Idee fondamentali:

Si prevede che i semiconduttori di potenza vivranno un periodo di forte crescita nel 2021. Nel 2018, trainati dalla rapida crescita della domanda di veicoli elettrici e di altri chip che occupavano la capacità produttiva di 8 pollici, i semiconduttori di potenza hanno subito una serie di carenze e aumenti di prezzo; nel 2019, influenzati dal calo degli smartphone, dal declino delle auto tradizionali e dallo sviluppo costante dei veicoli elettrici, i semiconduttori di potenza hanno registrato un andamento stagnante; nel 2020, a causa della pandemia, la domanda di semiconduttori di potenza non è stata buona nella prima metà dell'anno, ma dopo il terzo trimestre, grazie all'impatto dell'alimentazione 5G, degli smartphone, dell'industria, dei veicoli elettrici e delle apparecchiature IoT, la domanda è aumentata significativamente. La pandemia all'estero ha influenzato la capacità produttiva dei produttori stranieri e alcuni prodotti hanno subito carenze e aumenti di prezzo. Riteniamo che, spinti da una domanda multipla, i semiconduttori di potenza vivranno un periodo di forte crescita nel 2021.

Prospettiva del settore

Nel 2021, la crescita della domanda, l'aumento dei prezzi e la sostituzione interna offriranno buone opportunità di sviluppo per i semiconduttori di potenza: a causa della pandemia globale di COVID-4, il mercato globale dei semiconduttori di potenza ha subito un calo nel 2020. QYResearch prevede un calo del 9.1% su base annua nel 2020. Si prevede una crescita dell'8.1% su base annua nel 2021, trainata dalla domanda di telefoni cellulari 5G, veicoli elettrici e IoT. Nel quarto trimestre del 2020, i tempi di consegna dei prodotti a semiconduttore di potenza ON Semiconductor di Infineon, STMicroelectronics e Diodes sono stati generalmente prolungati. L'aumento dei prezzi di alcuni prodotti MOSFET è stato evidente, soprattutto per Infineon. Anche i marchi nazionali hanno registrato carenze e aumenti di prezzo. I prezzi dei MOSFET sono generalmente aumentati del 10-20%. Nel 2019, la Cina si è affermata come il più grande mercato mondiale di semiconduttori di potenza, rappresentando il 35.9% del mercato globale. Tuttavia, il tasso di autosufficienza è basso. Prendendo ad esempio gli IGBT, il tasso di autosufficienza nel 2019 era solo del 16.3%. Riteniamo che nel 2021 i semiconduttori di potenza beneficeranno di buone opportunità di sviluppo, trainate dalla crescita della domanda, dall'aumento dei prezzi e dalla sostituzione con prodotti nazionali, e che l'intera filiera industriale ne trarrà attivamente vantaggio.

I veicoli a energia alternativa sono in forte espansione e la domanda di IGBT sta crescendo rapidamente. Il settore dei veicoli a energia alternativa sta entrando in una fase di rapida crescita. Nel novembre 2020, la produzione e le vendite di veicoli a energia alternativa si sono attestate rispettivamente a 198,000 e 200,000 unità, con un aumento su base annua del 75.1% e del 104.9%. Si prevede che il numero globale di veicoli a energia alternativa raggiungerà gli 11 milioni nel 2025, con la Cina che rappresenterà il 50% del totale. I veicoli a energia alternativa richiedono un elevato numero di nuovi semiconduttori di potenza. Un veicolo mild hybrid a 48 V richiede un aumento di oltre 90 dollari, mentre un veicolo elettrico o ibrido richiede un aumento di oltre 330 dollari. Si prevede che il tasso di crescita annuo composto dei moduli IGBT per il settore automobilistico raggiungerà il 23.5% dal 2018 al 2023. La produzione di semiconduttori di potenza per il settore automobilistico è complessa e altamente concentrata, con i produttori europei e americani che detengono una posizione di leadership. Nel 2019, la più grande azienda al mondo era Infineon, con una quota di mercato del 25.5%, e la seconda era STMicroelectronics, con una quota del 13.9%. Le prime cinque aziende rappresentavano complessivamente il 62.1% del mercato, indicando un elevato grado di concentrazione. Le aziende cinesi hanno una base debole nel settore dei semiconduttori di potenza per autoveicoli, ma i veicoli elettrici in Cina si sono sviluppati rapidamente negli ultimi anni, il che ha anche stimolato lo sviluppo del settore degli IGBT. Infineon si è classificata al primo posto nel settore degli IGBT per veicoli a nuova energia in Cina nel 2019, con una quota del 49.3%, seguita da BYD, che fornisce principalmente i propri prodotti, con il 20%, e da Star Semiconductor al terzo posto, con una quota di mercato del 16.6% e una rapida crescita.

Le prestazioni dei semiconduttori di terza generazione sono eccellenti e la domanda è in aumento. Il SiC è utilizzato principalmente negli elettrodomestici, nelle energie rinnovabili (veicoli elettrici, energia eolica, fotovoltaico) e nelle applicazioni industriali. Si prevede che il mercato dei dispositivi di potenza al carburo di silicio supererà i 10 miliardi di dollari nel 2027. Per quanto riguarda le applicazioni automobilistiche, i MOSFET al SiC sono nettamente superiori in termini di prestazioni, consentendo di ridurre le perdite, il volume e il peso del modulo. La Model 3 è stata la prima a utilizzare MOSFET al SiC, inaugurando l'impiego di questo materiale nei veicoli elettrici. Nel 2020, anche BYD Han ha utilizzato moduli al SiC, migliorando significativamente le prestazioni in accelerazione, la potenza e l'autonomia. Il veicolo a celle a combustibile Toyota Mirai è dotato di SiC, riducendo il volume del modulo di potenza del 30% e le perdite del 70%. Riteniamo che, con la diminuzione dei costi e la graduale maturazione della tecnologia, il SiC abbia un ampio margine di applicazione nei veicoli elettrici.

Aziende chiave: Star Semiconductor, Hua Hong Semiconductor, China Resources Micro, Silan Micro e New Clean Energy.

Avvertenza sui rischi: lo sviluppo dei veicoli elettrici non soddisfa le aspettative, le vendite di smartphone non soddisfano le aspettative e i progressi del 5G sono inferiori alle aspettative.

1. Ampia gamma di applicazioni e sviluppo costante dell'industria dei semiconduttori di potenza

1.1 Si prevede che il tasso di crescita medio annuo dei semiconduttori di potenza globali dal 2019 al 2025 sarà del 4.3%.

I semiconduttori di potenza sono ampiamente utilizzati in diversi prodotti elettronici. Nel 2019, il mercato dei semiconduttori di potenza aveva un valore di 17.5 miliardi di dollari. Yole prevede che nel 2025 il mercato raggiungerà i 22.5 miliardi di dollari, con un tasso di crescita medio annuo del 4.3% dal 2019 al 2025.

Il tasso di crescita medio annuo complessivo dei moduli IGBT dal 2019 al 2025 è del 18%. Grazie al rapido sviluppo delle nuove energie (veicoli elettrici, energia eolica e fotovoltaica) e del settore del controllo industriale, si prevede che il mercato complessivo dei moduli IGBT raggiungerà i 5.4 miliardi di dollari nel 2025, rappresentando il 24% dell'intero mercato dei semiconduttori di potenza.

Il settore automobilistico rappresenta la quota maggiore, seguito da quello dei motori. Nel 2019, il settore automobilistico (inclusi EV, HEV, MOSFET al silicio) ha raggiunto 1.5 miliardi di dollari, quello dei motori (Motor Drive, moduli IGBT) 1.4 miliardi di dollari, quello degli smartphone e delle apparecchiature wireless (MOSFET al silicio) 1.3 miliardi di dollari, quello della tecnologia informatica (Computing) e dello storage (MOSFET al silicio) 1.2 miliardi di dollari, quello industriale (MOSFET al silicio) 1.1 miliardi di dollari e quello degli EV e HEV (moduli IGBT) 600 milioni di dollari (gli altri settori rappresentano 10.4 miliardi di dollari). A giudicare dalla proporzione (quantità) dei vari componenti nel mercato dei semiconduttori di potenza, i MOSFET al silicio rappresentano il 45%. Un altro componente importante è il modulo IGBT, con una dimensione di mercato di 3.7 miliardi di dollari nel 2019. Le applicazioni nell'industria, gli inverter per il recupero di energia, gli EV e gli HEV hanno attirato molta attenzione (soprattutto gli EV e gli HEV come ultima direzione applicativa).

Rapida crescita dei MOSFET SiC per il settore automobilistico. Grazie alla domanda proveniente da case automobilistiche come Tesla negli Stati Uniti e BYD in Cina, i moduli in silicio stanno gradualmente sostituendo i moduli IGBT come inverter principali. Si prevede che anche il mercato dei MOSFET SiC crescerà grazie alla diffusione dei veicoli elettrici e ibridi. In futuro, i transistor discreti SiC competeranno con i MOSFET come sistemi di ricarica di bordo efficienti.

1.2 Il mercato cinese dei semiconduttori di potenza è al primo posto nel mondo e le aziende leader nazionali si stanno sviluppando rapidamente

Nel 2019, il mercato cinese dei semiconduttori di potenza rappresentava il 35.9% del mercato globale: la Cina è il più grande consumatore al mondo di dispositivi di potenza e i principali prodotti del segmento dei dispositivi di potenza si posizionano tutti al primo posto nella quota di mercato cinese.

La quota di mercato globale dei leader nazionali è ancora molto bassa e c'è un chiaro divario con i giganti internazionali: analogamente all'intero settore dei semiconduttori, rispetto ai produttori esteri di dispositivi di potenza IDM, il fatturato annuo delle principali aziende nazionali del settore (China Resources Micro, Star Semiconductor, New Clean Energy, Yangjie Technology, China Microelectronics, Silan Micro, ecc.) è molto diverso da quello dei giganti internazionali, e la struttura dei prodotti è di fascia bassa, il che indica che le dimensioni del mercato cinese dei dispositivi di potenza presentano una grave discrepanza tra modello e tasso di autonomia, e c'è un enorme margine per la sostituzione interna. Attualmente, l'industria cinese dei semiconduttori di potenza si sta sviluppando rapidamente. Wingtech Technology ha acquisito Nexperia e diverse aziende di semiconduttori di potenza come Star Semiconductor, China Resources Micro e New Clean Energy sono state quotate in borsa una dopo l'altra e sono in crescita.

2. Spinto dalla domanda, il settore dei semiconduttori di potenza vivrà un periodo di forte espansione nel 2021.

2.1 I tempi di consegna dei principali produttori internazionali di semiconduttori di potenza sono stati prolungati

Nel quarto trimestre del 2020, i tempi di consegna dei MOSFET, IGBT e altri prodotti di Infineon si sono generalmente allungati, raggiungendo un massimo di 30 settimane. Tra questi, i prezzi dei MOSFET a bassa e alta tensione e dei transistor per l'aviazione militare sono in aumento. I tempi di consegna dei semiconduttori di potenza di STMicroelectronics hanno mostrato una tendenza generale all'allungamento, mentre i prezzi sono rimasti stabili.

Nel quarto trimestre del 2020, i tempi di consegna dei MOSFET e dei transistor di Diodes si sono allungati, raggiungendo un massimo di 20 settimane, e il prezzo dei MOSFET a bassa tensione ha mostrato una tendenza al rialzo. Anche i tempi di consegna dei prodotti della serie di potenza di ON Semiconductor si sono allungati e i prezzi dei MOSFET ad alta e bassa tensione hanno registrato un andamento positivo.

2.2 La tendenza all'aumento dei prezzi dei MOSFET a semiconduttore di potenza è evidente

Gli aumenti di prezzo dei MOSFET variano dal 10% al 20%. Secondo le informazioni provenienti dalla filiera produttiva, da novembre a dicembre 2020 i marchi esteri, in particolare Infineon, hanno registrato carenze di scorte. Anche i marchi nazionali hanno subito aumenti di prezzo. In generale, i prezzi dei MOSFET sul mercato sono aumentati del 10-20%.

La Cina è un paese con una forte domanda di MOSFET, ma dipende in larga misura dalle importazioni. Secondo i dati di IHS, nel 2019 il mercato globale dei MOSFET valeva 7.6 miliardi di dollari, di cui il 39% era rappresentato dal mercato interno. Dal punto di vista della struttura del mercato dei MOSFET, Infineon, ON Semiconductor, Toshiba, ST e Renesas detengono insieme il 61% della quota di mercato interna. I principali produttori internazionali stanno affrontando problemi di approvvigionamento e gravi carenze.

La domanda è aumentata vertiginosamente e l'insufficiente capacità produttiva di wafer da 8 pollici ha causato carenze e aumenti di prezzo. L'elettrificazione delle automobili ha portato a un enorme incremento della domanda di MOSFET. La richiesta di risparmio energetico e protezione ambientale nei dispositivi elettronici a valle non solo ha guidato la crescita della domanda, ma ha anche portato a un rapido aggiornamento della struttura del prodotto. L'inizio del processo di commercializzazione del 5G ha spinto la domanda di MOSFET ad aumentare esponenzialmente. Nei settori dell'alimentazione delle stazioni di ricarica e dell'alimentazione per le comunicazioni 5G, si prevede una crescita della domanda del 20-30% quest'anno. La domanda repressa nella prima metà dell'anno per computer, elettrodomestici e ricarica rapida si è gradualmente liberata. Dal lato dell'offerta, i MOSFET si basano principalmente su fonderie di wafer da 8 e 6 pollici, con i wafer da 12 pollici e inferiori che rappresentano oltre l'80%. Secondo le informazioni di ricerca sulla catena di fornitura, la capacità produttiva di wafer da 8 pollici delle principali fonderie è attualmente al massimo. Ad esempio, i tassi di utilizzo della capacità produttiva delle fonderie nazionali di wafer da 8 pollici, come Huahong e China Resources Micro, sono prossimi alla piena capacità, e la capacità produttiva di wafer da 8 pollici di UMC sarà a pieno regime fino alla seconda metà del 2021.

Diodes (USA e Taiwan) inizierà ad aumentare i prezzi di alcuni prodotti a partire dal 1° gennaio 2021. Diodes (USA e Taiwan) ha dichiarato in un avviso di aumento dei prezzi ai clienti che, a causa dell'impatto dell'epidemia di COVID-19, l'azienda sta affrontando difficoltà dovute all'aumento dei costi e al prolungamento dei tempi di consegna da parte dei fornitori. Per questo motivo, a partire dal 1° gennaio 2021, aumenterà i prezzi di alcuni prodotti.

Il 9 dicembre, Hangzhou Silan Microelectronics ha annunciato che, a causa dell'aumento dei prezzi dei wafer MOS e dei materiali di packaging, nonché dell'impatto sulla capacità produttiva, il costo dei prodotti correlati continua a crescere. Al fine di garantire la fornitura dei prodotti e mantenere buoni rapporti commerciali, l'azienda ha attentamente valutato la situazione e ha deciso che, a partire da oggi (9 dicembre 2020), il prezzo dei suoi prodotti SGT MOS aumenterà del 20% per tutto il mese.

A partire dal 1° gennaio 2021, Xinjie Energy aumenterà i prezzi di alcuni prodotti. Il 21 dicembre 2020, anche Wuxi New Clean Energy ha emesso un avviso di adeguamento dei prezzi ai propri clienti. L'avviso specificava che, a causa del continuo aumento dei costi delle materie prime e degli imballaggi a monte, della limitata capacità produttiva e dei cicli di produzione allungati, i costi dei prodotti sono aumentati significativamente e il prezzo originario non è più sufficiente a soddisfare la domanda.

Si prevede che i semiconduttori di potenza vivranno un periodo di forte crescita nel 2021. Nel 2018, trainati dalla rapida crescita della domanda di veicoli elettrici e di altri chip che occupavano la capacità produttiva di 8 pollici, i semiconduttori di potenza hanno subito una serie di carenze e aumenti di prezzo; nel 2019, influenzati dal declino degli smartphone, dal declino delle auto tradizionali e dallo sviluppo costante dei veicoli elettrici, i semiconduttori di potenza hanno registrato un andamento stagnante; nel 2020, a causa della pandemia, la domanda di semiconduttori di potenza non è stata buona nella prima metà dell'anno, ma dopo il terzo trimestre, grazie all'influenza di alimentatori 5G, smartphone, ricarica rapida, industria, veicoli elettrici e dispositivi IoT, la domanda è aumentata significativamente e alcuni prodotti hanno subito carenze e aumenti di prezzo. Riteniamo che i semiconduttori di potenza vivranno un periodo di forte crescita nel 2021.

3. Forte domanda di veicoli elettrici + trainata dalla domanda in molteplici settori + sostituzione interna, l'IGBT ha un futuro promettente

3.1 IGBT - il fiore all'occhiello dei dispositivi di potenza, CPU nei dispositivi e sistemi di elettronica di potenza

L'IGBT è un dispositivo semiconduttore di potenza integrato con un principio di funzionamento complesso. Strutturalmente, l'IGBT integra quasi tutte le strutture di base dei dispositivi semiconduttori, come diodi, BJT, transistor a effetto di campo a giunzione (JFET), MOSFET e SCR. Le modifiche ai parametri strutturali dell'IGBT comportano corrispondenti variazioni nelle sue prestazioni. In termini di tecnologia di processo, l'IGBT utilizza la tecnologia dei circuiti integrati MOS per l'integrazione di potenza su larga area. La progettazione mostra che le dimensioni della cella unitaria sono ridotte. Maggiore è il numero di celle integrate in parallelo, minore è la caduta di tensione nello stato di conduzione (perdita di conduzione).

La tecnologia IGBT è stata inventata più di 30 anni fa e ha attraversato principalmente 6 generazioni di miglioramenti tecnologici e di processo. Dal punto di vista strutturale, gli IGBT possono essere suddivisi in struttura verticale, struttura a gate IGBT e tecnologia di lavorazione su wafer di silicio. La principale tendenza di sviluppo è la riduzione delle perdite.

L'IGBT è adatto per applicazioni ad alta tensione: si tratta di un dispositivo semiconduttore di potenza composito, costituito da un BJT e un MOSFET. Unisce i vantaggi del MOSFET, quali elevata velocità di commutazione, alta impedenza di ingresso, bassa potenza di controllo, circuito di pilotaggio semplice e basse perdite di commutazione, a quelli del BJT, con la bassa tensione di conduzione, l'elevata corrente di conduzione e le basse perdite. In termini di alta tensione, elevata corrente e alta velocità, non ha eguali tra i dispositivi di potenza. Pertanto, rappresenta un dispositivo di commutazione ideale nel campo dell'elettronica di potenza e costituisce la principale direzione per lo sviluppo futuro delle applicazioni. La stabilità dell'IGBT è leggermente inferiore a quella del MOSFET, ma superiore a quella del BJT. Tuttavia, è più facile raggiungere tensioni di tenuta più elevate rispetto a quelle del MOSFET e l'IGBT è meno soggetto a guasti dovuti a breakdown secondari, il che lo rende adatto per applicazioni ad alta tensione.

Come componente fondamentale nel campo del controllo e dell'automazione industriale, i moduli IGBT sono ampiamente utilizzati in numerosi settori, tra cui il risparmio energetico dei motori, il trasporto ferroviario, le reti intelligenti, l'industria aerospaziale, gli elettrodomestici, l'elettronica automobilistica, la generazione di energia da fonti rinnovabili, i veicoli a energia pulita, ecc. Con lo sviluppo dei veicoli a energia pulita e la crescente popolarità degli elettrodomestici a frequenza variabile, il mercato degli IGBT continua a espandersi. Questi dispositivi non solo migliorano il livello di automazione e la precisione di controllo delle apparecchiature nelle applicazioni industriali, ma aumentano anche significativamente l'efficienza energetica, riducendo al contempo volume e peso del prodotto e risparmiando materiale.

Gli IGBT presentano notevoli vantaggi al di sopra dei 600 V e attualmente possono essere applicati ad alte tensioni fino a 6500 V. Nel campo dell'alta tensione, i MOSFET al SiC rappresentano un concorrente degli IGBT, ma il loro costo rimane comunque elevato.

Con il continuo aggiornamento delle applicazioni, sono emersi nuovi requisiti per i chip e i moduli IGBT. I chip devono ridurre l'area e garantire una commutazione rapida. Gli IGBT devono essere in grado di sopportare tensioni e correnti più elevate, oltre a presentare basse perdite e un'elevata affidabilità.

I moduli di potenza per il settore automobilistico richiedono maggiore affidabilità operativa elettrica, maggiore durata, migliore risparmio energetico, forte resistenza alle interferenze, peso ridotto, compattezza, ecc.

Per far fronte alle diverse esigenze applicative, anche la tecnologia di incapsulamento dei moduli di potenza è in continua evoluzione, principalmente attraverso nuove tecnologie per i dispositivi al silicio, la riduzione della resistenza termica, nuovi metodi di saldatura dei chip, la dissipazione del calore su entrambi i lati, il miglioramento dell'integrazione, ecc.

3.2 I veicoli a energia nuova sono la principale forza trainante per la crescita dei moduli IGBT

Il valore dei semiconduttori di potenza per i veicoli a energia alternativa è aumentato significativamente: il valore dei nuovi dispositivi di potenza deriva principalmente dai sistemi "trifase" delle automobili, che comprendono il controllo della potenza, la trazione elettrica e i sistemi di batterie. Nell'unità di controllo della potenza, i moduli IGBT o SiC convertono la corrente continua ad alta tensione in corrente alternata che alimenta il motore trifase; nei convertitori AC/DC e DC/DC dei caricabatterie di bordo vengono utilizzati transistor singoli IGBT o SiC, MOS e SBD; nei controllori ausiliari ad alta tensione come quelli del servosterzo elettrico, delle pompe dell'acqua, delle pompe dell'olio, dei PTC e dei compressori dell'aria condizionata vengono utilizzati transistor singoli o moduli IGBT; nei sistemi start-stop ISG, i transistor singoli MOS dei veicoli elettrici vengono utilizzati nei controllori a bassa tensione come quelli dei tergicristalli.

? (1) Sistema di controllo della velocità elettrica: nei sistemi di controllo della velocità del motore dei veicoli a nuova energia esistono due forme principali di dispositivi di potenza: chopper per motori CC e inverter per motori CA. (1) Chopper: nei sistemi di controllo della velocità dei motori CC, si utilizzano generalmente i chopper. Il circuito di potenza è relativamente semplice e l'efficienza è relativamente elevata. Con lo sviluppo dei dispositivi di potenza, la frequenza del chopper può raggiungere diverse migliaia di hertz, quindi è molto adatto alla regolazione della velocità di trazione CC. I veicoli a nuova energia sono azionati da motori CC. Che si tratti di motori in serie o motori ad eccitazione separata, i chopper vengono utilizzati come convertitori di potenza. I dispositivi di potenza dei chopper utilizzano principalmente MOSFET e BJT. (2) Nella modalità di conversione CC/CC dell'inverter, ci sono generalmente due metodi: chopper CC più inverter e inverter CC/DA. Poiché la tensione di alimentazione dei veicoli a nuova energia è bassa, se si utilizza il primo metodo, ci saranno troppi collegamenti di trasmissione di energia, il che ridurrà l'efficienza dell'intero sistema. L'uso di un inverter di tensione PWM ha un circuito semplice, pochi collegamenti ed alta efficienza. Inoltre, sono ora comparsi convertitori di collegamento CC risonanti e convertitori di collegamento CA risonanti ad alta frequenza. Grazie all'utilizzo della tecnologia di commutazione a tensione o corrente zero, il convertitore risonante presenta i vantaggi di basse perdite di commutazione, basse interferenze elettromagnetiche, basso rumore, elevata densità di potenza e alta affidabilità.

(2) Convertitore di energia: il componente principale del convertitore di energia dei veicoli a nuova energia è il dispositivo di potenza. Attualmente, i dispositivi di potenza comunemente utilizzati includono CTO, BJT, MOSFET, IGBT, SITSITH e MCT. Tra questi, CTO e MCT presentano un'elevata velocità di commutazione, un'elevata capacità di trasmissione di energia, caratteristiche dinamiche superiori e un'elevata affidabilità. Sono molto adatti per la guida di veicoli elettrici. Allo stesso tempo, i dispositivi di potenza possono influenzare la struttura del convertitore di energia. I convertitori DC-DC e DC-AC sono utilizzati rispettivamente nei motori DC e nei motori AC.

(3) Dispositivo di ricarica a bordo: Lo sviluppo di caricabatterie a bordo è una condizione necessaria per lo sviluppo di veicoli a nuova energia, poiché può integrare efficacemente l'energia dalla rete CA alla batteria di ciascun veicolo elettrico. La funzione del caricabatterie è quella di convertire la corrente alternata in corrente continua, il che richiede l'uso di dispositivi di potenza come gli IGBT. I veicoli a nuova energia hanno imposto nuovi requisiti per questi dispositivi di potenza. Essi non richiedono solo una ricarica a due stadi a corrente costante e tensione costante, ma anche elevata efficienza, leggerezza, molteplici funzioni di protezione come l'autodiagnosi e la ricarica automatica, la capacità di programmare la curva dei tempi di ricarica, monitorare la temperatura della batteria e non inquinare la rete elettrica.

? (4) Colonne di ricarica: Essendo un'indispensabile infrastruttura di supporto di base per i veicoli a nuova energia, anche l'industria delle colonnine di ricarica del mio paese è in una fase di rapida crescita e il futuro spazio di mercato è ampio. Le statistiche di Infineon indicano che una colonnina di ricarica da 100 kW richiede un dispositivo di potenza del valore di 200-300 dollari USA e il modulo IGBT è il dispositivo centrale della colonnina di ricarica.

I diversi veicoli elettrici richiedono diverse quantità di dispositivi semiconduttori di potenza. Con l'aumento del numero di veicoli completamente elettrici, sia il volume che il prezzo dei dispositivi semiconduttori di potenza per il settore automobilistico aumenteranno.

Secondo i dati di Infineon, nel 2020 i veicoli mild hybrid a 48 V dovranno aggiungere 90 dollari di semiconduttori di potenza, mentre i veicoli elettrici o ibridi dovranno aggiungerne 330.

Nel 2019, il numero globale di veicoli elettrici ha raggiunto i 2.21 milioni, con un aumento del 10% rispetto all'anno precedente, mentre le vendite di veicoli a nuova energia in Cina sono state pari a 1.206 milioni, con un calo del 4.0% rispetto all'anno precedente.

Nel novembre 2020, la produzione e le vendite di veicoli a energia alternativa sono state rispettivamente di 198,000 e 200,000 unità, con un aumento su base annua del 75.1% e del 104.9%. Da gennaio a novembre 2020, la produzione e le vendite di veicoli a energia alternativa sono state rispettivamente di 1.119 milioni e 1.109 milioni di unità, di cui la produzione è diminuita dello 0.1% su base annua e le vendite sono aumentate del 3.9% su base annua.

BloombergNEF prevede che il numero globale di veicoli a energia alternativa raggiungerà gli 11 milioni nel 2025, con la Cina che rappresenterà il 50% del totale. Si prevede che il numero salirà a 28 milioni nel 2030 e a 56 milioni nel 2040. Entro tale data, le vendite di veicoli elettrici rappresenteranno il 57% di tutte le vendite di auto nuove.

Il settore dei semiconduttori di potenza per autoveicoli è complesso e altamente concentrato, con i produttori europei e americani che detengono le posizioni di leadership. Nel 2019, il mercato globale dei semiconduttori per autoveicoli ha raggiunto i 37.2 miliardi di dollari. Infineon si è classificata al primo posto con una quota di mercato del 13.4%, mentre le prime cinque aziende insieme rappresentavano il 49.1%. Infineon è la più grande azienda al mondo nel settore dei semiconduttori di potenza per autoveicoli, con una quota di mercato del 25.5%. La seconda azienda per importanza è STMicroelectronics, con una quota di mercato del 13.9%. Le prime cinque aziende rappresentano complessivamente il 62.1% del mercato, a testimonianza di un elevato grado di concentrazione.

Star Semiconductor sta crescendo rapidamente. Il settore automobilistico cinese ha una base debole e uno sviluppo lento nel campo dei semiconduttori di potenza per autoveicoli. Tuttavia, i veicoli elettrici in Cina si sono sviluppati rapidamente negli ultimi anni, il che ha anche stimolato lo sviluppo del settore IGBT. Secondo i dati di Zos Automotive Research, in base ai dati di vendita, Infineon si è classificata al primo posto nel settore IGBT per veicoli a nuova energia in Cina nel 2019, con una quota del 49.3%, seguita da BYD, che fornisce principalmente i propri prodotti, con il 20%, e Star Semiconductor al terzo posto con una quota di mercato del 16.6%.

3.3 Il controllo industriale, le nuove energie, la conversione di frequenza degli elettrodomestici e altri settori promuovono la crescita stabile degli IGBT

I dispositivi a semiconduttore di potenza sono sempre più utilizzati nel settore della gestione dell'energia. In futuro, il controllo industriale, le nuove energie, gli elettrodomestici a frequenza variabile, i data center, il 5G, l'IoT e altri settori rappresenteranno le aree chiave per la rapida crescita dei dispositivi a semiconduttore di potenza, e la domanda di IGBT continuerà ad aumentare.

3.3.1 Il controllo industriale è il principale campo di applicazione degli IGBT, con una domanda in costante crescita.

I moduli IGBT sono componenti fondamentali nei settori tradizionali del controllo industriale e dell'alimentazione elettrica, come ad esempio nei convertitori di frequenza e nelle saldatrici a inverter, e sono ampiamente utilizzati in questi ambiti. Con la graduale ripresa dei mercati del controllo industriale e dell'alimentazione elettrica, si prevede che anche le dimensioni del mercato dei moduli IGBT in questo settore si espanderanno progressivamente.

1) Industria dei convertitori di frequenza: i moduli IGBT non solo svolgono il ruolo dei transistor tradizionali nei convertitori di frequenza, ma includono anche la parte raddrizzatrice. Il segnale sinusoidale generato dal controller viene isolato tramite accoppiamento ottico e quindi entra nell'IGBT. L'IGBT converte la corrente continua raddrizzata a 380 V (220 V) in corrente alternata per l'uscita, in base alla variazione del segnale.

Il mercato dei convertitori di frequenza nel mio Paese è generalmente in crescita. I convertitori di frequenza sono entrati nel settore delle nuove energie e manterranno una crescita costante in settori industriali come la metallurgia, il carbone e la petrolchimica. Nel contesto del crescente tasso di urbanizzazione, la domanda di convertitori di frequenza da parte di enti di pubblica utilità come le amministrazioni comunali e il trasporto ferroviario continuerà a crescere, favorendo così l'espansione del mercato. Nei prossimi anni, il mercato degli inverter ad alta tensione con funzioni di alta efficienza e risparmio energetico continuerà a crescere, trainato dalle politiche governative. Entro il 2023, il mercato degli inverter ad alta tensione raggiungerà un valore di circa 17.5 miliardi di yuan.

2) Settore delle saldatrici a inverter: L'alimentatore per saldatura ad arco a inverter, noto anche come inverter per saldatura ad arco, è un nuovo tipo di alimentatore per saldatura. Questo tipo di alimentatore converte generalmente la tensione di rete CA trifase a frequenza di 50 Hz in CC tramite raddrizzamento e filtraggio da parte del raddrizzatore di ingresso, e quindi la inverte in una tensione CA a frequenza intermedia da diverse migliaia di hertz a decine di migliaia di hertz tramite l'azione di commutazione alternata di componenti elettronici di commutazione ad alta potenza (IGBT). Allo stesso tempo, viene ridotta a una tensione di decine di volt adatta alla saldatura tramite un trasformatore, e quindi raddrizzata nuovamente e filtrata da una reattanza per erogare una corrente di saldatura CC abbastanza stabile.

Secondo i dati dell'Ufficio Nazionale di Statistica, la produzione di saldatrici elettriche nel mio Paese nel 2018 è stata di 8.533 milioni di unità, con un incremento di 584,600 unità rispetto al 2017. Il continuo surriscaldamento del mercato delle saldatrici garantirà anche un graduale aumento della domanda di IGBT.

3.3.2 La produzione di energia fotovoltaica ed eolica cresce rapidamente e gli IGBT accolgono nuovi fattori di crescita

Poiché l'energia elettrica prodotta da fonti rinnovabili non soddisfa i requisiti della rete, deve essere raddrizzata in corrente continua (CC) tramite un inverter fotovoltaico o eolico, e successivamente convertita in corrente alternata (CA) conforme ai requisiti di rete prima di essere immessa nella rete stessa. I moduli IGBT sono i componenti principali degli inverter fotovoltaici ed eolici. Il rapido sviluppo del settore della produzione di energia da fonti rinnovabili diventerà un'ulteriore forza trainante per la continua crescita del settore dei moduli IGBT. La produzione globale di energia nel 2015 è stata di 6414 GW e si prevede che raggiungerà gli 8647 GW nel 2025, con un CAGR decennale del 3.0%, di cui la produzione di energia da fonti rinnovabili ha un tasso di crescita più rapido, pari al 5.9%. Analizzando più nel dettaglio, il tasso di crescita della produzione di energia solare ed eolica è superiore al tasso di crescita composto della produzione di energia rinnovabile, e il CAGR a 15-25 anni della produzione di energia solare è del 16.4%, mentre quello della produzione di energia eolica è del 10%, un valore nettamente superiore al tasso di crescita medio del settore. Da una prospettiva regionale, l'energia eolica sta crescendo rapidamente in Cina, Europa e Stati Uniti, mentre l'energia solare sta crescendo rapidamente in Cina, Europa, Stati Uniti e in altre regioni dell'Asia-Pacifico.

Energia eolica: L'energia eolica è sviluppata attivamente soprattutto da Cina e Stati Uniti. Nel medio-lungo termine, la produzione di energia eolica è in costante crescita. Rispetto alla produzione di energia termica, la domanda di semiconduttori per 1 MW di impianti eolici è 30 volte superiore a quella degli impianti termici. La potenza delle turbine eoliche era di 1.5 MW nel 2011 ed è cresciuta fino a 2-3 MW nel 2017. La crescita costante della produzione di energia eolica porrà nuove esigenze ai semiconduttori di potenza.

Produzione di energia solare: IHS prevede che il tasso di crescita composto della domanda di moduli IGBT derivanti dalla produzione di energia solare sarà del 9.0% dal 2016 al 2021. Per soddisfare efficacemente le esigenze della produzione di energia solare e della connessione alla rete degli inverter, è necessaria una corretta combinazione di dispositivi di controllo, driver e di potenza in uscita. L'IGBT è una scelta inevitabile come interruttore di potenza e gli inverter fotovoltaici saranno tra i primi dispositivi basati su SiC, il che aumenterà significativamente il valore dell'IGBT.

I produttori cinesi di inverter fotovoltaici sono in forte crescita, e la tecnologia IGBT è in ascesa. Attualmente, i produttori locali, principalmente Huawei e Sungrow, continuano a ottenere successi significativi nel mercato degli inverter fotovoltaici. Secondo le statistiche di SolarEdge, nel 2018 Huawei ha raggiunto il 22% del mercato globale degli inverter, posizionandosi al primo posto a livello mondiale, mentre Sungrow si è attestata al 15%, classificandosi al secondo posto. In particolare, nel mercato degli inverter trifase di stringa, Huawei ha raggiunto il 56% nel 2017, conquistando una posizione di leadership. Il rapido sviluppo dei produttori cinesi di inverter fotovoltaici ha portato a notevoli vantaggi in termini di localizzazione, consentendo la sostituzione degli IGBT di produzione nazionale con altri tipi di tecnologia.

3.3.3 La conversione di frequenza negli elettrodomestici a livello globale sta accelerando la sua diffusione e gli IGBT si trovano di fronte a buone opportunità di sviluppo

Il modulo IGBT è il componente principale dell'inverter a frequenza variabile per elettrodomestici. La funzione di apertura e chiusura ad alta frequenza dell'IGBT offre i seguenti vantaggi: 1. Piccole perdite di conduzione e di commutazione; 2. Eccellenti prestazioni EMI, che consentono di soddisfare i requisiti EMI modificando la dimensione della resistenza di pilotaggio mantenendo le perdite di commutazione entro un intervallo ragionevole; 3. Elevata resistenza ai cortocircuiti; 4. Piccoli picchi di tensione (per proteggere gli elettrodomestici). Essendo il più grande mercato e base di produzione di elettrodomestici al mondo, la Cina sta anche sviluppando un mercato IGBT su larga scala. Prendendo come esempio il settore della climatizzazione, la Cina, in quanto più grande mercato e base di produzione di elettrodomestici al mondo, sta anche sviluppando un mercato IPM su larga scala.

La conversione di frequenza degli elettrodomestici può consentire un notevole risparmio energetico. Rispetto agli elettrodomestici tradizionali, quelli a frequenza variabile presentano evidenti vantaggi intrinseci in termini di efficienza energetica, prestazioni e controllo intelligente. Negli ultimi anni, gli elettrodomestici a frequenza variabile sono in una fase di sviluppo completo e vengono utilizzati principalmente in condizionatori d'aria, forni a microonde, frigoriferi, scaldabagni e altri apparecchi ad alto consumo energetico. Ad esempio, rispetto ai frigoriferi tradizionali, quelli a frequenza variabile hanno una durata maggiore, sono meno rumorosi e consentono un risparmio energetico del 40%.

Si prevede che il tasso di penetrazione della conversione di frequenza negli elettrodomestici nel 2022 sarà del 65%. Secondo le statistiche IHS, le vendite globali di elettrodomestici nel 2017 sono state di circa 711 milioni di unità, di cui 467 milioni erano elettrodomestici a frequenza fissa, pari al 66%, mentre il numero di elettrodomestici a frequenza variabile era di 244 milioni di unità, pari al 34%. Si prevede che il volume delle vendite di elettrodomestici a frequenza variabile raggiungerà i 585 milioni di unità entro il 2022, pari al 65%, e che il CAGR delle vendite dal 17 al 22 sarà del 19.1%, mentre il volume delle vendite di elettrodomestici a frequenza fissa scenderà a 317 milioni di unità, pari al 35%.

Il valore intrinseco dei semiconduttori di potenza per gli elettrodomestici a frequenza variabile è aumentato significativamente. Il rapido incremento del volume di elettrodomestici a frequenza variabile farà aumentare notevolmente il valore dei semiconduttori per unità di elettrodomestici. Infineon prevede che il valore dei semiconduttori aumenterà da 0.7 euro per gli elettrodomestici a frequenza fissa a 9.5 euro. L'aumento dei semiconduttori riguarda principalmente i semiconduttori di potenza. Ipotizzando che 9.5 euro sia il valore medio dei semiconduttori per unità di elettrodomestici a frequenza variabile, si prevede che il mercato dei semiconduttori per elettrodomestici crescerà da 2.645 miliardi di euro nel 2017 a 2.645 miliardi di euro nel 2022, pari a 5.779 miliardi di yuan, con un CAGR del 16.9% dal 17 al 22.

Secondo i dati IHS, si prevede che le dimensioni del mercato dei semiconduttori di potenza per uso domestico cresceranno da 1.44 miliardi di dollari nel 2017 a 2.67 miliardi di dollari nel 2021, con un tasso di crescita composto dell'1%.

Grazie alla vigorosa promozione del risparmio energetico globale e della tutela ambientale, il tasso di diffusione della conversione di frequenza negli elettrodomestici aumenterà gradualmente, e i semiconduttori di potenza, in quanto componenti principali dei convertitori di frequenza, ne trarranno un notevole vantaggio.

3.4 Crescita in vari settori: si prevede che i moduli IGBT per il settore automobilistico registreranno un tasso di crescita annuo composto del 23.5% dal 2018 al 2023.

Nel 2018, il mercato globale degli IGBT ha raggiunto un valore di 6.21 miliardi di dollari. Secondo i dati IHS, nel 2017 il mercato globale degli IGBT si attestava a 5.255 miliardi di dollari, con un aumento del 16.5% rispetto al 2016. Nel 2018, il mercato globale degli IGBT ha raggiunto un valore di circa 6.21 miliardi di dollari.

4. Spinto dalla domanda di veicoli elettrici, il carburo di silicio si trova di fronte a nuove opportunità di sviluppo

4.1 Prestazioni eccellenti, la terza generazione di semiconduttori è emersa nel momento storico

I MOSFET basati su SiC e GaN hanno superato i limiti prestazionali e gli aggiornamenti tecnologici sono imprescindibili: rispetto ai materiali semiconduttori di prima e seconda generazione, i materiali semiconduttori di terza generazione presentano un'ampia banda proibita, un elevato campo elettrico di rottura, un'elevata conduttività termica, un elevato tasso di saturazione degli elettroni e una maggiore resistenza alle radiazioni, e sono quindi più adatti alla realizzazione di dispositivi ad alta temperatura, alta frequenza, resistenti alle radiazioni e ad alta potenza. Alla ricerca di dimensioni dei dispositivi più piccole e prestazioni migliori, i produttori di dispositivi di potenza stanno gradualmente promuovendo soluzioni tecnologiche di nuova generazione per i MOSFET basati su SiC e GaN. Ad esempio: 1) i MOSFET basati su SiC hanno una struttura cristallina altamente stabile rispetto ai MOSFET basati su silicio e la temperatura di esercizio può raggiungere i 600 °C; 2) la forza del campo di rottura del SiC è più di dieci volte superiore a quella del silicio, quindi la tensione di blocco dei MOSFET basati su SiC è più elevata; 3) La perdita di conduzione del SiC è molto inferiore a quella dei dispositivi al silicio e varia molto poco con la temperatura; 4) La conduttività termica del SiC è quasi 2.5 volte superiore a quella dei materiali al silicio. La velocità di deriva degli elettroni a saturazione è 2 volte superiore a quella del silicio, quindi i dispositivi in ​​SiC possono operare a frequenze più elevate.

Il SiC viene utilizzato principalmente negli elettrodomestici, nelle energie rinnovabili (veicoli elettrici, energia eolica, fotovoltaico), nelle applicazioni industriali, ecc.

4.2 Si prevede che il carburo di silicio svolgerà un ruolo importante nel settore dei veicoli elettrici

Per quanto riguarda le applicazioni automobilistiche, i MOSFET al carburo di silicio (SiC) sono ovviamente superiori in termini di prestazioni, in quanto possono ridurre le perdite e il volume e il peso del modulo. Gli IGBT sono superiori in termini di affidabilità e robustezza. I dispositivi al carburo di silicio sono utilizzati nei sistemi di ricarica dei veicoli e nei sistemi di conversione di potenza, in quanto possono ridurre efficacemente le perdite di commutazione, aumentare la temperatura operativa massima e migliorare l'efficienza del sistema.

La Model 3 è stata la prima a utilizzare i MOSFET al SiC, aprendo la strada all'impiego del SiC nei veicoli elettrici.

Il modulo inverter di Tesla è stato il primo a utilizzare 24 MOSFET al carburo di silicio (SiC), forniti da STMicroelectronics. Successivamente, anche Infineon è diventata il fornitore di semiconduttori di potenza SiC di Tesla. L'intera unità del modulo di potenza è composta da moduli a singolo tubo, utilizzando una topologia inverter standard a 6 interruttori. Ogni interruttore è composto da 4 moduli a singolo tubo, per un totale di 24 moduli a singolo tubo. Il dispositivo ha una tensione di tenuta di 650 V. Il design del modulo a singolo tubo SiC della Model 3 è coerente con l'utilizzo di IGBT a singolo tubo di Infineon nei modelli S/X. Il vantaggio è che può raggiungere la scalabilità a diversi livelli di potenza, migliorando al contempo la resa di confezionamento del modulo e riducendo i costi dei dispositivi a semiconduttore.

BYD Han utilizza MOSFET al SiC per migliorare le prestazioni di accelerazione, la potenza e la durata.

Nel 2020, il controller del motore del veicolo elettrico Han di BYD ha utilizzato per la prima volta il modulo di controllo SiC MOSFET sviluppato e prodotto internamente da BYD, migliorando notevolmente le prestazioni del motore.

Il carburo di silicio offre ottime prestazioni in termini di accelerazione. Il vantaggio più diretto dell'ampio bandgap è la maggiore rigidità dielettrica, che consente di sopportare tensioni elevate e, di conseguenza, di controllare tensioni di sistema più elevate. BYD Han è in grado di utilizzare una piattaforma a 650 V, anche grazie al carburo di silicio. L'alta tensione implica una bassa corrente, riducendo le perdite nelle resistenze dell'apparecchiatura. Per la progettazione dei motori, è inoltre più facile ottenere una maggiore potenza in dimensioni ridotte. Pertanto, BYD Han può facilmente raggiungere un'accelerazione da 0 a 100 km/h in 3.9 secondi.

Il carburo di silicio può raggiungere un'elevata probabilità e una lunga durata della batteria. Oltre ai vantaggi derivanti dall'ampio bandgap, il carburo di silicio presenta anche due importanti vantaggi: una maggiore velocità di saturazione degli elettroni e una maggiore conduttività termica e resistenza alle alte temperature. Gli elettroni saturi sono veloci, il che significa che possono trasportare correnti più elevate. La velocità di saturazione degli elettroni del carburo di silicio è il doppio di quella del silicio. Pertanto, durante la progettazione del dispositivo, è più facile adattare l'intensità della corrente lontano dalla corrente di saturazione, ottenendo così una minore resistenza nello stato di conduzione. Ciò può ridurre la perdita di potenza, contribuire a ridurre il calore del dispositivo e semplificare la progettazione della dissipazione del calore. In particolare, in condizioni di corrente elevata istantanea, l'accumulo di temperatura dell'apparecchiatura si riduce, e, unitamente alla maggiore resistenza alle alte temperature e alla maggiore conduttività termica del materiale stesso, facilita anche la dissipazione del calore. Il veicolo può anche esplodere con maggiore potenza. Questo è il motivo per cui BYD Han può raggiungere una potenza di 363 kW. Grazie all'utilizzo di batterie al litio ferro fosfato, l'autonomia può raggiungere i 605 chilometri, risultato ovviamente dovuto anche al carburo di silicio.

Il veicolo a celle a combustibile Toyota Mirai utilizza moduli in carburo di silicio

Denso ha avviato la produzione in serie di una nuova generazione di moduli di potenza boost dotati di semiconduttori di potenza in SiC (carburo di silicio), che saranno utilizzati nel veicolo a celle a combustibile Toyota Mirai. I moduli di potenza in SiC di Denso e Toyota sono già stati utilizzati in veicoli ibridi, autobus a celle a combustibile e autovetture a celle a combustibile. Il componente centrale a celle a combustibile a stato solido di nuova generazione della nuova Mirai, il Toyota FC Stack, è abbinato a un convertitore boost FC che utilizza diversi semiconduttori di potenza in SiC. La funzione del convertitore boost è quella di erogare una tensione superiore alla tensione di ingresso.

Le dimensioni del modulo di potenza sono ridotte del 30% e le perdite del 70%. Secondo i calcoli di Denso, rispetto ai prodotti che utilizzano semiconduttori di potenza a base di silicio, il nuovo modulo di potenza boost dotato di semiconduttori di potenza in SiC (inclusi diodi e transistor) è circa il 30% più piccolo e riduce le perdite di circa il 70%. Ciò consente la miniaturizzazione del modulo di potenza, migliorando al contempo l'efficienza del carburante del veicolo.

La nuova Mirai, equipaggiata con moduli SiC, vanta un'autonomia di crociera superiore del 30%. Toyota ha dichiarato che, grazie all'utilizzo di semiconduttori SiC nel trasformatore step-up della cella a combustibile e di batterie agli ioni di litio a bassa tensione, è possibile ridurre le perdite di energia del sistema. Allo stesso tempo, migliorando le prestazioni delle celle a combustibile, l'efficienza di generazione di energia è stata ottimizzata grazie alla tecnologia di controllo attivo della rigenerazione catalitica. Di conseguenza, Toyota ha raggiunto un'autonomia massima di circa 850 km nel ciclo di omologazione WLTC, superiore di circa il 30% rispetto al modello di generazione precedente.

4.3 Si prevede che il valore dei dispositivi di potenza al carburo di silicio supererà i 10 miliardi di dollari statunitensi nel 2027.

Si prevede che il mercato dei dispositivi di potenza al carburo di silicio supererà i 10 miliardi di dollari entro il 2027. Nel 2018, il mercato dei dispositivi di potenza al carburo di silicio si attestava intorno ai 390 milioni di dollari. Spinta dall'enorme domanda di veicoli a energia alternativa, apparecchiature elettriche e altri settori, IHS prevede che il mercato dei dispositivi di potenza al carburo di silicio supererà i 10 miliardi di dollari entro il 2027. A partire dal 2021, grazie alla crescita dei veicoli elettrici, i MOSFET al SiC manterranno un ritmo sostenuto e diventeranno i dispositivi di potenza discreti al SiC più venduti.

5. Oltre l'80% dei semiconduttori di potenza dipende dalle importazioni e le aziende nazionali stanno cercando di recuperare il terreno perduto.

5.1 Le aziende europee, americane e giapponesi hanno vantaggi evidenti nel campo dei semiconduttori di potenza

Secondo le statistiche di Infineon, nel 2019 il mercato globale dei dispositivi e moduli a semiconduttore di potenza ha raggiunto un valore di 21 miliardi di dollari. Europa, Stati Uniti e Giappone hanno mostrato una tendenza a tre livelli. Infineon si è classificata al primo posto con una quota del 19%, seguita da ON Semiconductor con l'8.4%. Le prime dieci aziende detenevano una quota di mercato combinata del 58.3%.

Nel 2019, il mercato globale dei MOSFET ha raggiunto gli 8.1 miliardi di dollari. Infineon si è classificata al primo posto con un vantaggio assoluto, con una quota di mercato del 24.6%, mentre la quota di mercato delle prime cinque aziende ha raggiunto il 59.8%. Nexperia Semiconductor, acquisita da Wingtech, e China Resources Microelectronics, azienda nata in Cina, sono entrate nella top ten, rappresentando rispettivamente il 4.1% e il 3.0%.

Nel 2019, il mercato dei moduli IGBT aveva un valore di 3.31 miliardi di dollari. Infineon si è classificata al primo posto con una quota di mercato del 35.6%, mentre le prime cinque aziende rappresentavano complessivamente il 68.8%. Star Semiconductor, azienda leader nel settore IGBT con sede in Cina, ha registrato una rapida crescita negli ultimi anni ed è entrata nella top ten. Nel 2019 si è classificata all'ottavo posto con una quota di mercato del 2.5%.

Nel 2019, il mercato degli IGBT discreti aveva un valore di 1.44 miliardi di dollari. Infineon si è classificata al primo posto con una quota di mercato del 32.5%. Le prime cinque aziende rappresentavano complessivamente il 63.9%. Il produttore cinese Silan Micro è entrato nella top ten con una quota di mercato del 2.2%.

Nel 2019, il mercato degli IPM (Integrated Power Models) aveva un valore di 1.59 miliardi di dollari. La giapponese Mitsubishi si è classificata al primo posto con una quota di mercato del 32.7%. Le prime cinque aziende rappresentavano complessivamente il 76.9% del mercato. I produttori cinesi Silan Microelectronics e China Microelectronics sono entrati nella top ten, con quote di mercato rispettivamente dell'1.1% e dello 0.8%.

5.2 Le aziende cinesi di semiconduttori di potenza stanno recuperando terreno e inaugurando un periodo di rapido sviluppo

La Cina è il più grande mercato mondiale per i semiconduttori di potenza. Gran parte del fatturato delle principali aziende internazionali proviene dalla Cina. Prendendo ad esempio Dal Technology e NXP, rispettivamente oltre il 50% e il 40% del loro fatturato proviene dalla Cina continentale. La Cina è un paese con un grande potenziale per i veicoli elettrici. Gli IGBT di Infineon rappresentano oltre il 60% del mercato cinese dei veicoli elettrici. È evidente che il mercato cinese dei semiconduttori di potenza ha una domanda enorme e che i produttori locali hanno un ampio margine di miglioramento per quanto riguarda la sostituzione delle importazioni.

Il tasso di autosufficienza di IGBT in Cina continua ad aumentare. Secondo i dati di Zhiyan Consulting, dal 2015 il tasso di autosufficienza di IGBT del mio Paese ha superato il 10% ed è in costante crescita. Si prevede che il tasso di autosufficienza aumenterà dal 10.1% del 2015 al 18.4% nel 2020. Si prevede inoltre che la produzione del settore IGBT in Cina raggiungerà i 78 milioni di unità nel 2024, con una domanda di circa 196 milioni di unità e un tasso di autosufficienza del 40%. Nel complesso, persiste ancora un enorme divario tra domanda e offerta nel settore IGBT in Cina e la "sostituzione interna" rappresenterà un'importante direzione di sviluppo per il settore IGBT in futuro.

I prodotti a semiconduttore di potenza di fascia medio-alta dipendono dai mercati esteri. Aziende cinesi come BYD, Huawei, CRRC e Sungrow sono tra i principali clienti mondiali di semiconduttori di potenza. Tuttavia, queste aziende dipendono ancora fortemente da fornitori esteri come Infineon, Fuji Electric e Mitsubishi Electric per l'approvvigionamento di semiconduttori di potenza. La Cina è il più grande mercato per veicoli elettrici e ibridi, ma le catene di fornitura estere forniscono ancora moduli a semiconduttore di potenza per la maggior parte dei sistemi in Cina. Nel mercato globale dei semiconduttori di potenza, i produttori di prodotti di fascia medio-alta sono principalmente concentrati in Europa, Stati Uniti e Giappone. La maggior parte dei produttori di semiconduttori di potenza in Europa, Stati Uniti e Giappone sono produttori IDM (Integrated Design Manufacturer). Infineon, ON Semiconductor, STMicroelectronics, Mitsubishi, Toshiba, ecc. sono aziende leader del settore. Anche Taiwan, in Cina, è un produttore relativamente importante di semiconduttori di potenza. La maggior parte dei produttori sono fabless e i loro prodotti sono principalmente concentrati nella fascia bassa. Il mercato dei semiconduttori di potenza del mio paese rappresenta circa il 36% della domanda globale. Nel settore dei prodotti di fascia alta, circa l'80% dipende dalle importazioni.

L'industria cinese dei semiconduttori di potenza si sta sviluppando rapidamente. I produttori di semiconduttori del mio paese si basano principalmente sul modello IDM (Integrated Design Manufacturer) e la catena di produzione è relativamente completa. I prodotti sono principalmente concentrati in settori di fascia bassa come diodi, dispositivi MOS a bassa tensione e tiristori. Gli IGBT (Internal Gradient Transistor) hanno gradualmente compiuto progressi significativi. La tecnologia di produzione è matura e offre vantaggi in termini di costi. La redditività delle aziende leader del settore è molto più elevata rispetto a quella dei produttori di Taiwan e Cina. Nei settori dei prodotti di fascia alta come le nuove energie, l'energia elettrica e il trasporto ferroviario, solo una manciata di produttori nazionali ha capacità produttiva. Il mercato dei prodotti di fascia alta è principalmente monopolizzato da produttori europei, americani e giapponesi come Infineon, ON Semiconductor, Renesas e Toshiba.

Attualmente, i mercati nazionali ed esteri degli IGBT sono ancora prevalentemente dominati da aziende straniere. Le aziende cinesi produttrici di IGBT, guidate da Star Semiconductor, si stanno sviluppando rapidamente, ottenendo gradualmente successi nei settori del controllo industriale, dei veicoli elettrici, dell'energia eolica, del fotovoltaico, dell'elettricità e delle ferrovie ad alta velocità, e aumentando costantemente la propria quota di mercato. Nel 2019, in base al volume delle spedizioni, Infineon deteneva la quota maggiore di IGBT per veicoli elettrici in Cina, con una quota del 49.3%, seguita da BYD con il 20% (principalmente autofinanziandosi). Star Semiconductor si posizionava al terzo posto con il 16.6%. Star Semiconductor vanta un elevato tasso di autosufficienza nella produzione di chip IGBT per veicoli elettrici, superiore al 90%.

Nel mercato dei semiconduttori di potenza del mio paese, i produttori locali hanno iniziato a sostituire le importazioni nel settore dei prodotti di fascia bassa. Nexperia, Star Semiconductor, China Resources Micro, Xinjie Neng, Lion Micro, China Microelectronics, Yangjie Technology, Silan Micro, Sanan Optoelectronics, Jiejie Microelectronics, ecc., acquisite da Wingtech Technology, sono aziende di alta qualità nel settore, ma la loro quota di mercato è ancora bassa.

6. Ottimismo riguardo ai leader del segmento di settore

Attualmente, la filiera produttiva nazionale dei semiconduttori di potenza sta diventando sempre più efficiente e la tecnologia sta compiendo passi da gigante. La Cina è il maggiore consumatore mondiale di semiconduttori di potenza, rappresentando il 35.9% della domanda globale nel 2019, e il suo tasso di crescita è significativamente superiore a quello mondiale. In futuro, con la domanda di nuove energie (veicoli elettrici, fotovoltaico, energia eolica), controllo industriale, elettrodomestici a frequenza variabile, dispositivi IoT, ecc., il tasso di crescita della domanda in Cina continuerà a essere superiore a quello mondiale e il settore crescerà costantemente. Per quanto riguarda la sostituzione interna, siamo ottimisti riguardo ai leader nei settori di riferimento: Star Semiconductor, China Resources Micro, Hua Hong Semiconductor, Silan Micro, New Clean Energy, Leon Micro, Sanan Optoelectronics, Wingtech Technology e CRRC Times Electric.

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