Semikonduktor daya otomotif mengalami peningkatan hampir 7 kali lipat dalam 5 tahun, dengan IGBT menjadi yang paling diuntungkan.

Didorong oleh dukungan kebijakan serta upaya konservasi energi dan pengurangan emisi, penetrasi kendaraan energi baru semakin meningkat. Diperkirakan tingkat penetrasi kendaraan energi baru domestik akan mencapai 20% pada tahun 2025, dan tingkat penetrasi kendaraan energi baru di Uni Eropa akan mencapai 40% pada tahun 2030. Tren elektrifikasi otomotif telah sangat meningkatkan nilai semikonduktor daya yang digunakan dalam otomotif. Menurut statistik Infineon, harga jual rata-rata (ASP) semikonduktor daya akan meningkat secara signifikan dari US$71 untuk kendaraan berbahan bakar tradisional menjadi US$330 untuk kendaraan hibrida plug-in/listrik murni, yang merupakan 4.6 kali lipat dari kendaraan berbahan bakar tradisional. Menurut perhitungan kami, pasar semikonduktor daya otomotif global diperkirakan akan mencapai US$8 miliar pada tahun 2025. Pasar semikonduktor daya kendaraan energi baru global akan mencapai US$5.3 miliar pada tahun 2025, 7.3 kali lipat dari tahun 2020, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 48.8%. Dalam sepuluh tahun mendatang, pasar IGBT untuk stasiun pengisian daya kendaraan energi baru di Tiongkok, Amerika Serikat, dan Eropa akan mengalami pertumbuhan sebesar US$9.4 miliar. Saat ini, IGBT dan MOSFET terutama digunakan dalam semikonduktor daya otomotif. IGBT merupakan komponen inti dari inverter utama sistem penggerak listrik pada kendaraan energi baru dan dapat digunakan dalam rangkaian inverter bantu, rangkaian chopper DC/DC, OBC (pengisian daya/inverter), dll. Nilai satu unit IGBT per kendaraan mencapai US$273, yang mencakup 83% dari harga jual rata-rata (ASP) semikonduktor daya otomotif, yang merupakan mayoritas absolut. Kami memperkirakan bahwa pasar IGBT kendaraan energi baru global akan mencapai US$4.4 miliar pada tahun 2025, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sekitar 48.8%. Ini adalah jenis semikonduktor daya otomotif yang paling menguntungkan di bawah tren elektrifikasi.

Tiga hambatan utama berupa produk, proses, dan keunggulan sebagai pelopor membangun benteng yang kuat.

1) Hambatan produk: IGBT kelas otomotif perlu memiliki persyaratan ketat seperti masa pakai yang lama, tingkat kegagalan yang rendah, dan ketahanan gempa yang tinggi. Mereka harus mampu beradaptasi dengan kondisi kerja yang keras seperti kondisi kerja suhu tinggi dan rendah yang "sangat panas" dan "sangat dingin", debu, dan garam-alkali. Mereka harus tahan terhadap perubahan arus yang sering terjadi akibat seringnya start dan stop, dan memiliki persyaratan produk yang sangat tinggi.

2) Kendala proses: Saat mendesain IGBT kelas otomotif, perlu dipastikan keseimbangan antara pengaktifan dan penonaktifan, resistansi hubung singkat, dan penurunan tegangan konduksi, dan optimasi parameter sangat rumit. Selama pembuatan, proses lembaran tipis rentan terhadap fragmentasi, dan titik leleh logam depan yang terbatas membuat sulit untuk mengontrol suhu anil. Selain itu, persyaratan teknis untuk pengelasan dan pengikatan kemasan modul IGBT juga tinggi.

3) Siklus sertifikasinya panjang, biaya penggantiannya tinggi, dan memiliki efek kurva pengalaman. Hal ini memiliki keunggulan sebagai pelopor di industri ini.

a) IGBT kelas otomotif harus memenuhi standar keandalan, standar manajemen mutu, dan standar keselamatan fungsional agar memenuhi syarat untuk memasuki rantai pasokan produsen mobil tingkat pertama. Masa sertifikasi umumnya minimal 2 tahun.

b) Karena modul IGBT merupakan komponen kunci dalam mobil, produsen hilir seringkali berhati-hati saat menggantinya karena pertimbangan keselamatan dan keandalan. Keputusan pengadaan dalam jumlah besar baru dibuat setelah melalui sejumlah besar uji verifikasi dan penilaian komprehensif. Biaya penggantiannya tinggi.

c) Bisnis IGBT membutuhkan akumulasi pengalaman jangka panjang untuk mencapai tingkat pengetahuan yang baik.

d) Industri IGBT merupakan industri padat modal, dan peralatan produksi serta pengujian pada dasarnya perlu diimpor. Selain itu, kebutuhan modal kerja bagi perusahaan manufaktur IGBT juga besar. Pendatang baru sering menghadapi investasi besar dan output rendah pada tahap awal. Mereka membutuhkan dukungan keuangan yang kuat untuk melanjutkan penelitian dan pengembangan produk, produksi, dan penjualan. Secara keseluruhan, perusahaan pelopor di industri IGBT memiliki keunggulan sebagai pelopor yang jelas.

Persaingan di pasar telah berubah menjadi "jalur berkualitas tinggi" bagi industri yang sedang berkembang, tetapi tingkat lokalisasi saat ini masih rendah.

Menurut statistik Omdia tahun 2019, sepuluh produsen modul IGBT global teratas menguasai 76% pangsa pasar. Pangsa pasar terkonsentrasi dan pola persaingannya baik. Dalam hal IGBT kelas otomotif, karena hambatan industri yang tinggi, pangsa pasar modul IGBT CR4 kendaraan energi baru China mencapai 81% pada tahun 2019, menunjukkan pola oligopoli. Di antara mereka, Infineon menempati peringkat pertama dengan pangsa pasar 58.2%, BYD menempati peringkat kedua dengan pangsa pasar 18%, Mitsubishi Electric dan Semikron masing-masing menempati peringkat ketiga dan keempat. IGBT otomotif telah menjadi "jalur berkualitas tinggi" dalam industri yang berkembang dengan ruang pertumbuhan yang luas dan lanskap persaingan yang baik. Namun, di antara sepuluh produsen IGBT teratas untuk kendaraan energi baru China pada tahun 2019, hanya tiga produsen domestik, BYD, Star Semiconductor, dan CRRC Times Electric, yang masuk dalam daftar, dengan total pangsa pasar 20.4%. Terdapat ruang yang luas untuk substitusi domestik.

Berbagai faktor mempercepat substitusi produk dalam negeri, dan produsen dalam negeri memiliki potensi besar untuk pengembangan di masa depan.

Beberapa faktor mempercepat substitusi domestik: 1) China sudah menjadi pasar konsumen otomotif terbesar di dunia, dan permintaan konsumen otomotif akan terus meningkat di masa depan, memberikan peluang pengembangan yang baik bagi produsen IGBT domestik. 2) Seiring meningkatnya gesekan perdagangan, kebutuhan akan semikonduktor yang independen dan terkendali menjadi semakin mendesak. 3) Produsen domestik memimpin dalam pengembangan industri kendaraan energi baru dan meraih keunggulan sebagai pelopor. Seiring meningkatnya pangsa produsen kendaraan energi baru domestik, diharapkan lebih banyak produk dari produsen semikonduktor domestik akan digunakan karena pertimbangan keamanan rantai pasokan. 4) Produsen IGBT domestik memiliki keunggulan layanan lokal seperti kinerja biaya yang tinggi dan kecepatan respons yang cepat, yang memenuhi kebutuhan kendaraan energi baru untuk mengurangi biaya dan meningkatkan efisiensi, dan diharapkan akan meningkatkan pangsa pasar mereka. 5) Dorongan kebijakan dan dukungan keuangan membantu industri IGBT domestik berkembang pesat. Dalam hal pangsa pasar domestik, menurut perhitungan kami, pasar semikonduktor daya kendaraan energi baru Tiongkok diperkirakan akan mencapai 17.7 miliar yuan pada tahun 2025, yang merupakan 6 kali lipat dari tahun 2020, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan hingga 44%. Diperkirakan pasar IGBT kendaraan energi baru Tiongkok akan mencapai 14.7 miliar yuan pada tahun 2025, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sekitar 44%. Pada tahun 2025, pasar IGBT Tiongkok untuk stasiun pengisian daya akan mencapai 10.9 miliar yuan, dengan tingkat pertumbuhan gabungan 35%. Berdasarkan analisis di atas, kami percaya bahwa proses substitusi domestik IGBT otomotif akan semakin cepat. Dikombinasikan dengan pangsa pasar yang rendah saat ini dan ruang pertumbuhan industri yang luas, produsen IGBT domestik memiliki potensi pertumbuhan yang sangat besar di masa depan.

Keterbatasan kapasitas produksi sulit diatasi dalam jangka pendek, dan booming semikonduktor daya terus meningkat.

Penggunaan komersial 5G dan ekonomi rumahan akibat pandemi mempercepat transformasi digital masyarakat. Pasar kendaraan energi baru, peralatan rumah tangga, peralatan digital, dan peralatan terminal lainnya semakin meningkat, mendorong permintaan semikonduktor. Selain itu, produsen semikonduktor perlu meningkatkan persediaan pengaman karena keamanan rantai pasokan. Resonansi dari berbagai faktor telah menyebabkan kapasitas produksi semikonduktor yang ketat. Saat ini, semua pabrik wafer utama beroperasi dengan kapasitas penuh. Dari perspektif global, ICinsight memprediksi bahwa dunia akan menambah kapasitas produksi wafer 8 inci setara 20.8 juta pada tahun 2021. Dari perspektif domestik, kapasitas produksi wafer 8 inci setara yang sedang dibangun sekitar 27.96 juta wafer/tahun, sebagian besar akan mulai berproduksi pada tahun 2022. Namun, mengingat akan ada periode peningkatan produksi sekitar 3-5 tahun setelah lini produksi baru beroperasi, sulit untuk mengurangi kapasitas produksi yang ketat dalam jangka pendek. Berkat peningkatan pesat permintaan kendaraan energi baru dan stasiun pengisian daya, diperkirakan permintaan global untuk wafer 8 inci untuk modul IGBT kelas otomotif saja akan mencapai 1.69 juta unit pada tahun 2025, meningkat 5.4 kali lipat dibandingkan tahun 2020. Terdapat kesenjangan besar dalam permintaan manufaktur wafer. Sejak awal tahun, produsen chip utama di dalam dan luar negeri telah menaikkan harga produk atau memperpanjang waktu pengiriman. Diperkirakan kemakmuran rantai industri semikonduktor akan terus meningkat.

  1    Penetrasi kendaraan energi baru semakin cepat, dan pangsa pasar semikonduktor daya otomotif telah berlipat ganda dalam 5 tahun.

1.1. Penetrasi kendaraan energi baru semakin cepat, dan semikonduktor daya otomotif mengalami peningkatan volume dan harga.

Dukungan kebijakan serta konservasi energi dan pengurangan emisi mendorong percepatan penetrasi kendaraan energi baru. "Rencana Pengembangan Industri Kendaraan Energi Baru (2021-2035)" negara saya mengemukakan visi untuk pengembangan kendaraan energi baru. Direncanakan bahwa pada tahun 2025, tingkat penetrasi kendaraan energi baru domestik akan mencapai 20%.

Secara internasional, banyak negara Eropa telah mengadopsi kebijakan pembatasan emisi karbon dioksida dan kebijakan subsidi kendaraan energi baru yang terdiri dari dua pendekatan untuk mengatasi tekanan pemanasan global, dan jalur elektrifikasi mobil menjadi semakin jelas. Di Uni Eropa, perjanjian emisi gas rumah kaca kendaraan ACEA menetapkan bahwa emisi karbon dioksida kendaraan harus kurang dari 59 gram per kilometer pada tahun 2030. Menurut perhitungan Infineon, tingkat penetrasi kendaraan energi baru di Uni Eropa akan mencapai 40% pada tahun 2030.

Elektrifikasi telah menyebabkan peningkatan signifikan pada nilai sepeda semikonduktor daya. Harga jual rata-rata (ASP) semikonduktor daya untuk kendaraan listrik murni mencapai US$330, yang 4.6 kali lebih tinggi daripada kendaraan berbahan bakar tradisional. Kendaraan energi baru yang menggunakan sistem tenaga listrik sebagai sumber dayanya menuntut persyaratan yang lebih tinggi untuk manajemen daya dan kemampuan konversi daya komponen elektronik.

Pada mobil konvensional, semikonduktor daya terutama digunakan dalam bidang pengaktifan kendaraan, pembangkitan daya, dan keselamatan, dan komponen elektronik tegangan rendah dan daya rendah dapat memenuhi kebutuhan kerja tersebut. Pada kendaraan energi baru, keluaran tegangan tinggi dari baterai membutuhkan konversi tegangan dan inversi arus yang sering. Sirkuit ini telah sangat meningkatkan permintaan akan semikonduktor daya seperti IGBT dan MOSFET. Menurut data Infineon, kandungan semikonduktor daya pada kendaraan berbahan bakar konvensional adalah US$71, dan nilai semikonduktor daya pada kendaraan listrik hibrida plug-in/baterai murni adalah US$330, yang 4.6 kali lipat dari kendaraan berbahan bakar konvensional.

Pasar semikonduktor daya otomotif global akan mencapai US$8 miliar pada tahun 2025. Menurut Yole, pasar semikonduktor daya global akan mencapai US$22.5 miliar pada tahun 2025. Menurut statistik Zhiyan Consulting, sektor otomotif menyumbang 35.4% dari pasar semikonduktor daya global pada tahun 2019. Dengan asumsi proporsi tersebut tetap tidak berubah, pasar semikonduktor daya otomotif global diperkirakan akan mencapai US$7.965 miliar pada tahun 2025.

Pasar semikonduktor daya kendaraan energi baru global diperkirakan akan mencapai US$5.3 miliar pada tahun 2025, 7.3 kali lipat dari tahun 2020, dengan CAGR sebesar 48.8%. Menurut perkiraan AlixPartners, penjualan mobil global akan meningkat dari 70.5 juta unit pada tahun 2020 menjadi 94 juta unit pada tahun 2025. EVTank memprediksi bahwa penjualan kendaraan energi baru global akan meningkat dari 2.21 juta unit pada tahun 2019 menjadi 12 juta unit pada tahun 2025. Tingkat penetrasi kendaraan energi baru global akan mencapai 13% pada tahun 2025, meningkat 10.36% dibandingkan dengan tahun 2019.

Seperti yang disebutkan di atas, dalam statistik terbaru dari Infineon pada tahun 2020, nilai sebuah sepeda semikonduktor daya kendaraan energi baru adalah US$330. Mempertimbangkan kapasitas produksi pabrik wafer semikonduktor global yang ketat saat ini, diperkirakan harga semikonduktor daya kendaraan energi baru akan tetap tinggi tahun ini, dan nilai sebuah sepeda di masa mendatang akan meningkat secara bertahap seiring dengan tren elektrifikasi dan peningkatan penetrasi motor ganda. Berdasarkan data di atas, kami memperkirakan bahwa pasar semikonduktor daya kendaraan energi baru global akan mencapai US$5.3 miliar pada tahun 2025, 7.3 kali lipat dari tahun 2020, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 48.8%.

1.2. Pasar IGBT untuk tiang pengisian daya kendaraan global berkembang pesat.

Jumlah stasiun pengisian daya di fasilitas pendukung penting untuk kendaraan energi baru akan tumbuh pesat, mendorong peningkatan permintaan IGBT, komponen kunci, secara signifikan. Seiring dengan peningkatan tingkat penetrasi kendaraan energi baru secara bertahap, jumlah stasiun pengisian daya, yang merupakan fasilitas pendukung penting untuk kendaraan energi baru, juga perlu ditingkatkan secara bersamaan. Menurut statistik McKinsey, permintaan pengisian daya untuk kendaraan energi baru di Tiongkok, Amerika Serikat, dan Eropa akan mencapai sekitar 18 miliar kilowatt jam pada tahun 2020. Diperkirakan pada tahun 2030, permintaan pengisian daya untuk kendaraan energi baru akan mencapai 271 miliar kilowatt jam, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 31.2%. Pertumbuhan pesat permintaan fasilitas pengisian daya kendaraan energi baru juga akan mendorong peningkatan signifikan dalam penggunaan IGBT, komponen kunci dari stasiun pengisian daya.

Diperkirakan bahwa pasar IGBT untuk tiang pengisian daya di Tiongkok, Amerika Serikat, dan Eropa akan mengalami pertumbuhan sebesar US$9.4 miliar dalam sepuluh tahun dari 2020 hingga 2030. Menurut perkiraan McKinsey, Tiongkok, Amerika Serikat, dan Uni Eropa perlu menginvestasikan masing-masing US$19 miliar/11 miliar/17 miliar pada dekade 2020-2030 untuk membangun 20 juta/20 juta/25 juta tiang pengisian daya kendaraan energi baru guna memenuhi kesenjangan permintaan pengisian daya kendaraan energi baru. Dalam satu tiang pengisian daya, IGBT menyumbang sekitar 20% dari total biaya. Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa pasar IGBT untuk tiang pengisian daya kendaraan energi baru di Tiongkok, Amerika Serikat, dan Eropa akan mengalami pertumbuhan sebesar US$9.4 miliar dalam sepuluh tahun ke depan.

  2  Di antara semikonduktor daya otomotif, IGBT paling diuntungkan.

IGBT dan MOSFET adalah komponen utama semikonduktor daya otomotif. IGBT memiliki empat aplikasi berbeda di mobil. Pertama, sebagai komponen inti dari inverter utama. Inverter utama mengubah output DC dari baterai menjadi AC untuk menggerakkan motor mobil; kedua, digunakan dalam rangkaian inverter tambahan untuk memberi daya pada elektronik otomotif lainnya; ketiga, digunakan dalam rangkaian chopper DC/DC untuk menghasilkan arus dengan tegangan berbeda; keempat, digunakan dalam OBC (charging/inverter) untuk mengubah daya AC input eksternal menjadi daya DC untuk mengisi daya baterai kendaraan energi baru.

Pada mobil dengan tingkat elektrifikasi rendah, karena tegangan keluaran baterai yang rendah dan rentang daya perangkat daya yang rendah, MOSFET dapat digunakan untuk menggantikan rangkaian inverter bantu, rangkaian chopper DC/DC, dan IGBT di OBC untuk mengendalikan biaya.

2.1. IGBT adalah perangkat inti dari sistem penggerak motor kendaraan energi baru.

Dengan performa yang unggul, IGBT merupakan komponen inti semikonduktor daya pada kendaraan energi baru. IGBT adalah singkatan dari Insulated Gate Bipolar Transistor, yaitu transistor bipolar gerbang terisolasi. Ini adalah perangkat semikonduktor daya komposit yang terdiri dari BJT dan MOSFET. IGBT menggabungkan keunggulan MOSFET seperti kecepatan switching yang cepat, impedansi input yang tinggi, daya kontrol yang kecil, rangkaian penggerak yang sederhana, dan kerugian switching yang kecil, serta BJT seperti tegangan konduksi yang rendah, arus on-state yang besar, dan kerugian yang kecil. Pada kendaraan energi baru, modul IGBT terutama digunakan dalam inverter daya tinggi untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik untuk menggerakkan motor kendaraan; IGBT juga digunakan dalam inverter daya bantu untuk memberi daya pada peralatan elektronik otomotif seperti AC kendaraan.

IGBT dapat dibagi menjadi IGBT tabung tunggal, modul IGBT, dan modul cerdas IPM sesuai dengan lingkungan aplikasi yang berbeda. IGBT tabung tunggal adalah transistor bipolar gerbang terisolasi tipe penguatan kanal-N yang mengkonduksi seluruh rangkaian dengan menyediakan arus basis ke transistor tipe PNP. Karena arus yang dapat diaplikasikan kecil, biasanya di bawah 100A, daya yang dapat diaplikasikan rendah. Namun, rangkaian eksternal IGBT tabung tunggal kompleks dan sulit dikemas, yang mencerminkan tingkat teknologi dan proses dari produsen IGBT.

Modul IGBT adalah produk semikonduktor modular yang terdiri dari chip IGBT dan FWD (dioda pemulihan cepat) yang dikemas melalui jembatan sirkuit khusus. Beberapa chip diintegrasikan dan dikemas dalam modul melalui isolasi. Keamanan dan keandalannya ditingkatkan secara efektif, dan lebih cocok untuk bekerja dalam skenario tegangan tinggi dan arus tinggi. Modul pintar IPM mengintegrasikan perangkat IGBT, sirkuit penggerak, dan sirkuit proteksi ke dalam satu modul. Karena memiliki fungsi diagnosis dan proteksi sirkuit mandiri, modul ini lebih cerdas daripada modul IGBT biasa dan sering digunakan dalam peralatan rumah tangga konversi frekuensi.

Saat ini, IGBT Infineon telah berkembang hingga generasi ketujuh produknya, dan produsen dalam negeri secara bertahap mengejar ketertinggalan dengan tingkat kemajuan dunia. Dalam lebih dari 30 tahun dari tahun 1988 hingga 2019, Infineon telah merilis total 7 generasi produk IGBT. Tingkat teknologi telah berkembang ke arah pengurangan luas chip, lebar jalur proses, penurunan tegangan saturasi kondisi aktif, waktu nonaktif, kehilangan daya, dan peningkatan tegangan kondisi nonaktif. Meskipun pasar IGBT domestik saat ini sebagian besar dikuasai oleh perusahaan asing, dengan investasi berkelanjutan dalam R&D oleh produsen dalam negeri, teknologi produk terus mengejar ketertinggalan dengan tingkat kemajuan dunia.

Sebagai contoh, chip IGBT generasi kedua yang dikembangkan secara independen oleh Star Semiconductor dibandingkan dengan chip IGBT generasi keenam Infineon (FS-Trench), dan telah diproduksi secara massal pada tahun 2016. Sebanyak 160,000 set modul IGBT kelas otomotif dirakit pada tahun 2019; produk IGBT4.0 BYD memiliki kerugian switching yang lebih rendah, kemampuan output arus yang lebih kuat, dan masa pakai siklus suhu yang lebih lama daripada IGBT generasi keempat Infineon yang ada di pasaran.

Pasar IGBT kendaraan energi baru global akan mencapai US$4.4 miliar pada tahun 2025, dengan CAGR sebesar 48.8%. Menurut data Yole, ukuran pasar IGBT kendaraan energi baru global adalah US$600 juta pada tahun 2019. Data EVSalesBlog mengumumkan bahwa penjualan global kendaraan hibrida plug-in dan kendaraan listrik murni pada tahun 2019 sekitar 2.2 juta unit. Dari sini, dapat disimpulkan bahwa nilai rata-rata sepeda IGBT adalah US$273 (mencakup 83% dari nilai semikonduktor daya sepeda). Mengingat kapasitas produksi pabrik wafer semikonduktor global yang ketat saat ini, diperkirakan semikonduktor daya kendaraan energi baru yang digunakan tahun ini akan tetap berada pada tingkat tinggi, dan nilai sepeda di masa mendatang akan meningkat secara bertahap seiring dengan peningkatan tren elektrifikasi dan penetrasi motor ganda. Jika dikalikan dengan perkiraan penjualan kendaraan energi baru global EVtank untuk beberapa tahun ke depan, pasar IGBT kendaraan energi baru global diperkirakan akan tumbuh dari sekitar 600 juta dolar AS pada tahun 2020 menjadi 4.4 miliar dolar AS pada tahun 2025, dengan tingkat pertumbuhan majemuk sekitar 48.8%.

2.2.SiC memiliki kinerja yang lebih baik dan diharapkan menjadi teknologi generasi berikutnya.

Perangkat daya berbasis material semikonduktor generasi ketiga memiliki keunggulan kinerja yang lebih baik. Dibandingkan dengan material semikonduktor berbasis silikon, material semikonduktor generasi ketiga yang diwakili oleh GaN dan SiC memiliki celah pita yang lebih lebar, medan listrik tembus yang lebih tinggi, konduktivitas termal yang lebih tinggi, tingkat saturasi elektron yang lebih tinggi, dan ketahanan radiasi yang lebih tinggi, sehingga lebih cocok untuk pembuatan perangkat suhu tinggi, frekuensi tinggi, tahan radiasi, dan daya tinggi.

Menurut data Infineon, inverter material SiC memiliki volume dan berat 3 kali lebih kecil dibandingkan inverter material berbasis Si; data Rohm menunjukkan bahwa dalam aplikasinya, frekuensi switching SiCMOSFET dapat mencapai lebih dari 50KHz (sementara frekuensi switching IGBT arus utama mencapai 20KHz), dan kehilangan energinya 73% lebih rendah daripada IGBT berbasis Si. MOSFET berbasis SiC memiliki keunggulan kinerja dan ukuran yang lebih kecil dibandingkan IGBT.

Beberapa model kelas atas telah mengadopsi MOSFET berbasis SiC, yang diperkirakan akan menjadi arah pengembangan di masa depan. Tesla Model 3 adalah model pertama yang mengintegrasikan modul daya SiC secara penuh. Hal ini diselesaikan oleh departemen desain teknik Tesla bekerja sama dengan STMicroelectronics. Segera setelah itu, Infineon juga menjadi pemasok modul daya SiC untuk Tesla Model 3. Selain itu, versi penggerak empat roda BYD Han EV telah menjadi model domestik pertama yang dilengkapi dengan komponen SiCMOSFET secara massal, dan efisiensi keseluruhan kontrol elektronik SiC-nya mencapai lebih dari 97%.

Saat ini, produsen dalam negeri juga aktif menerapkan aplikasi produksi SiC. Misalnya, China Resources Micro telah mencapai produksi massal lini produksi SiC 6 inci komersial pertama di Tiongkok pada Juli 2020, dengan kapasitas produksi yang direncanakan sebesar 1,000 unit/bulan. New Clean Energy juga memiliki sejumlah paten terkait semikonduktor generasi ketiga dan diharapkan akan meluncurkan serangkaian produk dioda SiC. Di masa depan, perusahaan ini akan fokus pada aplikasi kendaraan energi baru.

Saat ini, SiC masih dipengaruhi oleh faktor biaya dan hasil produksi, dan dibutuhkan waktu untuk adopsi secara luas dalam skala besar. Saat ini, ukuran substrat SiC arus utama internasional adalah 4 inci dan 6 inci. Karena luas wafer yang kecil dan efisiensi pemotongan chip yang rendah, biaya substrat SiC tinggi. Hasil produksi dan pengemasan yang rendah dalam proses selanjutnya membuat biaya perangkat SiC tetap tinggi.

Menurut data dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, harga SiCMOSFET 4 kali lebih tinggi daripada SiIGBT pada level yang sama. Perangkat kontrol elektronik kelas otomotif harus memenuhi indikator kinerja yang lebih ketat dan perlu mempertahankan operasi yang stabil dalam suhu ekstrem dan lingkungan getaran yang kuat. Oleh karena itu, sebelum diperkenalkan ke produk akhir, SiCMOSFET perlu menjalani sertifikasi keandalan jangka panjang. Umumnya, periode sertifikasi untuk modul IGBT kelas otomotif sekitar 2 tahun.

  3  Tiga hambatan utama berupa produk, proses, dan keunggulan sebagai pelopor membangun benteng yang kuat.

3.1. Lingkungan kerja yang kompleks menuntut standar keamanan dan keandalan yang sangat tinggi pada IGBT kelas otomotif.

1) Perlu beradaptasi dengan kondisi kerja suhu tinggi dan rendah yang "sangat panas" dan "sangat dingin": IGBT kelas otomotif memiliki rentang suhu operasi yang luas, dan lokasi pemasangan yang berbeda memiliki rentang suhu yang berbeda, seperti persyaratan kompartemen mesin -40℃-155℃, persyaratan kontrol bodi -40℃-125℃, sedangkan chip dan komponen konsumen konvensional hanya perlu mencapai 0℃-70℃.

2) Perlu menahan perubahan arus yang sering terjadi akibat seringnya start dan stop: Kendaraan sering mengalami start dan stop yang sering dalam kondisi jalan yang padat. Pada saat ini, arus operasi modul IGBT pada booster dan inverter akan sering naik dan turun, sehingga menyebabkan perubahan suhu sambungan IGBT yang cepat, yang membutuhkan ketahanan suhu tinggi dan kinerja pembuangan panas yang baik dari IGBT.

3) Perlu memiliki ketahanan gempa yang tinggi: Karena ketidakpastian kondisi kendaraan, seperti pegunungan, lumpur, jalan berkerikil, dll., IGBT otomotif mungkin mengalami getaran dan benturan besar saat kendaraan sedang berjalan. Setiap terminal kabel modul IGBT harus memiliki kekuatan mekanik yang cukup kuat agar dapat beroperasi normal dalam kondisi getaran yang kuat.

4) Mampu beradaptasi dengan lingkungan kerja yang keras: Dengan mempertimbangkan jamur, debu, air, lingkungan alam yang mengandung garam dan alkali (pantai, salju, hujan, dll.), EMC, dan erosi gas berbahaya, persyaratan yang sangat tinggi ditempatkan pada kinerja keselamatan IGBT seperti tahan air, tahan debu, dan anti korosi. Di bawah gangguan ini, IGBT tidak boleh memengaruhi kinerjanya secara tidak terkendali atau mengganggu peralatan lain di dalam kendaraan (bus kontrol, MCU, sensor).

5) Komponen tersebut harus memiliki masa pakai yang lama dan tingkat kegagalan yang rendah. Masa pakai desain sebuah mobil pada umumnya sekitar 15 tahun atau 600,000 kilometer. Sepanjang siklus hidupnya, persyaratan dasar produsen mobil untuk tingkat kegagalan semikonduktor otomotif adalah PPM (satu bagian per juta) satu digit. Sebagian besar produsen mobil mensyaratkan tingkat kegagalan berada pada level PPB (bagian per miliar), hampir mencapai toleransi nol untuk kegagalan.

3.2. Proses desain, manufaktur, dan pengemasan IGBT kelas otomotif itu sulit.

Desain IGBT kelas otomotif harus memastikan keseimbangan antara pengaktifan dan penonaktifan, resistansi hubung singkat, dan penurunan tegangan konduksi, dan optimasi parameter sangat khusus dan kompleks. Chip IGBT kelas otomotif biasanya bekerja di lingkungan arus tinggi, tegangan tinggi, dan frekuensi tinggi. Desain chip perlu memastikan bahwa pengaktifan dan penonaktifan, resistansi hubung singkat, dan penurunan tegangan konduksi (pengendalian panas) berada dalam keadaan seimbang. Desain chip serta penyesuaian dan optimasi parameter sangat khusus dan rumit.

Kesulitan utama dalam proses desain chip adalah:

(1) Desain terminal harus memastikan keandalan yang tinggi sekaligus mencapai ukuran kecil dan tegangan tahan yang tinggi;

(2) Desain sel harus mencapai kepadatan arus yang tinggi sekaligus memastikan area kerja aman yang luas, membutuhkan kemampuan pembuangan panas yang sangat tinggi;

(3) Desain sel harus mencapai kepadatan arus yang tinggi sekaligus memastikan kemampuan hubung singkat yang memadai;

Proses produksinya sulit: lembaran mudah pecah, dan titik leleh logam bagian depan terbatas, sehingga sulit untuk mengontrol suhu anil. Ketika IGBT dihidupkan, ia dapat dianggap sebagai kawat, dan arus mengalir secara vertikal melalui IGBT dari atas ke bawah hingga mencapai motor penggerak.

1) Semakin tipis chip, semakin kecil resistansi termalnya, tetapi mudah rusak. Proses penipisan: Semakin tipis chip, semakin pendek jalur aliran arus, dan energi yang hilang pada chip akan berkurang, sehingga masa pakai baterai kendaraan akan lebih lama. Pada akhir tahun 2018, BYD mengumumkan bahwa mereka dapat menipiskan wafer hingga 120μm, sementara chip IGBT Infineon dapat ditipiskan hingga serendah 40μm. Pemrosesan selanjutnya pada wafer dan chip dengan ketebalan ini sangat sulit secara teknis dan mudah rusak.

2) Proses sisi belakang harus dilakukan pada suhu rendah, jika tidak, akan mudah menyebabkan logam sisi depan meleleh. Proses sisi belakang: termasuk implantasi ion sisi belakang, aktivasi anil, metalisasi sisi belakang, dan langkah-langkah proses lainnya. Karena keterbatasan titik leleh logam depan dan penipisan terus-menerus pada chip IGBT, proses sisi belakang ini harus dilakukan pada suhu rendah (tidak melebihi 450°C), jika tidak, akan mudah menyebabkan pelelehan logam depan dan aktivasi anil yang sangat sulit.

Hambatan teknis untuk pengelasan dan pengikatan kemasan modul IGBT sangat tinggi. IGBT otomotif sebagian besar digunakan dalam bentuk modul. Struktur kemasan modul adalah untuk mengemas perangkat semikonduktor diskrit ke dalam modul melalui beberapa metode terintegrasi. Sebuah modul IGBT biasanya perlu melalui total sembilan proses yaitu penambalan, pengelasan, pembersihan plasma, deteksi sinar-X, pengikatan, pengisian & pengeringan lem, pencetakan, pengujian, dan penandaan sebelum dapat dipasarkan. Di antara proses tersebut, pengelasan dan pengikatan adalah aspek yang paling sulit dalam teknologi kemasan modul.

(1) Pengelasan: Parameter proses interkoneksi patch sinter perak suhu rendah terbaru sulit dikuasai, dan biaya material serta peralatannya tinggi, yang telah menjadi hambatan masuk. Saat ini, teknologi pengelasan utama adalah penyolderan. Namun teknologi ini menghasilkan hasil yang kurang konsisten dan andal. Untuk itu, telah dikembangkan proses interkoneksi patch sinter perak suhu rendah. Lapisan penyolderan dari proses ini memiliki keunggulan konduktivitas termal tinggi, konduktivitas listrik tinggi, dan keandalan tinggi. Namun, teknologi ini sangat sulit. Pengaturan parameter proses, biaya pembelian peralatan yang tinggi, dan biaya bubuk perak yang tinggi yang digunakan dalam produksi telah menjadi hambatan yang membatasi produsen untuk menggunakan teknologi ini. Saat ini, hanya perusahaan-perusahaan maju seperti Infineon dan Mitsubishi yang telah menggunakan sinter perak suhu rendah untuk pengelasan pada beberapa modul IGBT berkinerja tinggi mereka.

(2) Pengikatan: Proses ini memiliki tingkat kesulitan yang tinggi. Saat ini, kawat pengikat yang umum digunakan untuk interkoneksi permukaan chip internal modul IGBT adalah kawat aluminium dan kawat tembaga. Kawat tembaga memiliki resistivitas rendah, konduktivitas termal tinggi, dan koefisien ekspansi rendah, sehingga lebih cocok untuk modul otomotif dengan kepadatan daya tinggi dan pembuangan panas yang efisien. Namun, kesulitan proses pengikatan kawat tembaga adalah memerlukan perawatan metalisasi tembaga pada permukaan chip dan memerlukan energi ultrasonik yang lebih tinggi, yang kemungkinan akan merusak chip IGBT itu sendiri. 1) Tembaga memiliki afinitas oksigen yang kuat dan memerlukan penyegelan yang ketat dan operasi yang cepat. Kawat tembaga akan segera teroksidasi ketika bersentuhan dengan udara. Pada prinsipnya, pengemasan dapat diselesaikan dalam waktu 48 jam setelah dibuka. Kawat tembaga yang teroksidasi lebih keras, sulit diikat, dan rentan terhadap lepasnya sambungan solder atau memiliki kekuatan tarik yang rendah. 2) Selama proses pengikatan, aliran gas inert pelindung sulit dikendalikan. Untuk mengurangi tingkat oksidasi tembaga, gas pelindung perlu ditambahkan ke area pemanasan chip yang rentan terhadap oksidasi. Aliran yang terlalu besar akan memengaruhi suhu pemanasan, dan aliran yang terlalu kecil akan melemahkan efek perlindungan. 3) Persyaratan material untuk pembuatan perlengkapan pengelasan tekanan sangat ketat. Permukaan perlengkapan harus halus untuk memastikan bahwa pembawa dan pin tidak longgar, jika tidak, hal itu akan langsung memengaruhi serangkaian masalah kawat las seperti pembakaran bola yang buruk, kawat pendek, dan kawat bengkok selama proses pengelasan produk. 4) Pengaturan parameter peralatan pengikatan harus mempertimbangkan secara komprehensif faktor-faktor seperti gaya pengelasan, daya siaga, dan kemungkinan kawah, yang sulit untuk diseimbangkan dan dikendalikan. Masalah pada langkah apa pun akan mengakibatkan kegagalan pengikatan.

3.3. Keunggulan jelas sebagai pelopor: siklus sertifikasi yang panjang dan biaya penggantian yang tinggi

Karena persyaratan keandalan yang tinggi pada IGBT otomotif, siklus sertifikasinya panjang dan biaya penggantiannya tinggi. Perusahaan-perusahaan pelopor memiliki keunggulan sebagai penggerak pertama yang jelas.

1) Sertifikasinya ketat dan siklus waktunya panjang. Perangkat atau modul diskrit IGBT harus memenuhi standar keandalan AECQ100 (IC)/101 (perangkat diskrit), standar manajemen mutu ISO/TS1649, dan standar keselamatan fungsional ISO26262ASILB (D) sebelum memenuhi syarat untuk memasuki rantai pasokan produsen mobil tingkat pertama. Siklus sertifikasi umumnya minimal 2 tahun.

2) Biaya penggantian yang tinggi. Modul IGBT merupakan komponen kunci dalam produk hilir, yang bertanggung jawab untuk mengatur tegangan, arus, frekuensi, fasa, dan lain-lain dalam rangkaian. Kinerja, stabilitas, dan keandalannya sangat penting bagi pelanggan hilir. Pelanggan cenderung berhati-hati terhadap pemasok IGBT baru. Mereka tidak hanya mengevaluasi kekuatan pemasok secara komprehensif secara teoritis, tetapi juga membuat keputusan pembelian dalam jumlah besar setelah pengujian produk individual, pengujian mesin lengkap, beberapa uji coba batch kecil, dan lain-lain. Biaya penggantiannya tinggi dan siklus pengambilan keputusan pembeliannya panjang.

3) Bisnis IGBT membutuhkan akumulasi pengalaman jangka panjang untuk mencapai tingkat pengetahuan yang baik. Chip IGBT dan chip dioda pemulihan cepat merupakan mata rantai kunci dalam modul IGBT. Proses produksinya memiliki banyak tahapan dan menggunakan banyak peralatan produksi. Pengorganisasian produksi, pengendalian, debugging peralatan, dan pekerjaan lainnya sangat kompleks. Misalnya, pemilihan dan pengolahan material pembuangan panas, tingkat penipisan, konsentrasi, kuantitas dan kecepatan dua injeksi ion fosfor, pengendalian suhu proses bagian belakang dan peralatan di setiap tahapan, semuanya membutuhkan pengalaman relevan jangka panjang untuk menguasai desain chip dan proses produksi.

Aplikasi kendaraan energi baru seringkali membutuhkan produksi massal modul IGBT dengan keandalan dan stabilitas tinggi. Hal ini membutuhkan akumulasi pengalaman yang panjang untuk memahami karakteristik peralatan dan material serta menguasai proses produksi. Mengambil contoh proses patching, hal ini melibatkan penentuan posisi chip, koefisien ekspansi termal dan karakteristik material yang berbeda, pengaturan kurva reflow dari tungku reflow, dan parameter lainnya. Proses produksi ini membutuhkan eksperimen penelitian dan pengembangan jangka panjang untuk menemukan solusi yang tepat.

4) Hambatan finansial yang tinggi. Industri IGBT merupakan industri padat modal. Rantai industrinya mencakup desain chip, manufaktur chip, manufaktur modul, dan pengujian. Peralatan produksi dan pengujiannya pada dasarnya perlu diimpor, dan biaya peralatannya tinggi. Pada saat yang sama, penelitian dan pengembangan produk serta pengembangan pasar membutuhkan waktu yang lama. Selain itu, kebutuhan modal kerja untuk perusahaan manufaktur IGBT juga besar. Pendatang baru sering menghadapi investasi besar dan output rendah pada tahap awal. Mereka membutuhkan dukungan finansial yang kuat untuk melanjutkan penelitian dan pengembangan produk, produksi, dan penjualan.

Secara keseluruhan, meskipun perusahaan baru memproduksi produk IGBT, akan membutuhkan waktu lama untuk mendapatkan pengakuan pelanggan dan mencapai tingkat keahlian yang baik. Pada saat yang sama, perusahaan tersebut juga akan menghadapi kesulitan investasi modal besar jangka panjang dan pengembangan pasar. Perusahaan pelopor memiliki keunggulan sebagai pelopor yang jelas.

  4  Lanskap persaingan industri IGBT otomotif sangat baik, tetapi tingkat lokalisasinya masih rendah.

Persaingan di pasar terkonsentrasi, dengan pangsa pasar CR4 mencapai 81%; namun, tingkat lokalisasi rendah, hanya tiga perusahaan domestik yang masuk dalam daftar 10 besar. Menurut statistik Omdia tahun 2019, sepuluh pemasok modul IGBT global teratas menguasai 75.6% pangsa pasar. Struktur pasar terkonsentrasi dan pola persaingannya baik.

Menurut data NE Times, total 1.08 juta set modul IGBT otomotif dirakit di Tiongkok pada tahun 2019, di mana Infineon memegang pangsa pasar 58.2% dengan 628,000 set, memimpin pasar. BYD Microelectronics berada di peringkat kedua, dengan total 194,000 unit yang dirakit, menyumbang 18%. Mitsubishi Electric dan Semikron masing-masing berada di peringkat ketiga dan keempat, dengan pangsa pasar 5.2% dan 3%. Star Semiconductor berada di peringkat kelima, dengan pangsa pasar 1.6%. Produsen domestik lainnya, CRRC Times Electric, berada di peringkat kesembilan, dengan pangsa pasar 0.8%. Pada tahun 2019, empat produsen modul IGBT kendaraan energi baru teratas memiliki pangsa pasar gabungan sebesar 81.4%, menunjukkan pola oligopoli. Di antara produsen dalam negeri, hanya tiga perusahaan, BYD Microelectronics, Star Semiconductor, dan CRRC Times Electric, yang termasuk dalam 10 besar dalam hal pangsa pasar, dengan pangsa 20.4%, namun dengan tingkat lokalisasi yang rendah.

Dari perspektif cakupan tegangan, lini produk IGBT dari perusahaan domestik semakin lengkap. Produsen domestik Star Semiconductor saat ini memiliki salah satu lini produk modul IGBT terlengkap di negara ini, mencakup berbagai bidang aplikasi mulai dari tegangan tinggi (3300V) hingga tegangan menengah dan rendah (600V); CRRC Times Electric terutama berfokus pada kereta api kecepatan tinggi, kereta cepat, dan subdivisi lainnya, dan saat ini memiliki daya saing tertentu terutama di bidang tegangan tinggi di atas 4500V.

Produk Infineon sepenuhnya mencakup bidang aplikasi hilir di semua tingkat tegangan, sementara ABB terutama menargetkan produk tegangan tinggi dan tingkat tegangan tertinggi. Secara keseluruhan, produk IGBT dari perusahaan yang didanai dalam negeri mencakup seluruh pasar dari tegangan rendah hingga tegangan tinggi, dan tata letak di bidang tegangan rendah relatif lengkap. Namun, dibandingkan dengan produsen asing, perangkat diskrit daya negara kita masih perlu diperkuat di bidang tegangan tinggi.

  5    Berbagai faktor mempercepat substitusi domestik dan mendorong peningkatan pangsa pasar.

Seiring meningkatnya gesekan perdagangan, kebutuhan akan semikonduktor otonom dan terkontrol menjadi semakin mendesak. Dalam beberapa tahun terakhir, gesekan perdagangan Sino-AS menunjukkan tren peningkatan.

Pada Maret 2016 dan April 2018, ZTE dua kali dimasukkan ke dalam "Daftar Entitas" AS. Pada 15 Mei 2019, Huawei dimasukkan ke dalam "Daftar Entitas" dan dilarang melakukan kerja sama bisnis dengan perusahaan AS atau membeli peralatan telekomunikasi dari mereka. Akibatnya, Google telah berhenti menyediakan layanan kepada Huawei.

Pada 15 Mei 2020, Amerika Serikat sekali lagi mengeluarkan larangan baru terhadap Huawei, yang mengharuskan chip yang diproduksi menggunakan teknologi dan peralatan Amerika untuk disetujui oleh Amerika Serikat sebelum dapat dijual kepada Huawei. Pada 17 Agustus 2020, 38 anak perusahaan Huawei dimasukkan ke dalam daftar entitas tersebut, dan larangan tersebut sepenuhnya diterapkan pada 15 September tahun yang sama.

Pada Desember 2020, SMIC dimasukkan dalam daftar perusahaan terkait militer Tiongkok oleh Amerika Serikat. Dalam konteks blokade teknologi yang semakin intensif oleh Amerika Serikat terhadap Tiongkok, Tiongkok menghadapi risiko meningkatnya gesekan perdagangan, gangguan pasokan, dan kerja sama internasional yang buruk. Oleh karena itu, semakin mendesak untuk membangun rantai pasokan semikonduktor yang independen dan terkendali serta mempercepat substitusi domestik.

China telah menjadi pasar konsumen otomotif terbesar di dunia, yang membuka peluang pengembangan yang baik untuk IGBT otomotif. Pada tahun 2019, penjualan mobil baru di China mencapai 25.75 juta unit, yang menyumbang sekitar 28.5% dari penjualan mobil baru global, menjadikannya pasar konsumen otomotif terbesar di dunia. Meskipun kepemilikan mobil di negara kita saat ini melebihi 260 juta unit, kepemilikan mobil per kapita masih jauh tertinggal dibandingkan negara-negara maju.

Menurut data dari Bank Dunia, kepemilikan mobil per kapita di negara saya pada tahun 2019 adalah 0.173; di Amerika Serikat, angkanya adalah 0.837, 4.8 kali lipat dari Tiongkok; di Jepang, angkanya adalah 0.591, yang merupakan 3.4 kali lipat dari Tiongkok. Diperkirakan penjualan mobil di Tiongkok akan terus meningkat di masa mendatang. Pasar konsumen otomotif yang luas memberikan ruang yang besar bagi pengembangan perusahaan IGBT di negara saya dan meletakkan dasar yang baik untuk pembangunan.

Pangsa pasar produsen energi baru domestik telah meningkat, mempercepat substitusi IGBT produksi dalam negeri. Dalam hal kendaraan berbahan bakar konvensional, karena keterlambatannya dalam memulai, daya saing negara kita di industri kendaraan berbahan bakar konvensional masih lemah. Pada tiga kuartal pertama tahun 2020, penjualan kendaraan penumpang di negara kita mencapai 13.38 juta unit, di mana penjualan kendaraan penumpang merek Tiongkok hanya sekitar 36%. Di industri kendaraan energi baru, negara kita sedang menguasai pasar dan telah membangun keunggulan teknologi dan pasar yang cukup besar.

Pada tiga kuartal pertama tahun 2020, kendaraan penumpang energi baru di Tiongkok terjual sebanyak 620,000 unit, di mana merek independen/pabrikan mobil baru/perusahaan patungan asing masing-masing menyumbang 55%, 15%, dan 30%. Produsen domestik menyumbang total 70%, yang jauh lebih tinggi daripada kendaraan berbahan bakar tradisional. Di masa mendatang, seiring dengan peningkatan tingkat penetrasi kendaraan energi baru secara bertahap, diperkirakan pangsa pasar produsen mobil domestik juga akan meningkat, sehingga terjadi pengambilalihan pangsa pasar di berbagai sektor. Dalam konteks meningkatnya gesekan perdagangan, produsen energi baru domestik diperkirakan akan menggunakan lebih banyak IGBT domestik karena kekhawatiran akan keamanan rantai pasokan, yang mendorong peningkatan pangsa IGBT domestik.

Produsen dalam negeri memiliki keunggulan dalam hal efektivitas biaya dan respons cepat, yang sejalan dengan tren pengurangan biaya dan peningkatan efisiensi kendaraan energi baru. Dibandingkan dengan pesaing asing, produsen IGBT domestik memiliki biaya komunikasi yang rendah dengan produsen otomotif, pengiriman cepat, kemampuan layanan yang kuat, dan kemampuan untuk merespons kebutuhan pelanggan hilir dengan cepat, sehingga memberi mereka keunggulan dalam hal respons cepat. Selain itu, produsen semikonduktor daya domestik juga memiliki keunggulan kinerja biaya yang tinggi serta biaya logistik dan tenaga kerja yang rendah, yang memenuhi kebutuhan produsen kendaraan energi baru untuk mengurangi biaya dan meningkatkan efisiensi seiring dengan peningkatan penetrasi dan pangsa pasar mereka.

Kebijakan dan pendanaan mendukung pengembangan industri IGBT dalam negeri. IGBT memiliki pasar domestik dan internasional yang sangat besar, dan memainkan peran penting dan tak tergantikan dalam peningkatan struktur industri, konservasi energi dan pengurangan emisi, energi baru, dan bidang lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir, negara telah meluncurkan sejumlah kebijakan untuk mendukung pengembangan industri semikonduktor, termasuk IGBT, dari aspek pengembangan industri, penelitian dan pengembangan, serta investasi fiskal dan pajak.

Pada Agustus 2020, Dewan Negara mengeluarkan "Beberapa Kebijakan untuk Mendorong Pengembangan Industri Sirkuit Terpadu dan Industri Perangkat Lunak Berkualitas Tinggi di Era Baru" untuk secara komprehensif mendukung pengembangan industri semikonduktor dari segi keuangan dan perpajakan, investasi dan pembiayaan, penelitian dan pengembangan, dan lain-lain. Dukungan kebijakan yang komprehensif akan menjadi dorongan efektif bagi perkembangan pesat industri IGBT.

Selain itu, negara juga memberikan dukungan aktif di tingkat keuangan. Tahap pertama dan kedua dari Dana Industri Sirkuit Terpadu Nasional (disebut sebagai Dana Besar) juga didirikan pada tahun 2014 dan 2019. Tahap pertama Dana Besar mengumpulkan 138.7 miliar yuan, dan tahap kedua Dana Besar memiliki modal terdaftar sebesar 204.15 miliar yuan.

Menurut statistik dari Jiwei.com, area investasi fase pertama dari dana besar tersebut meliputi: manufaktur sirkuit terpadu 67%, desain 17%, pengemasan dan pengujian 10%, dan material peralatan 6%. Didorong oleh investasi dana besar dan modal sosial yang mereka manfaatkan, industri sirkuit terpadu, termasuk IGBT, telah mencapai perkembangan yang baik.

Singkatnya, diperkirakan substitusi domestik IGBT otomotif akan semakin cepat, membantu produsen domestik meningkatkan pangsa pasar mereka. Pertama: negara kita adalah pasar konsumen otomotif terbesar di dunia, dan permintaan konsumen otomotif akan terus meningkat di masa depan, memberikan peluang bagus bagi pengembangan produsen IGBT otomotif domestik. Kedua: Gesekan perdagangan telah meningkat, dan kebutuhan akan semikonduktor otonom dan terkontrol menjadi semakin mendesak. Ketiga: Produsen domestik di industri kendaraan energi baru memimpin dalam membangun keunggulan sebagai pelopor dan diperkirakan akan mencapai keunggulan kompetitif di berbagai bidang. Seiring meningkatnya pangsa pasar perusahaan kendaraan energi baru domestik dan karena pertimbangan keamanan rantai pasokan, diperkirakan lebih banyak produsen semikonduktor domestik akan cenderung menggunakan produk-produk tersebut, dan pangsa pasar IGBT domestik diperkirakan akan meningkat. Keempat: Produsen IGBT domestik memiliki keunggulan layanan lokal seperti kinerja biaya yang tinggi dan kecepatan respons yang cepat, yang memenuhi kebutuhan kendaraan energi baru untuk mengurangi biaya dan meningkatkan efisiensi, dan diperkirakan akan meningkatkan pangsa pasar dalam persaingan di masa depan. Kelima: Kebijakan dan dana nasional mendukung pengembangan industri IGBT. Berdasarkan analisis di atas, kami percaya bahwa proses substitusi IGBT otomotif di dalam negeri akan semakin cepat dan mencapai peningkatan pangsa pasar.

Selain meningkatkan pangsa pasar mereka, produsen IGBT domestik juga akan sepenuhnya diuntungkan dari pertumbuhan pesat pasar IGBT otomotif domestik. Menurut perhitungan kami, pasar IGBT kendaraan energi baru Tiongkok diperkirakan akan mencapai 17.7 miliar yuan pada tahun 2025, dengan tingkat pertumbuhan majemuk sebesar 43.45%. Pasar IGBT untuk stasiun pengisian daya kendaraan energi baru Tiongkok akan mencapai 14.7 miliar yuan pada tahun 2025, dengan tingkat pertumbuhan majemuk sebesar 43.45%.

Pasar IGBT untuk kendaraan energi baru di Tiongkok diperkirakan akan mencapai 17.7 miliar yuan pada tahun 2025, yang merupakan 6 kali lipat dari tahun 2020, dengan tingkat pertumbuhan majemuk sebesar 43.45%. Menurut data dari Asosiasi Otomotif Tiongkok, penjualan mobil di Tiongkok akan mencapai 25.3 juta unit pada tahun 2020. Diperkirakan penjualan mobil di Tiongkok akan mencapai 30 juta unit pada tahun 2025, di mana penjualan kendaraan energi baru di Tiongkok akan mencapai 1.32 juta unit pada tahun 2020, dan tingkat penetrasi kendaraan energi baru adalah 5.22%.

Jika tingkat penetrasi kendaraan energi baru di Tiongkok pada tahun 2025 dapat mencapai 20% seperti yang diusulkan dalam "Rencana Pengembangan Industri Kendaraan Energi Baru (2021-2035)", maka penjualan kendaraan energi baru di Tiongkok pada tahun 2025 akan meningkat dari 1.32 juta unit pada tahun 2020 menjadi 6 juta unit pada tahun 2025. Berdasarkan nilai sepeda semikonduktor daya kendaraan energi baru yang telah kita hitung di atas, diperkirakan pasar semikonduktor daya kendaraan energi baru di Tiongkok akan mencapai 17.7 miliar yuan pada tahun 2025, yang merupakan 6 kali lipat dari tahun 2020, dengan tingkat pertumbuhan majemuk sebesar 43.45%.

Diperkirakan pasar IGBT China untuk kendaraan energi baru akan mencapai 14.7 miliar yuan pada tahun 2025, dengan tingkat pertumbuhan majemuk sebesar 43.45%, dan IGBT akan mendapatkan keuntungan terbesar. Menurut data Yole, ukuran pasar IGBT kendaraan energi baru global adalah US$600 juta pada tahun 2019. Data EVSalesBlog mengumumkan bahwa penjualan global kendaraan listrik hibrida plug-in dan kendaraan listrik baterai murni pada tahun 2019 sekitar 2.2 juta unit. Dari sini, dapat dihitung bahwa nilai rata-rata sepeda IGBT adalah US$273 (mencakup 83% dari nilai semikonduktor daya sepeda), dipengaruhi oleh ketatnya pabrik wafer, dan dengan mempertimbangkan kapasitas produksi pabrik wafer semikonduktor global yang ketat saat ini, diperkirakan harga semikonduktor daya kendaraan energi baru akan tetap tinggi tahun ini, dan nilai sepeda di masa mendatang akan meningkat secara bertahap seiring dengan tren elektrifikasi dan peningkatan penetrasi motor ganda. Jika dikalikan dengan penjualan kendaraan energi baru di negara saya sebesar 6 juta unit pada tahun 2025, ukuran pasar IGBT kendaraan energi baru di Tiongkok diperkirakan akan tumbuh dari sekitar 2.4 miliar unit pada tahun 2020 menjadi 14.7 miliar unit pada tahun 2025, dengan tingkat pertumbuhan majemuk sebesar 43.45%.

Diperkirakan bahwa pasar IGBT (Integrated GBT Battery) untuk stasiun pengisian daya kendaraan energi baru di Tiongkok akan mencapai 10.9 miliar yuan pada tahun 2025, dengan tingkat pertumbuhan majemuk sebesar 35%. Saat ini, siklus penghapusan kendaraan energi baru berkisar antara 8 hingga 10 tahun. Berdasarkan perhitungan penjualan kendaraan energi baru setiap tahun yang disebutkan di atas, diperkirakan jumlah kendaraan energi baru akan mencapai 22.46 juta unit pada tahun 2025.

Dengan kemajuan infrastruktur baru, dengan asumsi konservatif bahwa rasio kendaraan terhadap stasiun pengisian daya akan meningkat menjadi 2:1 pada tahun 2025, dapat dihitung bahwa jumlah stasiun pengisian daya pada tahun 2025 akan mencapai sekitar 11.23 juta. Karena kebijakan infrastruktur baru berfokus pada pembangunan stasiun pengisian daya publik, proporsi stasiun pengisian daya publik diperkirakan akan meningkat dari 48% pada tahun 2020 menjadi 50% pada tahun 2025. Selain itu, karena peningkatan permintaan pengisian daya cepat, proporsi stasiun pengisian daya DC dalam stasiun pengisian daya publik diperkirakan akan meningkat dari 38% pada tahun 2020 menjadi 50% pada tahun 2025.

Berdasarkan data pengumuman tender proyek stasiun pengisian daya kendaraan milik State Grid selama bertahun-tahun, kami menghitung bahwa harga rata-rata per watt untuk stasiun pengisian daya DC publik 60 kW, yang merupakan kekuatan tender utama, turun dari 1.15 yuan/W pada tahun 2017 menjadi 0.9 yuan/W pada tahun 2019 (harga satu unit turun dari 69,000 yuan pada tahun 2017 menjadi 54,000 yuan pada tahun 2019); sedangkan harga rata-rata satu unit pada stasiun pengisian daya AC publik turun dari 9,500 yuan pada tahun 2017 menjadi 5,400 yuan pada tahun 2019.

Berdasarkan riset kami tentang harga tiang pengisian daya pribadi dari produsen kendaraan energi baru arus utama di pasar, kami menghitung bahwa harga tiang pengisian daya pribadi turun dari 12,700 yuan/unit pada tahun 2017 menjadi 7,800 yuan/unit pada tahun 2020. Dengan memperhitungkan bahwa IGBT menyumbang sekitar 20% dari biaya tiang pengisian daya, diperkirakan ukuran pasar IGBT domestik untuk tiang pengisian daya akan mencapai 10.9 miliar yuan pada tahun 2025, meningkat 3.4 kali lipat dari 2.5 miliar yuan pada tahun 2020, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 34.5%.

  6    Keterbatasan kapasitas produksi sulit diatasi dalam jangka pendek, dan booming semikonduktor daya terus meningkat.

Kapasitas produksi 8 inci terbatas dan pabrik semikonduktor beroperasi dengan kapasitas penuh. Pada tahun 2020, komersialisasi 5G dan "ekonomi tinggal di rumah" yang disebabkan oleh pandemi telah mempercepat transformasi digital masyarakat. Pasar peralatan terminal seperti mobil, peralatan rumah tangga, dan perangkat digital terus pulih, secara signifikan mendorong pertumbuhan permintaan semikonduktor.

Selain itu, epidemi di Eropa dan Amerika Serikat belum sepenuhnya terkendali, dan faktor-faktor seperti prospek hubungan perdagangan Sino-AS yang tidak pasti telah mendorong produsen chip untuk meningkatkan persediaan pengaman. Gabungan berbagai faktor ini menyebabkan pasokan kapasitas produksi pabrik wafer melebihi permintaan, dan kapasitas produksi 8 inci dari produsen pabrik wafer utama hampir mencapai kapasitas penuh. Tingkat pemanfaatan kapasitas perusahaan paling maju di dunia, Huahong Hongli, pada kuartal ketiga tahun 2020 melebihi 100%, dan tingkat pemanfaatan kapasitas UMC dan SMIC juga berada pada level tinggi yaitu 95%.

Waktu yang dibutuhkan agar kapasitas produksi wafer baru global mencapai kapasitas penuh sebagian besar terkonsentrasi pada tahun 2023-2025, dan sulit untuk mengatasi keterbatasan kapasitas produksi dalam jangka pendek. Dari perspektif kapasitas produksi global, menurut data ICInsights, diperkirakan kapasitas produksi wafer baru (setara 8 inci) di dunia akan mencapai sekitar 17.9 juta unit pada tahun 2020, dan akan bertambah menjadi 20.8 juta unit pada tahun 2021. Namun, karena pembelian peralatan, debugging, verifikasi pelanggan, dan alasan lainnya, periode peningkatan kapasitas produksi pabrik pembuatan wafer relatif panjang, biasanya sekitar 3-5 tahun. Bagian dari kapasitas produksi baru ini diperkirakan akan mencapai kapasitas penuh pada tahun 2023-2025, sehingga sulit untuk mengatasi keterbatasan kapasitas produksi dalam jangka pendek.

Kapasitas produksi semikonduktor domestik yang sedang dibangun setara dengan sekitar 27.96 juta keping 8 inci per tahun, sebagian besar akan mulai berproduksi pada tahun 2022. Namun, mengingat masih ada periode peningkatan produksi yang panjang setelah lini produksi baru mulai beroperasi, sulit untuk mengatasi kekurangan kapasitas produksi dalam jangka pendek. Menurut statistik kami yang belum lengkap, kapasitas produksi semikonduktor domestik saat ini sekitar 2.88 juta keping/bulan (setara dengan wafer 8 inci, termasuk wafer berbasis silikon dan wafer berbasis semikonduktor senyawa), dan total kapasitas produksi semikonduktor domestik yang sedang dibangun sekitar 2.33 juta keping/bulan (27.96 juta keping/tahun). Sebagian besar lini produksi baru akan mulai berproduksi pada tahun 2022. Namun, mengingat masih ada periode peningkatan kapasitas produksi selama 3-5 tahun setelah lini produksi baru mulai beroperasi, produksi penuh tidak dapat dicapai dengan cepat. Diperkirakan kekurangan kapasitas produksi masih akan sulit diatasi dalam jangka pendek.

Diperkirakan bahwa pada tahun 2025, jumlah wafer 8 inci yang dibutuhkan untuk modul IGBT kelas otomotif global akan mencapai 1.69 juta, meningkat 5.4 kali lipat dibandingkan tahun 2020. Saat ini, terdapat dua jenis kendaraan listrik di pasaran: motor tunggal dan motor ganda. Saat ini, kendaraan energi baru arus utama menggunakan konfigurasi motor tunggal. Namun, dengan peningkatan teknologi manufaktur kendaraan energi baru di masa mendatang, tingkat penetrasi kendaraan energi baru motor ganda yang dapat memberikan kendaraan dengan kinerja lebih tinggi akan meningkat.

Pada kendaraan energi baru, setiap motor menggunakan inverter, dan setiap inverter menggunakan modul IGBT. Mengingat kinerja yang sangat baik dari motor ganda, kami berasumsi bahwa tingkat penetrasinya akan mencapai 20% pada tahun 2025. Dapat diperkirakan bahwa pada tahun 2025, dunia akan membutuhkan perakitan modul IGBT untuk 12 juta kendaraan listrik dan 14.4 juta motor. Saat ini, 10-18 chip IGBT dikemas dalam satu modul IGBT kelas otomotif (jumlah chip bervariasi karena tingkat tegangan modul IGBT yang berbeda). Dengan menghitung rata-rata dibutuhkan 15.216 juta chip IGBT. Berdasarkan perhitungan bahwa setiap wafer 8 inci dapat memotong sekitar 128 chip IGBT, diperkirakan bahwa permintaan global untuk wafer 8 inci untuk modul IGBT kelas otomotif saja akan mencapai 1.69 juta buah pada tahun 2025, meningkat 5.4 kali lipat dibandingkan dengan tahun 2020.

Kenaikan harga wafer telah berdampak pada rantai industri hilir, dan booming semikonduktor terus meningkat. Permintaan akhir terus tumbuh, kapasitas produksi foundry yang ada sudah penuh, dan kapasitas produksi baru tidak dapat ditingkatkan dengan cepat dalam jangka pendek. Kontradiksi antara penawaran dan permintaan telah menyebabkan kenaikan harga wafer foundry.

TSMC telah membatalkan diskon 3% untuk pabrik wafer 12 inci bagi pelanggan utamanya. UMC secara berturut-turut menaikkan harga pabrik wafer 8 inci dan kemudian menaikkan harga pabrik wafer 12 inci. Kenaikan harga pabrik wafer ini segera berdampak pada produsen di tingkat bawah rantai industri, dengan sebagian besar produsen menaikkan harga mereka lebih dari 10%. Di antaranya, Renesas Electronics mengumumkan bahwa harga beberapa produk analog dan daya akan meningkat 15% hingga 100%. Diuntungkan oleh kenaikan harga produk, perusahaan seperti Infineon telah memperpanjang waktu pengiriman produk. Diharapkan kemakmuran rantai industri semikonduktor akan terus meningkat.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Future Think Tank", yang mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber dan penulis asli saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.