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パワー半導体は、汎アナログ回路の分野に属します。パワー半導体は生活必需品です。人間は「薪、米、油、塩」を食べるために電力が必要です。機械も電力デバイスを消費する必要があります。パワー半導体は、電力変換に関わるあらゆる場所で必要とされます。業界の変動は商品市場の動向と連動しており、製品は世界のGDP動向と密接に関係しています。4～5年周期の業界変動は、半導体サイクルと非常に一致しています。

単体機器におけるシリコン含有量の増加が産業発展を牽引し、高効率化とコストパフォーマンスの向上が技術開発を牽引する。需要はあらゆる分野からあり、単体機器における半導体（シリコン）含有量の増加が基本原則である。すべての技術進歩は、1) 高出力、2) 小型化、3) 低損失、4) コストパフォーマンスの向上を目指している。競争に参加する主要メーカーはすべてIDMモデルであり、1) 規模の経済を前提とした品質、2) 毎年各製品のコスト最適化を前提とした効率向上、という特徴を持つ。

材料のブレークスルーにより、業界はより深い発展を遂げました。製品形態は、単一ダイオードやMOSチューブから集積型IGBTへと、またシリコン基板からワイドバンドギャップ半導体基板へと進化しました。バンドギャップが広いため、製品の性能と効率はシリコン基板パワーデバイスよりもはるかに優れていますが、現状ではコストパフォーマンスの面ではあまり有利ではありません。今後の動向 化合物半導体の製造コストが低下するにつれて、シリコンベースのパワー半導体デバイスをその利点で置き換える時期が近づいています。

高付加価値製品は長らく欧米メーカーに独占されてきたが、国内メーカーによる代替が目前に迫っている。国内のIDMモデル工場はごく少数しか存在しない。中核となる工程はすべて欧米メーカーが自社で行っている。彼らは製品の優位性を活かして納期を管理し、ひいては業界全体の価格体系を支配している。特に高電圧MOSや高出力IGBTの場合、製品の納期は50週間を超えることが多く、価格は2016年以降、ほぼ上昇傾向にある。

IDMモデルはより多くの利点を持ち、ファブレスはより急速に拡大しています。2020年の投資機会は、半導体サイクルが回復し上昇している3～4年のマクロサイクル環境から生まれます。IDMモデル企業は、ファブレスよりもコスト面で優位性があります。関連する産業チェーンのターゲットであるWingtech Technology (600745)、Jiejie Microelectronics (300623)、Yangjie Technology (300373)、Taiji Technology (300046)、China Microelectronics (600360)、Star Semiconductor (603290)、New Energy Saving (A18105)、China Resources Microelectronics (A19303)に注目することをお勧めします。

リスク警告

1) 国産チップの進歩は予想を下回っている。

2) 集積回路産業に対する政策支援が弱まっている。

3) 外国の半導体製造装置会社が国内企業への装置供給を禁止する。

半導体パワーデバイスとは、単一の機能を持つ基本的な回路部品を指し、主に電気エネルギーの処理と変換を実現する。

ダイオードは構造が単純ですが、整流にしか使用できず、オン/オフを制御することはできません。電流制御スイッチング素子としては、パワートランジスタやサイリスタなどがあります。MOSFETやIGBTは電圧制御スイッチング素子であり、駆動が容易で、スイッチング速度が速く、損失が低いという特徴があります。

パワー半導体は、電子機器における電力変換と回路制御の中核を成すものです。主に電圧や周波数の変換、直流から交流への変換などに用いられます。電力デバイスは、電流、電圧、位相の変換を伴うあらゆる回路システムで使用されます。MOSFETとIGBTの主な機能は、発電装置によって生成される、電圧や周波数が不規則な「粗い電力」を、一連の変換変調を経て、特定の電力パラメータと、需要と供給が変化する電力端子を持つ「精密な電力」に変換することです。これらは、電子電力変換デバイスの中核部品の一つです。

個別素子の開発過程において、1950年代にはパワーダイオードとパワートランジスタが導入され、産業システムや電力システムで使用されるようになった。

1960年代から1970年代にかけて、サイリスタなどの半導体パワーデバイスが急速に発展した。

1970年代後半に、プレーナー型パワーMOSFETが開発された。

1980年代後半になると、トレンチ型パワーMOSFETやIGBTが徐々に普及し、半導体パワーデバイスは正式に電子機器応用の時代に突入した。

1990年代には、スーパージャンクションMOSFETが徐々に登場し、従来の「シリコンの限界」を打ち破り、高出力・高周波アプリケーションのニーズを満たすようになった。

2008年、インフィニオンはシールドゲート型パワーMOSFETをいち早く市場に投入し、半導体パワーデバイスの性能をさらに向上させた。

国内市場においては、パワーダイオード、パワートライオード、サイリスタといったディスクリートデバイス製品の大部分は国内生産されている。しかしながら、MOSFETやIGBTといったディスクリートデバイス製品は、高度な技術と製造プロセスを必要とするため、依然として輸入に大きく依存している。今後、輸入代替の余地は非常に大きい。

近年、パワー半導体の応用分野は、産業制御や民生用電子機器から、新エネルギー、鉄道輸送、スマートグリッド、周波数変換家電など、さまざまな市場に拡大しており、市場規模は着実に成長している。IHS Markitの予測によると、2018年の世界のパワーデバイス市場規模は約39.1億米ドルで、2021年には44.1億米ドルに成長し、年平均成長率は4.1%になると見込まれている。

現在、中国のパワー半導体産業チェーンはますます高度化しており、技術革新も進んでいます。同時に、中国は世界最大のパワー半導体消費国でもあります。2018年の市場需要は13.8億米ドルに達し、成長率は9.5%で、世界需要の35%を占めました。中国のパワー半導体市場は今後も高い成長率を維持し、2021年には市場規模が15.9億米ドルに達し、年間成長率は4.8%になると予想されています。

市場調査機関であるIC Insightsは、様々な種類の半導体パワーデバイス部品の中で、今後最も成長が見込まれる製品はMOSFETとIGBTモジュールであると指摘した。

MOSFETは、アナログ回路とデジタル回路の両方で幅広く使用できる電界効果トランジスタです。オン抵抗が小さく、損失が少なく、駆動回路がシンプルで、耐熱性に優れているという利点があります。特に、コンピュータ、携帯電話、モバイル電源、カーナビゲーション、電気自動車、UPS電源などの電力制御分野での使用に適しています。

2016年、世界のMOSFET市場規模は6.2億米ドルに達し、2016年から2022年までの年平均成長率は3.4%に達すると予測されています。2022年までに、世界のMOSFET市場規模は7.5億米ドル近くに達すると見込まれています。

IHSMarkitの統計によると、我が国のMOSFET市場規模は2018年に27億9,200万米ドルで、2016年から2018年までの年平均成長率は15.03%でした。世界の新エネルギー車の規模が拡大するにつれ、自動車用途におけるMOSFETの市場需要は、2016年から2022年までの年平均成長率5.1%で急速に拡大すると予想されています。2022年までに、自動車用途における需要はコンピュータおよびデータストレージ分野を上回り、市場全体の需要の22%を占める見込みです。

IGBTは、バイポーラ三極管（BJT）とMOSFETを組み合わせた、電圧駆動型の複合半導体パワーデバイスです。MOSFETの高い入力インピーダンスとBJTの低い導通電圧降下という両方の利点を兼ね備えています。IGBTは駆動電力が小さく、飽和電圧も低いため、ACモータ、インバータ、スイッチング電源、照明回路、牽引駆動装置など、DC電圧600V以上のコンバータシステムでの使用に最適です。

According to data from the China Industry Information Network, the global IGBT single-tube market space will reach approximately US$6 billion by 2020, which is a huge market space. It is expected that my country's new energy vehicle and charging pile market will drive domestic market demand for IGBT modules worth 20 billion yuan in the next five years. According to data from the China Industry Information Network, the domestic IGBT market size reached 16.19 billion yuan by 2018, with a compound growth rate of 14.77% from 2010 to 2018; however, my country's IGBT started late, and there is huge room for import substitution in the future.

半導体パワーデバイスは、主にパワーダイオード、パワートランジスタ、サイリスタ、MOSFET、IGBTなどから構成され、コンピュータ、ネットワーク通信、家電、車載エレクトロニクス、産業用エレクトロニクスなど、ほぼすべての電子機器製造業界で使用されています。さらに、新エネルギー車／充電ステーション、スマート機器製造、IoT（モノのインターネット）、太陽光発電などの新たな応用分野が、半導体パワーデバイスの重要な応用市場として徐々に台頭し、需要の伸びを牽引しています。世界のパワー半導体市場において、産業制御が34%、自動車が23%、家電が20%、通信が23%を占めています。

家電協会（CEA）の統計によると、中国の家電市場規模は2013年に1兆6325億元に達し、世界最大の家電市場となった。2017年の3C業界レポートによると、中国の家電市場は2017年には2兆元を超え、7.1%の成長が見込まれている。

携帯電話のすべてのインターフェース（マイク、イヤホン、ヘッドホン、スピーカー、SIMカード、Micro SDカード、NFCアンテナ、GPSアンテナ、WiFiアンテナ、タッチスクリーン、2G/3G/4G RFアンテナ、USBインターフェース、リチウム電池、電源ボタンの位置など）には、ESD保護が必要です。ほとんどの携帯電話は20個以上のESD保護回路を備えており、10個以上のESD保護回路を備えている機種はごく少数です。

人々の充電効率に対する要求が徐々に高まるにつれて、携帯電話の充電には「急速充電」モードが登場しました。これは、電圧を上げることで高電流・高出力の充電を実現するものです。しかし、高電圧は安全上の危険を伴い、調整のために同期整流MOSFETを追加する必要があります。

その後、より安全な「フラッシュ充電」モードが登場し、低電圧・高電流で高速充電を実現しました。この方式では、同期整流MOSトランジスタに高い性能が求められます。現在では、発熱量を抑え小型化を実現できるGaN FETが主流となっています。

自動車用電子機器は、自動車において非常に重要な位置を占めています。コスト構造の観点から見ると、中級～高級車、電気自動車などにおいて、その重要性はさらに高まります。

従来型自動車から新エネルギー車へ、価値が最も大きく増加しているのはパワー半導体です。従来型燃料車では、パワー半導体は主に始動、停止、安全の分野で使用され、全体の20%を占めるにすぎません。従来型自動車の半導体自転車の価値は350米ドルで、パワーデバイスの価値は70米ドルです。新エネルギー車のバッテリーパワーモジュールには大量のパワーデバイスが必要で、それらはすべてパワー半導体を含んでいます。ハイブリッド車のパワーデバイスは40%を占め、純電気自動車のパワーデバイスは55%を占めます。純電気自動車の半導体自転車の価値が750米ドルであることから、パワー半導体自転車の価値は413米ドルです。新エネルギー車で使用されるパワー半導体は、従来型自動車の7倍です。

新エネルギー車はエンジンなどの機械部品を必要としないため、車の構造は非常にシンプルになります。車の構造は主にバッテリー、モーター、電子制御装置で構成されます。新エネルギー車の電子システムは主に、バッテリー管理システム、モーターコントローラー、車載充電器、コンバーター、インバーター、ステアリングシステム、リレー、受動部品などから構成されます。

In actual application scenarios, since each module of the car uses alternating current, the input current of the lithium battery is direct current, and the voltages of various electrical equipment are different, this requires a corresponding power conversion system. According to the different conversion sequences of direct current (DC) and alternating current (AC), power conversion is divided into 4 modes: transformer (AC-AC), rectifier (AC-DC), converter (DC-DC) and inverter (DC-AC).

変圧器（交流-交流）：自動車用リチウム電池の入力電圧は12V～36Vですが、一般家庭の電圧は220Vです。一般家庭の電圧を入力電圧に変換するには変圧器が必要です。

整流器（AC-DC）：リチウム電池は直流（DC）電源で充電する必要がありますが、充電ステーションは交流（AC）電源を供給するため、カーチャージャーはDCコンバーターを使用する必要があります。

コンバータ（DC-DC）：入力はリチウムイオン電池からの固定直流電圧で、出力は可変直流電圧です。電気自動車では、主に電力伝送のための300Vから650Vへの昇圧変換、12V回路への電力供給のための降圧変換、およびバッテリーエネルギー貯蔵のための電圧安定化変換に使用されます。

インバーター（DC-AC）：新エネルギー車には充電式リチウムイオン電池が搭載されており、蓄えられた電気エネルギーを使ってモーターを駆動し、車両に電力を供給します。インバーターの役割は、充電式電池の12V直流（DC）電力を、駆動モーターの220V三相交流（AC）電力に変換し、新エネルギー車の基本的な駆動力を供給することです。

2014年から2021年にかけて、世界の燃料車の年間販売台数は87万台超から98万台超に増加し、年平均成長率は2%でした。一方、新エネルギー車（電気自動車とハイブリッド車を含む）の販売台数は270,000万台から4.7万台に増加し、年平均成長率は50%でした。これらの車の普及率は、2014年のわずか0.3%から2021年には4.0%に上昇しました。

近年、我が国における新エネルギー車の生産・販売台数は大幅に増加しており、普及率も上昇を続けています。中国乗用車協会のデータによると、我が国の新エネルギー乗用車の販売台数は2014年の10万台から2018年には1.25万台へと急成長し、年平均成長率は91%に達しました。中国自動車工業協会のデータによると、2019年第1四半期の中国の新エネルギー車販売台数は25万台で、前年同期比117%以上の増加となりました。今年の新エネルギー車の生産台数は160万台を超える見込みです。

The automotive power semiconductor market is expected to reach US$8 billion, with a compound annual growth rate of 7%. In 2018, global car sales were 97.5 million, including 2 million new energy vehicles. Assuming that the sales of traditional fuel vehicles will increase by 2% annually and the sales of new energy vehicles will increase by 30% in the next three years, the power semiconductor bicycle of traditional fuel vehicles is worth US$56, the power semiconductor bicycle of hybrid vehicles is worth US$240, and the power semiconductor bicycle of pure electric vehicles is worth US$413. It can be predicted that by 2022, the sales volume of fuel vehicles will be 99.2 million units, and the sales volume of new energy vehicles will be 5.8 million units. The automotive power semiconductor market is expected to reach US$8 billion, with a compound annual growth rate of 7%.

2017年末時点で、我が国の新規設置太陽光発電容量は53.06万キロワット、累計設置容量は1億3000万キロワットでした。新規設置容量と累計設置容量の両方で世界第1位となり、内訳は太陽光発電所が33.62万キロワット（前年比11%増）、分散型太陽光発電が19.44万キロワット（前年比3.7倍増）となっています。

風力発電のインバータ装置は、バッテリー内の直流12Vを商用電源と同じ交流220Vに変換できます。インバータは主にMOS電界効果トランジスタと電力トランスをコアとして構成され、アナログ回路技術で接続されています。2016年から2018年にかけて、我が国の風力発電設備容量は18.73GWから21GWに増加しました。2019年の最初の5か月だけでも、設備容量は6.88GW増加し、急速な成長傾向を示しています。

スマートグリッドのあらゆる側面において、超高圧直流送電における整流器、インバータ、FACTSフレキシブル送電技術には、IGBTなどの多数のパワーデバイスが必要です。中国産業情報ネットワークが発表したデータによると、中国のスマートグリッド産業への投資規模は2021年までに約2兆3000億元に達すると予想されています。

パワー半導体には多くの種類があり、家電製品、高速鉄道、自動車、電力網などで幅広く使用されています。主に単極型と双極型に分けられます。双極型：パワーダイオード、サイリスタ、BJT（バイポーラ三極管）、パワートランジスタ（GTR）、IGBT。単極型：MOSFET、ショットキーダイオード。各セグメント製品の物理的特性の違いに応じて、異なる電圧および周波数領域で異なるパワーデバイスが使用されます。

パワーダイオードは、シンプルな構造と高い信頼性を備えた基本的な電力デバイスです。産業や電子機器など様々な分野で広く使用されており、電圧安定化、整流、スイッチングといった役割を果たします。

ダイオードは、整流ダイオード、ツェナーダイオード、高周波ダイオードに分類される。

中でも、整流ダイオードとツェナーダイオードはパワー半導体である。

整流ダイオードは、主に整流、スイッチング、変換（ショットキーダイオードSBD）、反転（高速回復ダイオードFRD）のために使用されます。

MOSFETは、パワーデバイスの一種であり、MOS（金属酸化物半導体）とFET（電界効果トランジスタ）が含まれます。これらは、酸化膜層（O）を横切る金属層（M）のゲートを使用して、電界の効果を利用して半導体（S）を制御する電界効果トランジスタです。

パワーMOSFETは、電力変換および制御の中核となる半導体デバイスです。パワーMOSFETは、高速動作、低故障率、小さなスイッチング損失、優れた拡張性を備えています。低電圧・高電流環境に適しており、他のパワーデバイスよりも高い動作周波数を必要とします。

自動車分野では、主に電源システムのAC-DC充電器やDC-DCコンバータに使用されています。世界の車載用パワーMOSFET市場の規模は2018年に24億5000万米ドルでしたが、2022年には31億6000万米ドルに達すると予測されています。中でも、600V以上の高電圧MOSFET製品が主に使用されています。

MOSFET市場の大部分はインフィニオンが占めている。HISのデータによると、インフィニオン製品全体の市場シェアは27%で、次いでONセミコンダクターが13%、ルネサスが9%となっている。高付加価値・高電圧MOSFETの分野では、インフィニオンが36%の市場シェアで他社を圧倒している。

As a new type of power electronic device, IGBT is internationally recognized as the most representative product of the third revolution of power electronics technology. It is a core component in the field of industrial control and automation. Its function is similar to the human heart. It can adjust the voltage, current, frequency, phase, etc. in the circuit according to the signal instructions in the industrial device to achieve precise control. Therefore, IGBT is called the "CPU" in the power electronics industry and is widely used in motor energy saving, rail transportation, smart grids, aerospace, household appliances, automotive electronics, new energy power generation, new energy vehicles and other fields.

IGBTは1980年代後半の産業応用以来、急速に発展を遂げてきた。産業用途においてMOSFETやGTRに取って代わっただけでなく、SCRやGTOが主流であった高出力用途にも進出している。さらに、民生用電子機器におけるBJTやMOSFETといったパワーデバイスの多くの応用分野にも取って代わっている。

自動車用途において、IGBTは主に高電圧環境下での電気駆動システム、電力システム、充電ステーションなどに使用されます。一般的に、耐電圧600V以上、電流10A以上、周波数1kHz以上の領域で使用されます。

電気駆動システム：主にインバータ（DC-AC）で使用され、充電式バッテリーの12V直流（DC）電力をモーターを駆動する220V交流（AC）電力に変換します。モーター駆動の中核となる部分です。モーター制御システムには数十個のIGBTが必要です。例えば、テスラの三相交流非同期モーターは、1相あたり28個のIGBTを使用し、合計84個になります。他のモーターは12個のIGBTを使用しています。テスラは合計96個のIGBTを使用しています。

電源供給システム：主に車両用充電器（AC-DC）やコンバータ（DC-DC）に使用され、リチウムイオン電池の充電と、必要な電圧レベルでの電力変換を実現します。

充電ステーション：電力網の電力はすべて交流（AC）電力であり、充電ステーションは急速充電DC充電ステーションと低速充電AC充電ステーションに分けられます。IGBTは主にDC急速充電ステーションで使用されます。

2018年の世界の車載用IGBT市場規模は18億4000万米ドルでしたが、2020年には20億8000万米ドルに達すると予測しています。

インフィニオン、三菱電機、富士電機は、世界のIGBT市場をリードする地位を占めている。ONセミコンダクター（フェアチャイルド）は主に600V以下の低電圧民生用電子機器業界に集中しており、1700Vを超える中高電圧分野は主に高速鉄道、自動車、スマートグリッドなどで使用されており、インフィニオン、ABB、三菱電機がほぼ独占している。

パワー半導体は、汎アナログ回路の分野に属します。パワー半導体は生活必需品です。人間は「薪、米、油、塩」を食べるために電力が必要です。機械も電力デバイスを消費する必要があります。パワー半導体は、電力変換に関わるあらゆる場所で必要とされます。業界の変動は商品市場の動向と連動しており、製品は世界のGDP動向と密接に関係しています。4～5年周期の業界変動は、半導体サイクルと非常に一致しています。

高付加価値製品は長らく欧米メーカーに独占されてきたが、国内メーカーによる代替が目前に迫っている。国内のIDMモデル工場はごく少数しか存在しない。中核となる工程はすべて欧米メーカーが自社で行っている。彼らは製品の優位性を活かして納期を管理し、ひいては業界全体の価格体系を支配している。特に高電圧MOSや高出力IGBTの場合、製品の納期は50週間を超えることが多く、価格は2016年以降、ほぼ上昇傾向にある。

2020年の投資機会は、半導体サイクルが回復・上昇している3～4年のマクロサイクル環境から生まれるでしょう。IDMモデル企業は、ファブレス企業よりもコスト面で優位性があります。関連する産業チェーンのターゲット企業として、Wingtech Technology (600745)、Jiejie Microelectronics (300623)、Yangjie Technology (300373)、Taiji Technology (300046)、China Microelectronics (600360)、Star Semiconductor (603290)、New Energy Saving (A18105)、China Resources Microelectronics (A19303) に注目することをお勧めします。

リスク警告

1) 国産チップの進歩は予想を下回っている。

2) 集積回路産業に対する政策支援が弱まっている。

3) 外国の半導体製造装置会社が国内企業への装置供給を禁止する。

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