבר המציג דפוס אוליגופול. ביניהם, Infineon מדורגת במקום הראשון עם נתח שוק של 58.2%, BYD מדורגת במקום השני עם נתח שוק של 18%, Mitsubishi Electric ו-Semikron מדורגות במקום השלישי והרביעי בהתאמה. IGBT לרכב הפך ל"מסלול איכותי" בתעשייה הצומחת עם מרחב צמיחה רחב ונוף תחרות טוב. עם זאת, מבין עשרת יצרני ה-IGBT המובילים של רכבי אנרגיה חדשים בסין בשנת 2019, רק שלושה יצרנים מקומיים, BYD, Star Semiconductor ו-CRRC Times Electric, נכנסו לרשימה הקצרה, עם נתח שוק כולל של 20.4%. יש מקום רחב להחלפה מקומית.

גורמים רבים מאיצים את ההחלפה של מוצרים מקומיים, וליצרנים מקומיים יש פוטנציאל עצום לפיתוח עתידי.

גורמים מרובים מאיצים את התחלופה המקומית: 1) סין היא כבר עכשיו שוק צרכני הרכב הגדול בעולם, והביקוש של צרכני הרכב ימשיך לגדול בעתיד, מה שיספק הזדמנויות פיתוח טובות ליצרני IGBT מקומיים. 2) ככל שחיכוך הסחר מתעצם, הצורך במוליכים למחצה עצמאיים ובקרה הופך דחוף יותר ויותר. 3) יצרנים מקומיים לוקחים את ההובלה בפריסת תעשיית רכבי האנרגיה החדשה ומנצלים את היתרון של "ראשוני הצעדים". ככל שחלקם של יצרני רכבי האנרגיה החדשים המקומיים גדל, צפוי כי יותר מוצרים מיצרני מוליכים למחצה מקומיים ישמשו עקב שיקולי אבטחת שרשרת האספקה. 4) ליצרני IGBT מקומיים יש יתרונות שירות מקומיים כגון ביצועי עלות גבוהים ומהירות תגובה מהירה, העונים על הצרכים של רכבי אנרגיה חדשים להפחתת עלויות ולהגברת היעילות, וצפויים להגדיל את חלקם. 5) עידוד מדיניות ותמיכה כספית מסייעים לתעשיית ה-IGBT המקומית להתפתח במהירות. מבחינת שוק מקומי, על פי חישובינו, שוק המוליכים למחצה החדשים לרכבי אנרגיה בסין צפוי להגיע ל-17.7 מיליארד יואן בשנת 2025, פי 6 מזה של 2020, עם קצב צמיחה שנתי מצטבר של עד 44%. צפוי ששוק ה-IGBT החדשים לרכבי אנרגיה בסין יגיע ל-14.7 מיליארד יואן בשנת 2025, עם קצב צמיחה שנתי מצטבר של כ-44%. בשנת 2025, שוק ה-IGBT הסיני לערימות טעינה יגיע ל-10.9 מיליארד יואן, עם קצב צמיחה מצטבר של 35%. בהתבסס על הניתוח לעיל, אנו מאמינים שתהליך ההחלפה המקומית של IGBTs לרכב יואץ. בשילוב עם נתח השוק הנמוך הנוכחי ומרחב הצמיחה הרחב בתעשייה, ליצרני IGBT מקומיים יש פוטנציאל צמיחה עצום בעתיד.

קשה להקל על כושר הייצור הדל בטווח הקצר, ופריחת מוליכים למחצה להספק ממשיכה לעלות.

השימוש המסחרי ב-5G וכלכלת "הישארות בבית" המגפת מאיצים את הטרנספורמציה הדיגיטלית של החברה. השווקים לרכבי אנרגיה חדשים, מכשירי חשמל ביתיים, ציוד דיגיטלי וציוד קצה אחר מתחממים, מה שמניע את הביקוש למוליכים למחצה. בנוסף, יצרני מוליכים למחצה צריכים להגדיל את מלאי הבטיחות עקב אבטחת שרשרת האספקה. התהודה של גורמים מרובים הובילה ליכולת ייצור מוליכים למחצה מצומצמת. נכון לעכשיו, כל בתי היציקה הגדולים לייצור פרוסות נמצאים בייצור מלא. מנקודת מבט עולמית, ICinsight צופה כי העולם יוסיף 20.8 מיליון ופלים בגודל 8 אינץ' בשנת 2021. מנקודת מבט מקומית, כושר הייצור המקביל של פרוסות 8 אינץ' הנמצא בבנייה הוא כ-27.96 מיליון פרוסות בשנה, שרובן יוכנסו לייצור בשנת 2022. עם זאת, בהתחשב בכך שתהיה תקופת הגברת ייצור של כ-3-5 שנים לאחר הפעלת קו הייצור החדש, קשה להקל על כושר הייצור הצפוף בטווח הקצר. בהתחשב בעלייה המהירה בביקוש לרכבי אנרגיה חדשים וערימות טעינה, הצפי הוא שהביקוש העולמי לפלסטיק 8 אינץ' עבור מודולי IGBT ברמת רכב יגיע ל-1.69 מיליון יחידות בשנת 2025, עלייה של פי 5.4 בהשוואה לשנת 2020. קיים פער עצום בביקוש לייצור פלסטיק. מתחילת השנה, יצרני שבבים גדולים בארץ ובחו"ל העלו את מחירי המוצרים או האריכו את זמני האספקה. הצפי הוא ששגשוגה של שרשרת תעשיית המוליכים למחצה ימשיך לעלות.

  1    חדירתם של כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה מואצת, ותחום מוליכים למחצה לרכב הוכפל ב-5 שנים.

1.1. חדירתם של כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה מואצת, ומוליכים למחצה להספק לרכב חווים עליות הן בנפח והן במחירים.

תמיכה במדיניות, שימור אנרגיה והפחתת פליטות מניעים את החדירה המואצת של כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה. "תוכנית פיתוח תעשיית כלי הרכב בעלי אנרגיה חדשה (2021-2035)" של ארצי מציגה חזון לפיתוח כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה. התוכנית היא שעד שנת 2025, שיעור החדירה של כלי רכב בעלי אנרגיה חדשה מקומית יגיע ל-20%.

מבחינה בינלאומית, מדינות אירופאיות רבות אימצו מדיניות דו-שלבית להגבלת פליטות פחמן דו-חמצני ומדיניות סבסוד לרכבי אנרגיה חדשים כדי להתמודד עם לחץ ההתחממות הגלובלית, ומסלול החשמול של כלי רכב הפך ברור יותר ויותר. באיחוד האירופי, הסכם פליטות גזי חממה של כלי רכב של ACEA קובע כי פליטות פחמן דו-חמצני מכלי רכב חייבות להיות פחות מ-59 גרם לקילומטר עד שנת 2030. על פי חישובי Infineon, שיעור החדירה של כלי רכב מונעי אנרגיה חדשים באיחוד האירופי יגיע ל-40% בשנת 2030.

החשמול הוביל לעלייה משמעותית בערכם של אופניים המופעלים על ידי מוליכים למחצה. מחיר המכירה הממוצע (ASP) של מוליכים למחצה עבור כלי רכב חשמליים טהורים מגיע ל-330 דולר, פי 4.6 מזה של כלי רכב מסורתיים המופעלים על ידי דלק. כלי רכב המופעלים על ידי אנרגיה חדשה המשתמשים במערכת החשמל כמקור הכוח שלהם מציבים דרישות גבוהות יותר ליכולות ניהול צריכת החשמל והמרת הספק של רכיבים אלקטרוניים.

במכוניות מסורתיות, מוליכים למחצה להספק משמשים בעיקר בהנעת כלי רכב, ייצור חשמל ותחומי בטיחות, ורכיבים אלקטרוניים במתח נמוך ובצריכת חשמל נמוכה יכולים לענות על צורכי העבודה שלהם. ברכבי אנרגיה חדשים, יציאת המתח הגבוה מהסוללה דורשת המרת מתח תכופה והיפוך זרם. מעגלים אלה הגדילו מאוד את הביקוש למוליכים למחצה להספק כגון IGBTs ו-MOSFETs. על פי נתוני Infineon, תכולת מוליכים למחצה להספק ברכבי דלק מסורתיים היא 71 דולר, וערך מוליכים למחצה להספק ברכבים חשמליים היברידיים נטענים מלאים/סוללות טהורות הוא 330 דולר, פי 4.6 מזה של רכבי דלק מסורתיים.

שוק מוליכים למחצה להספק לרכב העולמי יגיע ל-8 מיליארד דולר בשנת 2025. על פי Yole, שוק מוליכים למחצה להספק העולמי יגיע ל-22.5 מיליארד דולר בשנת 2025. על פי נתוני Zhiyan Consulting, מגזר הרכב היווה 35.4% משוק מוליכים למחצה להספק העולמי בשנת 2019. בהנחה שהפרופורציה הזו יישאר ללא שינוי, שוק מוליכים למחצה להספק לרכב העולמי צפוי להגיע ל-7.965 מיליארד דולר בשנת 2025.

שוק מוליכים למחצה העולמי לרכבי אנרגיה חדשים צפוי להגיע ל-5.3 מיליארד דולר בשנת 2025, פי 7.3 מזה של 2020, עם קצב צמיחה שנתי ממוצע (CAGR) של 48.8%. על פי תחזית AlixPartners, מכירות הרכב העולמיות יגדלו מ-70.5 מיליון יחידות בשנת 2020 ל-94 מיליון יחידות בשנת 2025. EVTank צופה כי מכירות רכבי אנרגיה חדשים העולמיות יגדלו מ-2.21 מיליון יחידות בשנת 2019 ל-12 מיליון יחידות בשנת 2025. שיעור החדירה העולמי של רכבי אנרגיה חדשים יגיע ל-13% בשנת 2025, עלייה של 10.36% בהשוואה לשנת 2019.

כפי שצוין לעיל, בסטטיסטיקות האחרונות של אינפיניון משנת 2020, שווי אופניים חדשים לרכבי אנרגיה מוליכים למחצה הוא 330 דולר אמריקאי. בהתחשב בכושר הייצור הנוכחי הצפוף של ופלים של מוליכים למחצה, צפוי שמחירם של מוליכים למחצה חדשים לרכבי אנרגיה יישאר ברמה גבוהה השנה, ושווי האופניים בעתיד יעלה בהדרגה עם מגמת החשמול והעלייה בחדירה של מנועים כפולים. בהתבסס על הנתונים לעיל, אנו מעריכים ששוק המוליכים למחצה החדשים לרכבי אנרגיה העולמי יגיע ל-5.3 מיליארד דולר בשנת 2025, פי 7.3 מזה של 2020, עם קצב צמיחה שנתי מצטבר של 48.8%.

1.2. שוק ה-IGBT העולמי לטעינת רכבים גדל במהירות

מספר ערימות הטעינה במתקני תמיכה חשובים עבור כלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה יגדל במהירות, מה שיגרום לעלייה מהירה בביקוש ל-IGBT, מרכיב מפתח. ככל שקצב החדירה של כלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה עולה בהדרגה, יש להגדיל במקביל גם את מספר ערימות הטעינה, שהן מתקני תמיכה חשובים עבור כלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה. על פי נתוני מקינזי, ביקוש הטעינה של כלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה בסין, ארצות הברית ואירופה יעמוד על כ-18 מיליארד קילוואט-שעה בשנת 2020. הצפי הוא שעד 2030, ביקוש הטעינה של כלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה יגיע ל-271 מיליארד קילוואט-שעה, עם קצב צמיחה שנתי מצטבר של 31.2%. הצמיחה המהירה בביקוש למתקני טעינה של כלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה תביא גם לעלייה משמעותית בשימוש ב-IGBT, מרכיב מפתח בערימות טעינה.

הצפי הוא ששוק ערימת הטעינה של IGBT בסין, ארצות הברית ואירופה יגדל בהיקף של 9.4 מיליארד דולר בעשר השנים שבין 2020 ל-2030. על פי הערכות מקינזי, סין, ארצות הברית והאיחוד האירופי יצטרכו להשקיע 19 מיליארד/11 מיליארד/17 מיליארד דולר בהתאמה בעשור 2020-2030 כדי לבנות 20 מיליון/20 מיליון/25 מיליון ערימות טעינה חדשות לרכבי אנרגיה כדי למלא את הפער בביקוש לטעינה חדשה לרכבי אנרגיה. בערימת טעינה בודדת, IGBT מהווה כ-20% מהעלות הכוללת. מכאן ניתן להסיק ששוק ה-IGBT לערימות טעינה חדשות לרכבי אנרגיה בסין, ארצות הברית ואירופה יגדל בהיקף של 9.4 מיליארד דולר בעשר השנים הקרובות.

  2  מבין מוליכים למחצה להספק לרכב, IGBT מביא את התועלת הרבה ביותר

IGBT ו-MOSFET הם הרכיבים העיקריים של מוליכים למחצה להספק לרכב. ל-IGBT ארבעה יישומים שונים במכוניות. הראשון הוא הרכיב המרכזי של הממיר הראשי. הממיר הראשי הופך את יציאת הזרם הישר מהסוללה לזרם חילופין כדי להניע את מנוע הרכב; השני משמש במעגל ממיר עזר כדי להפעיל אלקטרוניקה אחרת לרכב; השלישי משמש במעגל מסוע DC/DC כדי להפיק זרמים עם מתחים שונים; הרביעי משמש ב-OBC (טעינה/ממיר) כדי להפוך את קלט הזרם החילופין החיצוני לזרם ישר כדי לטעון את סוללת הרכב החדשה.

במכוניות עם דרגת חשמול נמוכה, עקב מתח יציאה נמוך של הסוללה וטווח ההספק הנמוך של התקני החשמל, ניתן להשתמש בטרנזיסטורי MOSFET כדי להחליף את מעגל הממיר הנלווה, מעגל המסוק DC/DC DC ו-IGBT ב-OBC כדי לשלוט בעלויות.

2.1. IGBT הוא התקן הליבה של מערכת הנעת מנוע חדשה לרכב אנרגיה IGBT

עם ביצועים מעולים, זהו המרכיב המרכזי של מוליכים למחצה להספק בכלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה. IGBT הוא קיצור של InsulatedGateBipolarTransistor, שהוא טרנזיסטור דו-קוטבי מבודד. זהו התקן מוליך למחצה להספק מורכב המורכב מ-BJT ו-MOSFET. הוא משלב את היתרונות של מהירות מיתוג מהירה של MOSFET, עכבת קלט גבוהה, הספק בקרה קטן, מעגל הנעה פשוט, הפסדי מיתוג קטנים ומתח הולכה נמוך של BJT, זרם מצב פעולה גדול והפסדים קטנים. בכלי רכב המונעים על ידי אנרגיה חדשה, מודולי IGBT משמשים בעיקר בממירי הספק גבוה כדי להפוך זרם ישר לזרם חילופין כדי להניע את מנוע הרכב; הם משמשים גם בממירי הספק עזר כדי להפעיל ציוד אלקטרוני לרכב כגון מזגני רכב.

ניתן לחלק את IGBT לשפופרת בודדת של IGBT, מודול IGBT ומודול אינטליגנטי IPM בהתאם לסביבות יישום שונות. IGBT חד-צינורית הוא טרנזיסטור דו-קוטבי מסוג N-channel enhancement-induced-gate המוליך את כל המעגל על ​​ידי אספקת זרם בסיס לטרנזיסטור מסוג PNP. מכיוון שהזרם הרלוונטי שלו קטן, בדרך כלל מתחת ל-100A, ההספק הרלוונטי שלו נמוך. עם זאת, המעגל החיצוני של IGBT שפופרת בודדת מורכב וקשה לאריזה, דבר המשקף את הטכנולוגיה ורמת התהליך של יצרן ה-IGBT.

מודול IGBT הוא מוצר מוליך למחצה מודולרי המורכב משבב IGBT ודיודת התאוששות מהירה (FWD) הארוזים דרך גשר מעגלים ספציפי. שבבים מרובים משולבים וארוזים במודול באמצעות בידוד. בטיחותו ואמינותו משופרות ביעילות, והוא מתאים יותר לעבודה בתרחישי מתח גבוה וזרם גבוה. מודול IPM החכם משלב התקני IGBT, מעגלי הנעה ומעגלי הגנה במודול אחד. מכיוון שיש לו את הפונקציות של אבחון והגנה עצמית של מעגלים, הוא חכם יותר ממודולי IGBT רגילים ומשמש לעתים קרובות במכשירי חשמל ביתיים להמרת תדרים.

כיום, אינפיניון IGBT התפתחה לדור השביעי של מוצרים, ויצרנים מקומיים מדביקים בהדרגה את הרמה המתקדמת בעולם. ביותר מ-30 שנה, בין השנים 1988 ל-2019, אינפיניון הוציאה סך של 7 דורות של מוצרי IGBT. הרמה הטכנית התפתחה לקראת צמצום שטח השבב, רוחב קו התהליך, ירידת מתח הרוויה במצב מופעל, זמן כבוי, אובדן הספק והגדלת מתח במצב כבוי. למרות ששוק ה-IGBT המקומי כיום תפוס בעיקר על ידי חברות זרות, עם ההשקעה המתמשכת במחקר ופיתוח על ידי יצרנים מקומיים, טכנולוגיית המוצר ממשיכה להדביק את הרמה המתקדמת בעולם.

לדוגמה, שבב ה-IGBT מהדור השני שפותח באופן עצמאי על ידי Star Semiconductor מושווה לשבב ה-IGBT מהדור השישי של Infineon (FS-Trench), והוא יוצר באופן המוני בשנת 2016. סך של 160,000 סטים של מודולי IGBT ברמת רכב הורכבו בשנת 2019; למוצרי IGBT4.0 של BYD יש הפסדי מיתוג נמוכים יותר, יכולות פלט זרם חזקות יותר וחיי מחזור טמפרטורה ארוכים יותר מאשר ה-IGBT הדור הרביעי המרכזי של Infineon בשוק.

שוק ה-IGBT העולמי לרכבי אנרגיה חדשים יגיע ל-4.4 מיליארד דולר בשנת 2025, עם קצב צמיחה שנתי ממוצע (CAGR) של 48.8%. על פי נתוני Yole, גודל שוק ה-IGBT העולמי לרכבי אנרגיה חדשים היה 600 מיליון דולר בשנת 2019. נתוני EVSalesBlog הודיעו כי המכירות העולמיות של כלי רכב היברידיים נטענים וכלי רכב חשמליים המונעים בסוללות טהורות בשנת 2019 היו כ-2.2 מיליון דולר. מכאן, ניתן להסיק כי הערך הממוצע של אופניים עם IGBT הוא 273 דולר (המהווים 83% מערך מוליכים למחצה להספק לאופניים). בהתחשב ביכולת הייצור הנוכחית של ופלים למחצה העולמית, צפוי כי השנה ייעשה שימוש במוליכים למחצה חדשים להספק לרכבי אנרגיה. המחירים עדיין יישארו ברמה גבוהה, וערך האופניים העתידיים יעלה בהדרגה עם העלייה במגמות החשמול וחדירת המנועים הכפולים. בהכפלת תחזית המכירות העולמית של רכבי אנרגיה חדשים של EVtank לשנים הקרובות, צפוי שוק ה-IGBT העולמי לרכבי אנרגיה חדשים לגדול מכ-600 מיליון בשנת 2020 ל-4.4 מיליארד דולר בשנת 2025, עם שיעור צמיחה מצטבר של כ-48.8%.

2.2. ל-SiC ביצועים טובים יותר והוא צפוי להפוך לטכנולוגיית הדור הבא

להתקני כוח המבוססים על חומרי מוליכים למחצה מהדור השלישי יש יתרונות ביצועים טובים יותר. בהשוואה לחומרי מוליכים למחצה מבוססי סיליקון, לחומרי מוליכים למחצה מהדור השלישי המיוצגים על ידי GaN ו-SiC יש פערי אנרגיה רחבים יותר, שדות חשמליים גבוהים יותר של פריצה, מוליכות תרמית גבוהה יותר, שיעורי רוויה גבוהים יותר של אלקטרונים ועמידות גבוהה יותר לקרינה, והם מתאימים יותר לייצור התקנים בטמפרטורה גבוהה, בתדר גבוה, עמידים לקרינה והספק גבוה.

על פי נתוני Infineon, ממירים מחומר SiC קטנים פי 3 ופי 4 בנפח ובמשקל בהשוואה לממירים מבוססי חומר Si בהתאמה; נתוני Rohm מראים שביישום, תדר המיתוג של SiCMOSFET יכול להגיע ליותר מ-50 קילו-הרץ (בעוד שתדר המיתוג של IGBT מרכזי הוא עד 20 קילו-הרץ), ואובדן האנרגיה נמוך ב-73% מזה של IGBT מבוסס Si. ל-MOSFETs מבוססי SiC יתרונות ביצועים גבוהים יותר וגודל קטן יותר בהשוואה ל-IGBTs.

חלק מהדגמים היוקרתיים אימצו טרנזיסטורי MOSFET מבוססי SiC, דבר הצפוי להפוך לכיוון הפיתוח העתידי. טסלה מודל 3 הוא הדגם הראשון המשלב מודול כוח SiC מלא. הוא הושלם על ידי מחלקת התכנון ההנדסי של טסלה בשיתוף פעולה עם STMicroelectronics. באופן מיידי, אינפיניון הפכה גם לספקית של מודולי כוח SiC של טסלה מודל 3. בנוסף, גרסת ההנעה לכל הגלגלים של BYD Han EV הפכה לדגם המקומי הראשון המצויד ברכיבי SiCMOSFET בקבוצות, ויעילות הבקרה האלקטרונית SiC הכוללת שלו גבוהה ביותר מ-97%.

כיום, יצרנים מקומיים גם פורסים באופן פעיל יישומי ייצור SiC. לדוגמה, חברת China Resources Micro השיגה ביולי 2020 ייצור המוני של קו הייצור המסחרי הראשון של SiC בגודל 6 אינץ' בסין, עם כושר ייצור מתוכנן של 1,000 יחידות לחודש. לחברת New Clean Energy יש גם מספר פטנטים הקשורים למחצה מדור שלישי והיא צפויה להשיק סדרה של מוצרי דיודה SiC. בעתיד, היא תתמקד ביישומי רכב אנרגיה חדשה.

נכון לעכשיו, SiC כפוף לגורמי עלות ותפוקה, וייקח זמן עד לאימוץ נרחב בקנה מידה גדול. נכון לעכשיו, גדלי מצעי SiC המיינסטרים הבינלאומיים הם 4 אינץ' ו-6 אינץ'. בשל שטח הפרוסות הקטן ויעילות חיתוך השבבים הנמוכה, עלות מצעי SiC גבוהה. תפוקות הייצור והאריזה הנמוכות בתהליכים הבאים גורמות לעלות התקני SiC להישאר גבוהה.

על פי נתונים מהאקדמיה הסינית למדעים, מחירו של SiCMOSFET גבוה פי 4 ממחירו של SiIGBT באותה רמה. התקני בקרה אלקטרוניים ברמת רכב חייבים לעמוד במדדי ביצועים מחמירים יותר ולשמור על פעולה יציבה בטמפרטורות קיצוניות וסביבות רעידות חזקות. לכן, לפני כניסתם למוצרים הסופיים, SiCMOSFET צריך לעבור הסמכת אמינות לטווח ארוך. באופן כללי, תקופת ההסמכה עבור מודולי IGBT ברמת רכב היא כשנתיים.

  3  שלושת המחסומים העיקריים של מוצר, תהליך ויתרון של ראשונים בונים חפיר חזק

3.1. סביבת העבודה המורכבת מציבה דרישות גבוהות ביותר לבטיחות ולאמינות של IGBTs ברמת רכב.

1) צורך להסתגל לתנאי עבודה גבוהים ונמוכים של "חמים במיוחד" ו"קרים במיוחד": ל-IGBTs ברמת רכב יש טווח טמפרטורות פעולה רחב, ולמיקומי התקנה שונים יש טווחי טמפרטורות שונים, כגון דרישות תא המנוע -40℃-155℃, דרישות בקרת גוף -40℃-125℃, בעוד שבבים ורכיבים צרכניים קונבנציונליים צריכים להגיע רק ל-0℃-70℃.

2) צורך לעמוד בשינויים תכופים בזרם הנגרמים כתוצאה מהתנעות ועצירות תכופות: כלי רכב נתקלים לעתים קרובות בהתנעות ועצירות תכופות בתנאי כביש עמוסים. בשלב זה, זרם הפעולה של מודול ה-IGBT של המגבר והממיר יעלה וירד לעתים קרובות בהתאם, וכתוצאה מכך יתרחשו שינויים מהירים בטמפרטורת הצומת של ה-IGBT, דבר הדורש עמידות גבוהה לטמפרטורה וביצועי פיזור חום של ה-IGBT.

3) נדרש עמידות גבוהה לרעידות אדמה: עקב חוסר הוודאות בתנאי הרכב, כגון הרים, בוץ, דרכי חצץ וכו', רכיבי IGBT לרכב עלולים להיות נתונים לרעידות ולמהמורות גדולות בזמן נהיגה. כל מסוף של מודול ה-IGBT נדרש להיות בעל חוזק מכני חזק מספיק כדי שיוכל לפעול כרגיל בתנאי רטט חזקים.

4) יכולת הסתגלות לסביבות עבודה קשות: בהתחשב בעובש, אבק, מים, סביבה טבעית מלוחה-בסיסית (חוף ים, שלג, גשם וכו'), EMC וסחיפה מזיקת של גזים, דרישות גבוהות ביותר מוצבות לביצועי הבטיחות של IGBTs כגון עמידות למים, אבק וקורוזיה. תחת הפרעות אלו, IGBT אינו יכול להשפיע על עבודתו באופן בלתי נשלט וגם לא להפריע לציוד אחר ברכב (אוטובוס בקרה, מיקרו-בקר, חיישנים).

5) עליו להיות בעל חיי שירות ארוכים ושיעור כשל נמוך. אורך החיים המתוכנן של רכב כללי הוא כ-15 שנים או 600,000 קילומטרים. לאורך מחזור החיים, הדרישה הבסיסית של יצרני רכב לשיעורי כשל של מוליכים למחצה לרכב היא PPM חד-ספרתי (חלק אחד למיליון). רוב יצרני הרכב דורשים שזה יהיה ברמת PPB (חלק למיליארד), כמעט ללא סובלנות לכשל.

3.2. תהליך התכנון, הייצור והאריזה של IGBT לרכב הוא קשה

תכנון שבבי IGBT לרכב חייב להבטיח איזון בין הפעלה וכיבוי, התנגדות לקצר חשמלי וירידת מתח הולכה, ואופטימיזציה של פרמטרים היא מיוחדת ומורכבת מאוד. שבבי IGBT לרכב פועלים בדרך כלל בסביבות של זרם גבוה, מתח גבוה ותדר גבוה. תכנון השבב צריך להבטיח שההפעלה והכיבוי, התנגדות לקצר חשמלי וירידת מתח הולכה (בקרת חום) יהיו מאוזנים. תכנון השבב, כוונון ואופטימיזציה של הפרמטרים הם מיוחדים ומורכבים מאוד.

הקשיים העיקריים בתהליך תכנון השבבים הם:

(1) תכנון הטרמינל חייב להבטיח אמינות גבוהה תוך השגת גודל קטן ועמידות במתח גבוה;

(2) תכנון התא חייב להשיג צפיפות זרם גבוהה תוך הבטחת שטח עבודה רחב ובטוח, הדורש יכולות פיזור חום גבוהות במיוחד;

(3) תכנון התא חייב להשיג צפיפות זרם גבוהה תוך הבטחת יכולת קצר חשמלי מספקת;

תהליך הייצור קשה: היריעות נשברות בקלות, ונקודת ההיתוך של המתכת הקדמית מוגבלת, מה שמקשה על שליטה בטמפרטורת החישול. כאשר ה-IGBT מופעל, ניתן להתייחס אליו כחוט, והזרם עובר אנכית דרך ה-IGBT מלמעלה למטה עד שהוא מגיע למנוע ההנעה.

1) ככל שהשבב דק יותר, כך ההתנגדות התרמית קטנה יותר, אך היא נשברת בקלות. תהליך דילול: ככל שהשבב דק יותר, כך מסלול הזרם קצר יותר, והאנרגיה שאובדת על השבב תפחת בהתאם, וחיי הסוללה של הרכב יהיו ארוכים יותר. בסוף 2018, BYD הודיעה כי היא יכולה לדלל פרוסות סוללות (wafers) לעובי של 120 מיקרון, בעוד שניתן לדלל את שבבי ה-IGBT של Infineon לעובי של עד 40 מיקרון. עיבוד נוסף על פרוסות סוללות ושבבים בעובי זה קשה מאוד מבחינה טכנית וקל לשבירה.

2) תהליך הצד האחורי חייב להתבצע בטמפרטורה נמוכה, אחרת הוא יגרום בקלות להתכה של המתכת הקדמית. תהליך הצד האחורי: כולל השתלת יונים בצד האחורי, הפעלת חישול, מטליזציה בצד האחורי ושלבי תהליך אחרים. עקב מגבלת נקודת ההיתוך של המתכת הקדמית והדילול המתמשך של שבבי IGBT, תהליכים אלה בצד האחורי חייבים להתבצע בטמפרטורות נמוכות (לא יעלו על 450 מעלות צלזיוס), אחרת הם יובילו בקלות להתכה של המתכת הקדמית ולהפעלת חישול קשה ביותר.

המחסומים הטכניים לריתוך והדבקה של אריזת מודולי IGBT הם גבוהים. IGBTs לרכב משמשים בעיקר בצורת מודולים. מבנה אריזת המודול נועד לארוז התקני מוליכים למחצה נפרדים בתוך המודול באמצעות שיטה משולבת כלשהי. מודול IGBT צריך בדרך כלל לעבור תשעה תהליכים בסך הכל של תיקון, ריתוך, ניקוי פלזמה, זיהוי קרני רנטגן, הדבקה, מילוי וריפוי דבק, יציקה, בדיקה וסימון לפני שניתן להוציאו לשוק. ביניהם, ריתוך והדבקה הם ההיבטים הקשים ביותר של טכנולוגיית אריזת המודולים.

(1) ריתוך: קשה לשלוט בפרמטרים העדכניים ביותר של תהליך חיבור טלאי מסונטר כסף בטמפרטורה נמוכה, ועלות החומרים והציוד גבוהה, מה שהפך למחסום כניסה. כיום, טכנולוגיית הריתוך המרכזית היא הלחמה. אך טכנולוגיה זו מייצרת תוצאות פחות עקביות ואמינות. לשם כך פותח תהליך חיבור טלאי מסונטר כסף בטמפרטורה נמוכה. לשכבת ההלחמה של תהליך זה יתרונות של מוליכות תרמית גבוהה, מוליכות חשמלית גבוהה ואמינות גבוהה. עם זאת, טכנולוגיה זו קשה מאוד. קביעת פרמטרי התהליך, העלות הגבוהה של רכישת הציוד והעלות הגבוהה של אבקת הכסף המשמשת בייצור הפכו למחסומים המגבילים את היצרנים מלהשתמש בטכנולוגיה זו. נכון לעכשיו, רק חברות מתקדמות המיוצגות על ידי אינפיניון ומיצובישי השתמשו בסינטור כסף בטמפרטורה נמוכה לריתוך בחלק ממודולי ה-IGBT בעלי הביצועים הגבוהים שלהן.

(2) חיבור: יש קושי תהליך גבוה. כיום, חוטי החיבור הנפוצים לחיבור פנימי של מודולי IGBT על פני השבב הם חוטי אלומיניום וחוטי נחושת. לחוט הנחושת התנגדות נמוכה, מוליכות תרמית גבוהה ומקדם התפשטות נמוך, מה שהופך אותו מתאים יותר למודולים לרכב בעלי צפיפות הספק גבוהה ופיזור חום יעיל. עם זאת, הקושי בתהליך חיבור חוטי הנחושת הוא שהוא דורש טיפול במתליזציה של נחושת על פני השבב ודורש אנרגיה אולטרסאונד גבוהה יותר, מה שעלול לפגוע בשבב ה-IGBT עצמו. 1) לנחושת יש זיקה חזקה לחמצן והיא דורשת איטום קפדני ותפעול מהיר. חוטי נחושת יתחמצו מיד כאשר הם באים במגע עם אוויר. באופן עקרוני, ניתן להשלים את האריזה תוך 48 שעות מרגע האריזה. חוט נחושת מחומצן קשה יותר, קשה לחבר אותו ונוטה ליפול חיבורי הלחמה או בעל חוזק מתיחה נמוך. 2) במהלך תהליך החיבור, קשה לשלוט בזרימת גז אינרטי מגן. על מנת להפחית את מידת חמצון הנחושת, יש להוסיף גז מגן לאזור חימום השבב הנוטה לחמצון. זרימה גדולה מדי תשפיע על טמפרטורת החימום, וזרימה קטנה מדי תחליש את האפקט המגן. 3) דרישות החומר לייצור מתקני ריתוך בלחץ הן מחמירות. פני השטח של המתקן חייבים להיות חלקים כדי להבטיח שהמנשא והפינים אינם רופפים, אחרת הדבר ישפיע ישירות על סדרה של בעיות בחוטי ריתוך כגון בעירה לקויה של הכדור, חוטים קצרים וחוטים מעוותים במהלך תהליך ריתוך המוצר. 4) הגדרות פרמטרים של ציוד הדבקה חייבות לקחת בחשבון באופן מקיף גורמים כגון כוח ריתוך, הספק המתנה והאפשרות של מכתשים, שקשה לאזן ולשלוט בהם. בעיות בכל שלב יגרמו לכשל בהדבקה.

3.3. יתרון ברור של "ראשון המכר": מחזור הסמכה ארוך ועלויות החלפה גבוהות

בשל דרישות האמינות הגבוהות של IGBTs לרכב, מחזור ההסמכה שלהם ארוך ועלויות ההחלפה גבוהות. לחברות חלוצות יש יתרונות ברורים של "ראשונים".

1) ההסמכה היא קפדנית ומחזור הזמן ארוך. התקני או מודולים בדידים של IGBT חייבים לעמוד בתקני האמינות AECQ100 (IC)/101 (התקנים בדידים), תקן ניהול האיכות ISO/TS1649 ותקן הבטיחות הפונקציונלית ISO26262ASILB (D) לפני שהם זכאים להיכנס לשרשרת האספקה ​​של יצרני רכב מהשורה הראשונה. מחזור ההסמכה הוא בדרך כלל לפחות שנתיים.

2) עלות החלפה גבוהה. מודול ה-IGBT הוא רכיב מפתח במוצרים במורד הזרם, האחראי על ויסות המתח, הזרם, התדר, הפאזה וכו' במעגל. ביצועיו, יציבותו ואמינותו הם קריטיים ללקוחות במורד הזרם. לקוחות נוטים להיזהר מספקי IGBT חדשים. הם לא רק מעריכים באופן מקיף את חוזקו של הספק באופן תיאורטי, אלא גם מקבלים החלטות רכישה בכמות גדולה לאחר בדיקות מוצר בודדות, בדיקות מכונה מלאות, ניסויים מרובים באצוות קטנות וכו'. עלות ההחלפה גבוהה ומחזור קבלת החלטות הרכישה ארוך.

3) עסקי ה-IGBT דורשים צבירת ניסיון ארוך טווח כדי להגיע לרמת ידע טובה. שבבי IGBT ושבבי דיודה עם התאוששות מהירה הם חוליות מפתח במודולי IGBT. יש להם שלבי ייצור רבים ומשתמשים בציוד ייצור רב. ארגון הייצור, הבקרה, איתור שגיאות בציוד ועבודות אחרות הן מורכבות. לדוגמה, הבחירה והעיבוד של חומרי פיזור חום, מידת הדילול, הריכוז, הכמות והמהירות של שתי הזרקות יוני זרחן, בקרת טמפרטורת התהליך בצד האחורי והציוד בכל חוליה, כולם דורשים ניסיון רלוונטי ארוך טווח כדי לשלוט בתהליך תכנון וייצור השבבים.

יישומי רכב אנרגיה חדשים דורשים לעתים קרובות ייצור המוני של מודולי IGBT בעלי אמינות ויציבות גבוהות. נדרשת תקופה ארוכה של צבירת ניסיון כדי להבין את מאפייני הציוד והחומרים ולשלוט בתהליך הייצור. אם ניקח לדוגמה את תהליך הטלאים, הוא כרוך בקביעת מיקום השבב, מקדמי ההתפשטות התרמית והמאפיינים של חומרים שונים, קביעת עקומת הזרימה החוזרת של תנור הזרימה החוזרת ופרמטרים אחרים. תהליכי ייצור אלה דורשים ניסויי מחקר ופיתוח ארוכי טווח כדי למצוא את הפתרון המתאים.

4) חסמים פיננסיים גבוהים. תעשיית ה-IGBT היא תעשייה עתירת הון. שרשרת התעשייה מכסה תכנון שבבים, ייצור שבבים, ייצור מודולים ובדיקות. ציוד הייצור והבדיקה שלה דורש ייבוא, ועלות הציוד גבוהה. במקביל, מחקר ופיתוח מוצרים ופיתוח שוק אורכים זמן רב. בנוסף, הביקוש להון חוזר עבור חברות ייצור IGBT הוא גם גדול. שחקנים חדשים מתמודדים לעתים קרובות עם השקעות גדולות ותפוקה נמוכה בשלב המוקדם. הם זקוקים לגיבוי פיננסי חזק כדי להמשיך במחקר ופיתוח מוצרים, ייצור ומכירות.

בסך הכל, גם אם חברה חדשה מייצרת מוצרי IGBT, ייקח זמן רב לזכות בהכרה מצד הלקוחות ולהגיע לרמת ידע טובה. במקביל, היא תתמודד גם עם קשיים של השקעות הון גדולות לטווח ארוך ופיתוח שוק. לחברות "ראשונות" יש יתרונות ברורים של "ראשונות".

  4  הנוף התחרותי של תעשיית ה-IGBT לרכב מצוין, אך שיעור הלוקליזציה עדיין נמוך

נוף התחרות ריכוזי, כאשר נתח השוק הכולל של CR4 עומד על 81%; עם זאת, שיעור הלוקליזציה נמוך, כאשר רק שלוש חברות מקומיות נמצאות ברשימה המקוצרת של 10 המובילות. על פי נתוני Omdia לשנת 2019, עשרת ספקי מודולי ה-IGBT המובילים בעולם מהווים 75.6% מנתח השוק. מבנה השוק ריכוזי ודפוס התחרות טוב.

על פי נתוני ה-NE Times, בשנת 2019 הורכבו בסין 1.08 מיליון סטים של מודולי IGBT לרכב, מתוכם אינפיניון החזיקה בנתח שוק של 58.2% עם 628,000 סטים, והובילה את השוק. BYD Microelectronics דורגה במקום השני, עם 194,000 יחידות שהורכבו, המהוות 18%. Mitsubishi Electric ו-Semikron דורגו במקום השלישי והרביעי בהתאמה, עם נתחים של 5.2% ו-3%. Star Semiconductor דורגה במקום החמישי, עם נתח של 1.6%. יצרנית מקומית נוספת, CRRC Times Electric, דורגה במקום התשיעי, עם נתח של 0.8%. בשנת 2019, ארבעת היצרניות המובילות של מודולי IGBT לרכבי אנרגיה חדשים רשמו נתח משולב של 81.4%, דבר המצביע על דפוס אוליגופול. מבין היצרנים המקומיים, רק שלוש חברות, BYD Microelectronics, Star Semiconductor ו-CRRC Times Electric, נמנות בין עשרת המובילות מבחינת נתח שוק, המהוות 20.4%, עם שיעור לוקליזציה נמוך.

מנקודת מבט של כיסוי מתח, כיסוי קו מוצרי ה-IGBT של מפעלים מקומיים הופך להיות מקיף יותר ויותר. ליצרנית המקומית Star Semiconductor יש כיום אחד מקווי המוצרים המקיפים ביותר של מודולי IGBT במדינה, המכסה מגוון רחב של תחומי יישומים, החל ממתח גבוה (3300V) ועד מתח בינוני ונמוך (600V); CRRC Times Electric מתמקדת בעיקר ברכבות מהירות, רכבות מהירות וחלוקות משנה אחרות, וכיום יש לה תחרותיות מסוימת בעיקר בתחום המתח הגבוה מעל 4500V.

מוצרי Infineon מכסים לחלוטין את תחומי היישומים במורד הזרם של כל רמות המתח, בעוד ש-ABB מתמקדת בעיקר במוצרים למתח גבוה ולרמות המתח הגבוהות ביותר. בסך הכל, מוצרי ה-IGBT של מפעלים במימון מקומי מכסים את כל השוק, ממתח נמוך ועד מתח גבוה, והמערך בתחום המתח הנמוך יחסית מלא. עם זאת, בהשוואה ליצרנים זרים, עדיין יש צורך לחזק את המכשירים הבדידים להספק בתחום המתח הגבוה.

  5    גורמים מרובים מאיצים את התחלופה המקומית ומקדמים עלייה במניות

ככל שחיכוכים בסחר מתעצמים, הצורך במוליכים למחצה אוטונומיים ובעלי בקרה הופך דחוף יותר ויותר. בשנים האחרונות, חיכוכי הסחר בין סין לארה"ב הראו מגמה מתעצמת.

במרץ 2016 ובאפריל 2018, ZTE נכללה פעמיים ב"רשימת הישויות" של ארה"ב. ב-15 במאי 2019, חברת Huawei נכללה ב"רשימת הישויות" ונאסר עליה לשתף פעולה עסקית עם חברות אמריקאיות או לרכוש מהן ציוד תקשורת. כתוצאה מכך, גוגל הפסיקה לספק שירותים ל-Huawei.

ב-15 במאי 2020, ארצות הברית הוציאה שוב איסור חדש נגד וואווי, הדורש מארצות הברית אישור של שבבים המיוצרים באמצעות טכנולוגיה וציוד אמריקאים לפני שניתן יהיה למכור אותם להוואווי. ב-17 באוגוסט 2020, 38 חברות בנות של וואווי נכללו ברשימת הישויות, והאיסור יושם במלואו ב-15 בספטמבר של אותה שנה.

בדצמבר 2020, SMIC נכללה ברשימת החברות הסיניות הקשורות לצבא על ידי ארצות הברית. בהקשר של המצור הטכנולוגי המוגבר של ארצות הברית נגד סין, סין ניצבת בפני סיכונים של התגברות חיכוכי הסחר, שיבושים באספקה ​​ושיתוף פעולה בינלאומי לקוי. דחיפות גוברת ביצירת שרשרת אספקה ​​עצמאית וניתנת לשליטה של ​​מוליכים למחצה ולהאיץ את ההחלפה המקומית.

סין הפכה לשוק צרכני הרכב הגדול בעולם, מה שמציב הזדמנות טובה לפיתוח IGBTs לרכב. בשנת 2019, מכירות הרכבים החדשים בסין הגיעו ל-25.75 מיליון יחידות, המהוות כ-28.5% ממכירות הרכבים החדשים העולמיות, מה שהופך אותה לשוק צרכני הרכב הגדול בעולם. למרות שמספר הרכבים הנוכחי במדינה עולה על 260 מיליון, מספר הרכבים לנפש עדיין רחוק מזו של המדינות המפותחות.

על פי נתוני הבנק העולמי, שיעור בעלות הרכב לנפש במדינתי בשנת 2019 היה 0.173; בארצות הברית הוא היה 0.837, פי 4.8 מזה של סין; ביפן הוא היה 0.591, פי 3.4 מזה של סין. הצפי הוא שמכירות הרכב בסין ימשיכו לעלות בעתיד. שוק צרכני הרכב העצום מספק מרחב רחב לפיתוח חברות ה-IGBT של ארצי ומניח בסיס טוב לפיתוח.

חלקם של יצרני האנרגיה החדשה המקומיים גדל, מה שמאיץ את ההחלפה של IGBTs המיוצרים מקומית. מבחינת כלי רכב המונעים בדלק, עקב תחילתה המאוחרת, התחרותיות של ארצי בתעשיית כלי הרכב המסורתיים המונעים בדלק חלשה. בשלושת הרבעונים הראשונים של 2020, מכירות כלי הרכב הנוסעים במדינה היו 13.38 מיליון יחידות, מתוכן מכירות כלי רכב נוסעים של המותג הסיני היוו רק כ-36%. בתעשיית כלי הרכב החדשים של האנרגיה, ארצי תופסת את הפריסה וביססה יתרונות טכנולוגיים ושוקיים ניכרים.

בשלושת הרבעונים הראשונים של 2020, מכרו רכבי נוסעים חדשים בסין 620,000 יחידות, מתוכן מותגים עצמאיים/יצרני רכב חדשים/מיזמים משותפים זרים היוו 55%, 15% ו-30% בהתאמה. יצרנים מקומיים היוו סך של 70%, נתח גבוה משמעותית מרכבי דלק מסורתיים. בעתיד, ככל ששיעור החדירה של רכבי אנרגיה חדשים יגדל בהדרגה, צפוי כי נתח השוק של יצרני רכב מקומיים יגדל גם הוא, מה שיוביל לעקיפה בפניות. בהקשר של חיכוכי סחר גוברים, יצרני אנרגיה חדשה מקומיים צפויים להשתמש ביותר IGBTs מקומיים עקב חששות לאבטחת שרשרת האספקה, מה שיוביל לעלייה בנתח ה-IGBTs המקומיים.

ליצרנים מקומיים יש יתרונות של יעילות כלכלית ותגובה מהירה, התואמים את המגמה של הפחתת עלויות ושיפור יעילות של כלי רכב המונעים באנרגיה חדשה. בהשוואה למתחרים זרים, ליצרני IGBT מקומיים יש עלויות תקשורת נמוכות עם יצרני רכב, אספקה ​​מהירה, יכולות שירות חזקות ויכולת להגיב במהירות לצורכי הלקוחות במורד הזרם, מה שנותן להם את היתרון של תגובה מהירה. בנוסף, ליצרני מוליכים למחצה מקומיים יש גם יתרונות ביצועי עלות גבוהים ועלויות לוגיסטיקה ועבודה נמוכות, העונים על הצרכים של יצרני כלי רכב המונעים באנרגיה חדשה להפחתת עלויות ולהגברת היעילות ככל שהם מגדילים את החדירה ונתח השוק שלהם.

מדיניות וקרנות תומכות בפיתוח תעשיית ה-IGBT המקומית. ל-IGBT שוק מקומי ובינלאומי עצום, והוא ממלא תפקיד חשוב וחיוני בשדרוג מבנים תעשייתיים, שימור אנרגיה והפחתת פליטות, אנרגיה חדשה ותחומים אחרים. בשנים האחרונות, המדינה השיקה מספר מדיניות לתמיכה בפיתוח תעשיית המוליכים למחצה, כולל IGBT, מהיבטים של פיתוח תעשייתי, מחקר ופיתוח והשקעות פיסקליות ומיסויות.

באוגוסט 2020, פרסמה מועצת המדינה "מספר מדיניות לקידום פיתוח איכותי של תעשיית המעגלים המשולבים ותעשיית התוכנה בעידן החדש" כדי לתמוך באופן מקיף בפיתוח תעשיית המוליכים למחצה מתחומי המימון והמיסוי, השקעות ומימון, מחקר ופיתוח וכו'. תמיכה מקיפה במדיניות תהווה דחיפה יעילה להתפתחות המהירה של תעשיית ה-IGBT.

בנוסף, המדינה מספקת גם תמיכה פעילה ברמה הפיננסית. השלבים הראשון והשני של הקרן הלאומית לתעשיית המעגלים המשולבים (המכונה "הקרן הגדולה") הוקמו גם הם בשנים 2014 ו-2019. השלב הראשון של הקרן הגדולה גייס 138.7 מיליארד יואן, והשלב השני של הקרן הגדולה היה בעל הון רשום של 204.15 מיליארד יואן.

לפי נתונים סטטיסטיים מאתר Jiwei.com, תחומי ההשקעה בשלב הראשון של הקרן הגדולה כוללים: ייצור מעגלים משולבים 67%, עיצוב 17%, אריזה ובדיקה 10% וחומרי ציוד 6%. הודות להשקעות של קרנות גדולות וההון החברתי שהן ממנפות, תעשיית המעגלים המשולבים, כולל IGBT, השיגה פיתוח טוב.

לסיכום, צפוי כי ההחלפה המקומית של IGBT לרכב תאיץ, ותסייע ליצרנים מקומיים להגדיל את נתח השוק שלהם. ראשית: המדינה שלי היא שוק צרכני הרכב הגדול בעולם, והביקוש מצד צרכני הרכב ימשיך לעלות בעתיד, מה שיספק הזדמנות טובה לפיתוח של יצרני IGBT לרכב מקומיים. שנית: חיכוכי הסחר התגברו, והצורך במוליכים למחצה אוטונומיים ובקרה הפך דחוף יותר ויותר. שלישית: יצרנים מקומיים בתעשיית רכבי האנרגיה החדשה מובילים את ניצול היתרון של "ראשונים" וצפויים להשיג עקיפה בפניות. ככל שחלקן של חברות רכבי האנרגיה החדשה המקומיות גדל ובשל שיקולי אבטחת שרשרת האספקה, צפוי כי יותר יצרני מוליכים למחצה מקומיים יטהו להשתמש במוצרים, וחלקם של IGBT מקומיים צפוי לגדול. רביעית: ליצרני IGBT מקומיים יש יתרונות שירות מקומיים כגון ביצועי עלות גבוהים ומהירות תגובה מהירה, העונים על הצרכים של רכבי אנרגיה חדשים להפחתת עלויות ולהגברת היעילות, וצפויים להגדיל את נתח השוק בתחרות עתידית. חמישית: מדיניות וקרנות לאומיות תומכות בפיתוח תעשיית ה-IGBT. בהתבסס על הניתוח לעיל, אנו מאמינים שתהליך ההחלפה המקומי של IGBT לרכב יאיץ וישיג עלייה בנתח השוק.

בנוסף להגדלת נתח השוק שלהם, יצרני IGBT מקומיים ייהנו באופן מלא גם מהצמיחה המהירה של שוק ה-IGBT המקומי לרכב. על פי חישובינו, שוק ה-IGBT החדש לרכבי אנרגיה בסין צפוי להגיע ל-17.7 מיליארד יואן בשנת 2025, עם קצב צמיחה מצטבר של 43.45%. שוק ה-IGBT החדש לרכבי אנרגיה בסין יגיע ל-14.7 מיליארד יואן בשנת 2025, עם קצב צמיחה מצטבר של 43.45%.

שוק ה-IGBT לרכבי אנרגיה חדשים בסין צפוי להגיע ל-17.7 מיליארד יואן בשנת 2025, פי 6 מזה של 2020, עם קצב צמיחה מצטבר של 43.45%. על פי נתוני איגוד הרכב הסיני, מכירות הרכב בסין יעמדו על 25.3 מיליון כלי רכב בשנת 2020. הצפי הוא שמכירות הרכב בסין יגיעו ל-30 מיליון כלי רכב עד 2025, מתוכם מכירות רכבי אנרגיה חדשים בסין יעמדו על 1.32 מיליון יחידות בשנת 2020, ושיעור החדירה של רכבי אנרגיה חדשים הוא 5.22%.

אם שיעור חדירת כלי הרכב החדשים לאנרגיה בסין בשנת 2025 יגיע ל-20% שהוצעו ב"תוכנית פיתוח תעשיית כלי הרכב החדשים לאנרגיה (2021-2035)", מכירות כלי הרכב החדשים לאנרגיה בסין בשנת 2025 יגדלו מ-1.32 מיליון יחידות בשנת 2020 ל-6 מיליון יחידות בשנת 2025. על פי ערך האופניים של מוליכים למחצה להספק לרכבי אנרגיה חדשים שחישבנו לעיל, צפוי ששוק מוליכים למחצה להספק לרכבי אנרגיה חדשים בסין יגיע ל-17.7 מיליארד יואן בשנת 2025, פי 6 מזה של 2020, עם קצב צמיחה מצטבר של 43.45%.

ההערכה היא ששוק ה-IGBT של סין לרכבי אנרגיה חדשים יגיע ל-14.7 מיליארד יואן בשנת 2025, עם קצב צמיחה מצטבר של 43.45%, ו-IGBT ייהנה מכך ביותר. על פי נתוני Yole, גודל שוק ה-IGBT העולמי לרכבי אנרגיה חדשים היה 600 מיליון דולר בשנת 2019. נתוני EVSalesBlog הודיעו כי המכירות העולמיות של כלי רכב חשמליים היברידיים נטענים וכלי רכב חשמליים המונעים בסוללות טהורות בשנת 2019 היו כ-2.2 מיליון דולר. מכך, ניתן לחשב כי הערך הממוצע של אופניים IGBT הוא 273 דולר (המהווים 83% מערך מוליכים למחצה להספק לאופניים), המושפע מהיציקה הצפופה של פרוסות אבק, ובהתחשב ביכולת הייצור הנוכחית של פרוסות אבק של מוליכים למחצה, צפוי שמחיר מוליכים למחצה להספק לרכבי אנרגיה חדשים יישאר ברמה גבוהה השנה, וערך האופניים בעתיד יעלה בהדרגה עם מגמת החשמול והעלייה בחדירה של מנוע כפול. בהכפלת מכירות כלי הרכב החדשים המונעים על ידי אנרגיה בסין, שעמדו על 6 מיליון יחידות בשנת 2025, צפוי גודל שוק ה-IGBT לרכבי אנרגיה חדשים בסין לגדול מכ-2.4 מיליארד בשנת 2020 ל-14.7 מיליארד בשנת 2025, עם שיעור צמיחה מצטבר של 43.45%.

הצפי הוא ששוק ה-IGBT לטעינת רכבי אנרגיה חדשים בסין יגיע ל-10.9 מיליארד יואן בשנת 2025, עם קצב צמיחה מצטבר של 35%. נכון לעכשיו, מחזור הגריטה של ​​רכבי אנרגיה חדשים הוא בין 8 ל-10 שנים. על פי חישובי מכירות רכבי אנרגיה חדשים בכל שנה שהוזכרה לעיל, צפוי שמספר רכבי האנרגיה החדשים יגיע ל-22.46 מיליון בשנת 2025.

עם התקדמות התשתיות החדשות, בהנחה שמרנית שיחס הרכב לעמוד הטעינה יגדל ל-2:1 עד שנת 2025, ניתן לחשב שמספר עמודי הטעינה בשנת 2025 יהיה כ-11.23 מיליון. מכיוון שמדיניות התשתיות החדשה מתמקדת בבניית עמודי טעינה ציבוריים, צפוי ששיעור עמודי הטעינה הציבוריים יגדל מ-48% בשנת 2020 ל-50% בשנת 2025. בנוסף, עקב העלייה בביקוש לטעינה מהירה, צפוי ששיעור עמודי הטעינה הזרם ישר בעמודי הטעינה הציבוריים יגדל מ-38% בשנת 2020 ל-50% בשנת 2025.

על פי נתוני הכרזת המכרז לפרויקט עמודי טעינה של חברת State Grid לאורך השנים, חישבנו כי המחיר הממוצע של עמוד טעינה ציבורי של זרם ישר בהספק 60 קילוואט, שהוא הכוח העיקרי המגיש במכרז, ירד מ-1.15 יואן/וואט בשנת 2017 ל-0.9 יואן בשנת 2019. (מחיר מכונה בודדת ירד מ-69,000 יואן בשנת 2017 ל-54,000 יואן בשנת 2019); המחיר הממוצע של מכונה בודדת בעמודי טעינה ציבוריים של זרם חילופין ירד מ-9,500 יואן בשנת 2017 ל-5,400 יואן בשנת 2019.

בהתבסס על המחקר שלנו על מחירי ערימות הטעינה הפרטיות של יצרני רכבי אנרגיה חדשים בשוק, חישבנו שמחירן של ערימות הטעינה הפרטיות ירד מ-12,700 יואן ליחידה בשנת 2017 ל-7,800 יואן ליחידה בשנת 2020. בחישוב ש-IGBT מהווה כ-20% מעלות ערימות הטעינה, צפוי שגודל שוק ה-IGBT המקומי לערימות טעינה יגיע ל-10.9 מיליארד יואן בשנת 2025, עלייה של פי 3.4 מ-2.5 מיליארד יואן בשנת 2020, עם קצב צמיחה שנתי מצטבר של 34.5%.

  6    קשה להקל על כושר הייצור הדל בטווח הקצר, ופריחת מוליכים למחצה להספק ממשיכה לעלות.

כושר הייצור של 8 אינץ' צפוף ומפעל היציקה נמצא בתפוקה מלאה. בשנת 2020, המסחור של 5G ו"כלכלת ההישארות בבית" שנגרמה על ידי המגפה האיצו את הטרנספורמציה הדיגיטלית של החברה. שוק ציוד הקצה כגון מכוניות, מכשירי חשמל ביתיים ומכשירים דיגיטליים המשיך להתאושש, מה שהגביר משמעותית את צמיחת הביקוש למוליכים למחצה.

בנוסף, המגפה באירופה ובארצות הברית טרם נשלטה במלואה, וגורמים כמו התחזית הלא ודאית ליחסי הסחר בין סין לארה"ב הניעו את יצרני השבבים להגדיל את מלאי הבטיחות. התהודה של גורמים מרובים גרמה להיצע כושר הייצור של יציקת פרוסות ופלים לעלות על הביקוש, וקיבולת הייצור של 8 אינץ' של יצרני יציקת פרוסות ופלים גדולים קרובה לתפוקה מלאה. החברות המתקדמות ביותר בעולם, שיעור ניצול הקיבולת של הואהונג הונגלי ברבעון השלישי של 2020 עלה על 100%, ושיעורי ניצול הקיבולת של UMC ו-SMIC היו גם הם ברמה גבוהה של 95%.

הזמן עד שיגיע כושר הייצור הגלובלי של פרוסות ופלים חדשות לייצור מלא מרוכז בעיקר בשנים 2023-2025, וקשה לפתור את בעיית כושר הייצור הצפוף בטווח הקצר. מנקודת מבט של כושר הייצור העולמי, על פי נתוני ICInsights, צפוי כי כושר הייצור העולמי של פרוסות ופלים חדשות (שווה ערך ל-8 אינץ') יעמוד על כ-17.9 מיליון יחידות בשנת 2020, ו-20.8 מיליון יחידות יתווספו בשנת 2021. עם זאת, עקב רכישת ציוד, ניפוי שגיאות, אימות לקוחות וסיבות אחרות, תקופת הגדלת כושר הייצור של מפעלי ייצור פרוסות ופלים ארוכה יחסית, בדרך כלל סביב 3-5 שנים. חלק זה של כושר הייצור החדש צפוי להגיע לייצור מלא בשנים 2023-2025, מה שמקשה על פתרון בעיית כושר הייצור הצפוף בטווח הקצר.

כושר הייצור המקומי של מוליכים למחצה הנמצא בבנייה שווה ערך לכ-27.96 מיליון יחידות בגודל 8 אינץ' בשנה, שרובן יוכנסו לייצור בשנת 2022. עם זאת, בהתחשב בכך שעדיין תהיה תקופת הגדלת ייצור ארוכה לאחר הכנסת קו הייצור החדש, קשה להקל על כושר הייצור הדל בטווח הקצר. על פי הנתונים הסטטיסטיים הלא שלמים שלנו, כושר הייצור המקומי הנוכחי של מוליכים למחצה הוא כ-2.88 מיליון יחידות לחודש (שווה ערך לפלים בגודל 8 אינץ', כולל ופלים מבוססי סיליקון ופלים מבוססי מוליכים למחצה מורכבים), וקיבולת הייצור המקומית הכוללת של מוליכים למחצה הנמצאת בבנייה היא כ-2.33 מיליון יחידות לחודש (27.96 מיליון יחידות לשנה). רוב קווי הייצור החדשים יוכנסו לייצור בשנת 2022. עם זאת, בהתחשב בכך שעדיין קיימת תקופת הגדלת כושר הייצור של 3-5 שנים לאחר הכנסת קווי הייצור החדשים, לא ניתן להשיג ייצור מלא במהירות. צפוי כי עדיין יהיה קשה להקל על המחסור בכושר הייצור בטווח הקצר.

ההערכה היא שעד שנת 2025, מספר פרוסות ה-8 אינץ' הנדרשות עבור מודולי IGBT ברמה עולמית לרכב יגיע ל-1.69 מיליון, עלייה של פי 5.4 בהשוואה לשנת 2020. נכון לעכשיו, ישנם שני סוגים של כלי רכב חשמליים בשוק: בעלי מנוע יחיד וכלי רכב כפולים. כיום, כלי רכב חשמליים מרכזיים משתמשים בתצורה של מנוע יחיד. עם זאת, עם שיפור טכנולוגיית ייצור כלי רכב חשמליים בעתיד, שיעור החדירה של כלי רכב חשמליים בעלי מנוע כפול שיכולים לספק לרכבים ביצועים גבוהים יותר יגדל.

ברכבי אנרגיה חדשים, כל מנוע משתמש בממיר, וכל ממיר משתמש במודול IGBT. לאור הביצועים המצוינים של מנועים כפולים, אנו מניחים ששיעור החדירה שלהם יגיע ל-20% בשנת 2025. ניתן להעריך שבשנת 2025 העולם יצטרך להרכיב מודולי IGBT עבור 12 מיליון כלי רכב חשמליים ו-14.4 מיליון מנועים. נכון לעכשיו, 10-18 שבבי IGBT ארוזים במודול IGBT יחיד ברמת רכב (מספר השבבים משתנה עקב רמות מתח שונות של מודולי IGBT). חישוב של ממוצע של 15,216 מיליון שבבי IGBT נדרשים. בהתבסס על החישוב שכל פרוסה בגודל 8 אינץ' יכולה לחתוך כ-128 שבבי IGBT, צפוי שהביקוש העולמי לפלסטיק בגודל 8 אינץ' עבור מודולי IGBT ברמת רכב בלבד יגיע ל-1.69 מיליון יחידות בשנת 2025, עלייה של פי 5.4 בהשוואה לשנת 2020.

העלייה במחירי הוופלים הועברה למורד הזרם של שרשרת התעשייה, ופריחת המוליכים למחצה ממשיכה לעלות. הביקוש למסופים ממשיך לגדול, כושר הייצור הקיים של בתי היציקה כבר במלוא התפוקה, וקיבולת הייצור החדשה לא ניתנת להגדלה מהירה בטווח הקצר. הסתירה בין היצע לביקוש הובילה לעלייה במחירי בתי היציקה של הוופלים.

TSMC ביטלה את ההנחה של 3% עבור יציקת פרוסות 12 אינץ' ללקוחות גדולים. UMC העלתה באופן עקבי את מחיר יציקת פרוסות 8 אינץ' שלה, ולאחר מכן העלתה את מחיר יציקת פרוסות 12 אינץ'. העלייה במחירי היציקה הותירה תוקף מיידי ליצרנים בחלקים התחתונים של שרשרת התעשייה, כאשר רוב היצרנים העלו את מחיריהם ביותר מ-10%. ביניהם, Renesas Electronics הודיעה כי מחיריהם של חלק ממוצרי האנלוג והספק יעלו ב-15% עד 100%. חברות כמו Infineon, שנהנו מעליית מחירי המוצרים, האריכו את זמני האספקה. הצפי הוא ששגשוג שרשרת תעשיית המוליכים למחצה ימשיך לעלות.

הצהרת אחריות: מאמר זה נכתב על ידי "Future Think Tank", התומך בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור המקורי ואת המחבר בעת הדפסה חוזרת. אם ישנה הפרה כלשהי, אנא צרו עמנו קשר כדי למחוק אותה.