自動車用パワー半導体は5年間で約7倍のスペースを獲得しており、IGBTが最も恩恵を受けている。

政策支援と省エネルギー・排出削減に後押しされ、新エネルギー車の普及が加速しています。国内の新エネルギー車の普及率は2025年には20%に達し、EUの新エネルギー車の普及率は2030年には40%に達すると予想されています。自動車の電動化の傾向により、自動車に使用されるパワー半導体の価値が大幅に上昇しています。インフィニオンの統計によると、パワー半導体の平均販売価格（ASP）は、従来の燃料車の71米ドルから、プラグインハイブリッド車/純電気自動車の330米ドルに大幅に上昇し、従来の燃料車の4.6倍になります。当社の計算によると、世界の自動車用パワー半導体市場は2025年には80億米ドルに達すると予想されています。世界の新エネルギー車用パワー半導体市場は、2025年には5.3億米ドルに達し、2020年の7.3倍となり、年平均成長率は48.8%です。今後10年間で、中国、米国、欧州の新エネルギー車充電ステーション向けIGBT市場は9.4億米ドルの成長が見込まれます。現在、車載パワー半導体には主にIGBTとMOSFETが使用されています。IGBTは新エネルギー車の電動駆動システムのメインインバータの中核部品であり、補助インバータ回路、DC/DCチョッパ回路、OBC（充電/インバータ）などに使用できます。1台の車両あたりの価値は273米ドルに達し、車載パワー半導体の平均販売価格の83%を占め、圧倒的多数を占めています。世界の新エネルギー車向けIGBT市場は2025年には4.4億米ドルに達し、年平均成長率は約48.8%になると予測しています。これは、電動化のトレンドにおいて最も収益性の高い車載パワー半導体です。

製品、プロセス、そして先行者利益という3つの主要な障壁が、強固な堀を築く。

1) 製品上の障壁：車載用IGBTには、長寿命、低故障率、高い耐震性など、厳しい要件が求められます。また、「極端に高温」や「極端に低温」といった高温・低温環境、粉塵、塩アルカリなどの過酷な動作条件にも適応できなければなりません。さらに、頻繁な起動・停止による電流の変動にも耐えなければならず、極めて高い製品要件が求められます。

2) プロセス上の課題：車載用IGBTの設計においては、オン/オフ特性、短絡抵抗、導通電圧降下のバランスを確保する必要があり、パラメータの最適化は特に複雑です。製造工程では、薄板加工のため破断しやすく、前面金属の融点が限られているため、焼鈍温度の制御が困難です。さらに、IGBTモジュールパッケージの溶接・接合に関する技術要件も高くなっています。

3) 認証サイクルが長く、交換コストが高く、経験曲線効果があります。業界において明らかな先行者利益があります。

a) 車載用IGBTは、ティア1自動車メーカーのサプライチェーンに参入するためには、信頼性基準、品質管理基準、および機能安全基準を満たす必要があります。認証期間は通常、最低2年間です。

b) IGBTモジュールは自動車の主要部品であるため、下流メーカーは安全性と信頼性の観点から、交換に慎重な姿勢をとることが多い。多数の検証試験と包括的な評価を行った後、初めて大量調達の決定が下される。交換コストは高額になる。

c) IGBT事業は、高いノウハウレベルに達するために、長期にわたる経験の蓄積を必要とする。

d) IGBT業界は資本集約型産業であり、生産設備や試験設備は基本的に輸入に頼らざるを得ません。さらに、IGBT製造企業にとって運転資金の需要も大きいため、新規参入企業は初期段階で多額の投資と低い生産量に直面することが多く、製品の研究開発、生産、販売を継続するためには強力な資金援助が必要です。これらの点を総合的に考えると、IGBT業界の先駆的企業は明らかな先行者利益を享受していると言えます。

競争環境は成長産業にとって「質の高い成長の道」となっているが、現在の現地化率は依然として低い。

Omdiaの2019年の統計によると、世界のIGBTモジュールメーカー上位10社が市場シェアの76%を占めている。市場シェアは集中しており、競争パターンは良好である。車載用IGBTに関しては、高い業界参入障壁のため、中国の新エネルギー車用IGBTモジュールCR4のシェアは2019年に合計81%となり、寡占パターンを示している。その中で、インフィニオンが市場シェア58.2%で1位、BYDが市場シェア18%で2位、三菱電機とセミクロンがそれぞれ3位と4位となっている。車載用IGBTは、成長の余地が大きく、競争環境も良好なため、成長産業における「高品質トラック」となっている。しかし、2019年の中国の新エネルギー車用IGBTメーカー上位10社のうち、国内メーカーはBYD、スターセミコンダクター、CRRCタイムズエレクトリックの3社のみで、合計市場シェアは20.4%にとどまっている。国内代替の余地は大きい。

複数の要因が国内製品の代替を加速させており、国内メーカーは将来的に大きな発展の可能性を秘めている。

国内代替を加速させる要因は複数あります。1) 中国は既に世界最大の自動車消費市場であり、今後も自動車消費需要は増加し続けるため、国内IGBTメーカーにとって良好な発展機会が提供されます。2) 貿易摩擦が激化するにつれ、独立制御可能な半導体の必要性がますます高まっています。3) 国内メーカーは新エネルギー車産業の展開を主導し、先発者利益を獲得しています。国内新エネルギー車メーカーのシェアが増加するにつれ、サプライチェーンの安全性の観点から、国内半導体メーカーの製品がより多く使用されると予想されます。4) 国内IGBTメーカーは、コストパフォーマンスの高さや応答速度の速さなど、地域サービスにおける優位性を有しており、新エネルギー車のコスト削減と効率向上のニーズを満たし、シェアの拡大が期待されます。5) 政策による奨励と財政支援が、国内IGBT産業の急速な発展を後押ししています。国内市場規模に関して、当社の試算では、中国の新エネルギー車用パワー半導体市場は2025年には17.7億元に達し、2020年の6倍となり、年平均成長率は最大44%に達すると見込まれています。中国の新エネルギー車用IGBT市場は2025年には14.7億元に達し、年平均成長率は約44%になると予想されます。また、充電ステーション用IGBT市場は2025年には10.9億元に達し、年平均成長率は35%になると見込まれています。以上の分析に基づき、自動車用IGBTの国内代替プロセスは加速すると考えられます。現在の低い市場シェアと広い業界成長余地を考慮すると、国内IGBTメーカーは将来的に大きな成長の可能性を秘めていると言えるでしょう。

生産能力の逼迫は短期的には緩和が難しく、パワー半導体ブームは引き続き拡大している。

5Gの商用利用とパンデミックによる在宅経済は、社会のデジタル変革を加速させている。新エネルギー車、家電、デジタル機器などの端末機器市場が活況を呈し、半導体需要が高まっている。さらに、半導体メーカーはサプライチェーンの安全性確保のため、安全在庫を増やす必要がある。複数の要因が重なり、半導体生産能力が逼迫している。現在、主要なウェハファウンドリはすべてフル稼働状態にある。世界的に見ると、ICinsightは2021年に世界で20.8万枚相当の8インチウェハ生産能力が追加されると予測している。国内では、建設中の8インチウェハ製造能力は年間約27.96万枚で、その大部分は2022年に生産開始となる。しかし、新生産ラインの稼働開始後、生産立ち上げに約3～5年の期間を要することを考慮すると、短期的には逼迫した生産能力を緩和することは難しい。新エネルギー車や充電ステーションの需要急増を背景に、車載用IGBTモジュール向け8インチウェハーの世界需要だけでも、2025年には1.69万枚に達し、2020年比で5.4倍に増加すると予想されている。ウェハー製造需要には大きなギャップが存在する。年初から国内外の主要半導体メーカーは製品価格を引き上げたり、納期を延長したりしており、半導体産業チェーンの繁栄は今後も続くと予想される。

  1    新エネルギー車の普及が加速しており、車載用パワー半導体の市場規模は5年間で倍増した。

1.1. 新エネルギー車の普及が加速しており、自動車用パワー半導体は数量と価格の両方で増加傾向にある。

政策支援と省エネルギー・排出削減は、新エネルギー車の普及を加速させる原動力となっています。我が国の「新エネルギー車産業発展計画（2021～2035年）」では、新エネルギー車の開発に関するビジョンが掲げられています。2025年までに、国内の新エネルギー車の普及率を20%にすることを目標としています。

国際的には、多くの欧州諸国が地球温暖化の圧力に対処するため、二酸化炭素排出規制政策と新エネルギー車補助金政策という二本柱を採用しており、自動車の電動化路線はますます明確になってきている。EUでは、ACEA（欧州自動車工業会）の自動車温室効果ガス排出協定により、2030年までに自動車の二酸化炭素排出量を1キロメートルあたり59グラム未満にすることが規定されている。インフィニオンの試算によると、EUにおける新エネルギー車の普及率は2030年には40%に達する見込みだ。

電動化の進展により、パワー半導体搭載自転車の価値は大幅に上昇した。純電気自動車向けパワー半導体の平均販売価格は330米ドルに達し、これは従来の燃料自動車の4.6倍に相当する。電力系統を動力源とする新エネルギー車は、電子部品の電力管理および電力変換能力に対して、より高い要求を突きつけている。

従来の自動車では、パワー半導体は主に車両の始動、発電、安全分野で使用されており、低電圧・低電力の電子部品でこれらの動作ニーズを満たすことができます。一方、新エネルギー車では、バッテリーからの高電圧出力により、頻繁な電圧変換と電流反転が必要となります。これらの回路により、IGBTやMOSFETなどのパワー半導体の需要が大幅に増加しています。インフィニオンのデータによると、従来の燃料車におけるパワー半導体の含有量は71米ドルですが、フルプラグインハイブリッド車／純バッテリー電気自動車におけるパワー半導体の含有量は330米ドルで、従来の燃料車の4.6倍となっています。

世界の自動車用パワー半導体市場は2025年には80億米ドルに達する見込みです。Yoleによると、世界のパワー半導体市場は2025年には22.5億米ドルに達する見込みです。Zhiyan Consultingの統計によると、2019年には自動車分野が世界のパワー半導体市場の35.4%を占めていました。この割合が変わらないと仮定すると、世界の自動車用パワー半導体市場は2025年には79億6500万米ドルに達すると予想されます。

世界の新エネルギー車用パワー半導体市場は、2025年には5.3億米ドルに達し、2020年の7.3倍、年平均成長率（CAGR）は48.8%になると予想されています。AlixPartnersの予測によると、世界の自動車販売台数は2020年の70.5万台から2025年には94万台に増加する見込みです。EVTankは、世界の新エネルギー車販売台数が2019年の2.21万台から2025年には12万台に増加すると予測しています。世界の新エネルギー車普及率は2025年には13%に達し、2019年と比較して10.36%増加する見込みです。

前述の通り、インフィニオンが2020年に発表した最新の統計によると、新エネルギー車用パワー半導体の自転車の価格は330米ドルです。現在の世界的な半導体ウェハー製造能力の逼迫を考慮すると、新エネルギー車用パワー半導体の価格は今年も高水準を維持すると予想され、電動化の傾向とデュアルモーターの普及率の上昇に伴い、将来的には自転車の価格は徐々に上昇していくと考えられます。上記のデータに基づき、世界の新エネルギー車用パワー半導体市場は2025年には5.3億米ドルに達し、2020年の7.3倍、年平均成長率48.8%になると予測しています。

1.2. 世界の自動車充電用IGBT市場は急速に成長している

新エネルギー車の重要な支援施設における充電設備の数は急速に増加しており、主要部品であるIGBTの需要も急速に増加している。新エネルギー車の普及率が徐々に上昇するにつれて、新エネルギー車の重要な支援施設である充電設備の数も同時に増加する必要がある。マッキンゼーの統計によると、中国、米国、欧州における新エネルギー車の充電需要は2020年には約18億キロワット時となる。2030年までに新エネルギー車の充電需要は271億キロワット時に達し、年平均成長率は31.2%になると予想されている。新エネルギー車の充電設備の需要の急速な増加は、充電設備の主要部品であるIGBTの使用の大幅な増加にもつながる。

中国、米国、欧州の充電用IGBT市場は、2020年から2030年までの19年間で9.4億米ドルの成長が見込まれています。マッキンゼーの推計によると、中国、米国、欧州連合は、新エネルギー車の充電需要のギャップを埋めるために、2020年から2030年の11年間でそれぞれ17億米ドル、20億米ドル、20億米ドルを投じて、25万基、20万基、9.4万基の新エネルギー車充電用

  2  自動車用パワー半導体の中で、IGBTが最も恩恵を受ける。

IGBTとMOSFETは、車載パワー半導体の主要コンポーネントです。IGBTは自動車において4つの異なる用途があります。1つ目は、メインインバータの中核コンポーネントとして、バッテリーからのDC出力をACに変換して自動車のモーターを駆動する用途です。2つ目は、補助インバータ回路で使用され、他の車載電子機器に電力を供給します。3つ目は、DC/DCチョッパ回路で使用され、異なる電圧の電流を出力します。4つ目は、OBC（充電/インバータ）で使用され、外部からの入力AC電力をDC電力に変換して新エネルギー車のバッテリーを充電します。

電動化の度合いが低い自動車では、バッテリー出力電圧が低く、パワーデバイスの電力範囲も狭いため、OBC（オンボードコンピューター）内の補助インバータ回路、DC/DC-DCチョッパ回路、IGBTをMOSFETに置き換えることでコストを抑えることができる。

2.1. IGBTは新エネルギー車用モータ駆動システムのコアデバイスである。

優れた性能を持つIGBTは、新エネルギー車のパワー半導体の中核部品です。IGBTはInsulatedGateBipolarTransistorの略で、絶縁ゲートバイポーラトランジスタです。BJTとMOSFETを組み合わせた複合パワー半導体デバイスで、MOSFETの高速スイッチング速度、高入力インピーダンス、低制御電力、シンプルな駆動回路、低スイッチング損失といった利点と、BJTの低導通電圧、大オン状態電流、低損失といった利点を兼ね備えています。新エネルギー車では、IGBTモジュールは主に高出力インバータで直流を交流に変換して車両モーターを駆動するために使用され、また、車載エアコンなどの車載電子機器に電力を供給する補助パワーインバータにも使用されます。

IGBTは、用途に応じてIGBT単体、IGBTモジュール、およびIPMインテリジェントモジュールに分類できます。IGBT単体は、PNP型トランジスタにベース電流を供給することで回路全体を導通するNチャネルエンハンスメント型絶縁ゲートバイポーラトランジスタです。適用電流が小さく、通常100A以下であるため、適用電力は低くなります。しかし、IGBT単体の外部回路は複雑でパッケージ化が難しく、IGBTメーカーの技術レベルとプロセスレベルを反映しています。

IGBTモジュールは、IGBTチップとFWD（高速リカバリダイオード）を特定の回路ブリッジでパッケージ化したモジュール型半導体製品です。複数のチップが絶縁によってモジュール内に統合・パッケージ化されており、安全性と信頼性が効果的に向上し、高電圧・大電流環境での動作に適しています。IPMスマートモジュールは、IGBTデバイス、駆動回路、保護回路を1つのモジュールに統合したものです。自己回路診断機能と保護機能を備えているため、通常のIGBTモジュールよりもインテリジェントであり、周波数変換家電製品によく使用されています。

現在、インフィニオンのIGBTは第7世代製品にまで発展しており、国内メーカーも徐々に世界の先進レベルに追いつきつつあります。1988年から2019年までの30年以上にわたり、インフィニオンは合計7世代のIGBT製品をリリースしてきました。技術レベルは、チップ面積、プロセスライン幅、オン状態飽和電圧降下、オフ時間、電力損失の削減、およびオフ状態電圧の上昇へと発展してきました。国内のIGBT市場は現在、主に外国企業が占めていますが、国内メーカーによる継続的な研究開発投資により、製品技術は世界の先進レベルに追いつき続けています。

例えば、スターセミコンダクターが独自開発した第2世代IGBTチップは、インフィニオンの第6世代IGBTチップ（FS-Trench）をベンチマークとして、2016年に量産を開始しました。2019年には車載用IGBTモジュールが合計16万セット組み立てられ、BYDのIGBT4.0製品は、市場に出回っている主流のインフィニオン第4世代IGBTよりもスイッチング損失が低く、電流出力能力が高く、温度サイクル寿命が長くなっています。

世界の新エネルギー車用IGBT市場は、2025年には4.4億米ドルに達し、CAGRは48.8%となる見込みです。Yoleのデータによると、世界の新エネルギー車用IGBT市場規模は2019年に600億米ドルでした。EVSalesBlogのデータによると、2019年のプラグインハイブリッド車と純粋なバッテリー電気自動車の世界販売台数は約2.2万台でした。このことから、IGBT自転車の平均価格は273米ドル（自転車用パワー半導体の価値の83%を占める）と推測できます。現在の世界の半導体ウェハー製造能力の逼迫を考慮すると、新エネルギー車用パワー半導体は今年使用されると予想されます。価格は依然として高水準にとどまり、電動化の傾向とデュアルモーターの普及の増加に伴い、将来の自転車の価値は徐々に上昇するでしょう。 EVtankが予測する今後数年間の世界の新エネルギー車販売台数に乗じると、世界の新エネルギー車用IGBT市場は、2020年の約600億ドルから2025年には4.4億ドルに成長し、年平均成長率は約48.8%になると予想されます。

2.2. SiCはより優れた性能を持ち、次世代技術となることが期待されている。

第三世代半導体材料を用いたパワーデバイスは、優れた性能上の利点を有しています。シリコン系半導体材料と比較して、GaNやSiCに代表される第三世代半導体材料は、バンドギャップが広く、絶縁破壊電界が高く、熱伝導率が高く、電子飽和率が高く、耐放射線性が高いため、高温、高周​​波、耐放射線性、高出力デバイスの製造により適しています。

インフィニオンのデータによると、SiC材料インバータは、体積と重量がそれぞれSiベースの材料インバータの3分の1と4分の1に縮小されています。ロームのデータによると、実際のアプリケーションでは、SiCMOSFETのスイッチング周波数は50kHz以上（主流のIGBTのスイッチング周波数は最大20kHz）に達し、エネルギー損失はSiベースのIGBTよりも73%低くなっています。SiCベースのMOSFETは、IGBTよりも高性能かつ小型という利点があります。

一部のハイエンドモデルでは、SiCベースのMOSFETが採用されており、これは今後の開発方向になると予想されています。テスラ モデル3は、フルSiCパワーモジュールを統合した最初のモデルです。これは、テスラのエンジニアリング設計部門がSTマイクロエレクトロニクスと協力して完成させました。インフィニオンもすぐにテスラ モデル3のSiCパワーモジュールのサプライヤーとなりました。さらに、BYD Han EVの四輪駆動バージョンは、SiCMOSFETコンポーネントをバッチで搭載した最初の国内モデルとなり、そのSiC電子制御の総合効率は97%を超えています。

現在、国内メーカーもSiC生産への応用を積極的に進めている。例えば、華潤微（China Resources Micro）は2020年7月に中国初の商用6インチSiC生産ラインの量産に成功し、月産1,000個の生産能力を計画している。新クリーンエネルギー（New Clean Energy）も第3世代半導体関連の特許を多数保有しており、一連のSiCダイオード製品の発売が期待されている。同社は今後、新エネルギー車への応用を重点的に展開していく予定だ。

現在、SiCはコストと歩留まりの制約を受けており、大規模な普及には時間がかかるだろう。現在、国際的に主流となっているSiC基板のサイズは4インチと6インチである。ウェハ面積が小さく、チップ切断効率が低いため、SiC基板のコストは高い。後工程における製造およびパッケージングの歩留まりが低いことも、SiCデバイスのコストが高いままになっている要因となっている。

中国科学院のデータによると、SiCMOSFETの価格は同レベルのSiIGBTの4倍である。車載用電子制御装置は、より厳しい性能指標を満たす必要があり、極端な温度や強い振動環境下でも安定した動作を維持しなければならない。そのため、SiCMOSFETは最終製品に導入される前に、長期信頼性認証を受ける必要がある。一般的に、車載用IGBTモジュールの認証期間は約2年である。

  3  製品、プロセス、先行者利益という3つの主要な障壁が強固な堀を築く

3.1. 複雑な作業環境は、車載用IGBTの安全性と信頼性に極めて高い要求を課します。

1) 極端に高温および低温の動作条件に適応する必要がある: 車載用IGBTは動作温度範囲が広く、エンジンルームの要件が-40℃～155℃、ボディ制御の要件が-40℃～125℃など、設置場所によって温度範囲が異なりますが、従来の民生用チップやコンポーネントは0℃～70℃に達するだけで済みます。

2) 頻繁な始動と停止による電流の頻繁な変化に耐える必要がある: 車両は、混雑した道路状況で頻繁に始動と停止を繰り返す。このとき、ブースターとインバータのIGBTモジュールの動作電流はそれに応じて頻繁に上昇と下降を繰り返し、IGBTの接合部温度が急激に変化するため、IGBTには高い耐熱性と放熱性能が求められる。

3) 高い耐震性が必要：山道、泥道、砂利道など、車両の走行状況は予測不可能なため、車載用IGBTは走行中に大きな振動や衝撃を受ける可能性があります。IGBTモジュールの各リード端子は、強い振動条件下でも正常に動作できるよう、十分な機械的強度を備えている必要があります。

4) 過酷な作業環境への適応性：カビ、粉塵、水、塩アルカリ性の自然環境（海岸、雪、雨など）、EMC、有害ガスによる腐食などを考慮すると、IGBTの防水性、防塵性、耐腐食性といった安全性能には非常に高い要求が課せられます。これらの干渉下でも、IGBTは制御不能な動作を起こしたり、車両内の他の機器（制御バス、MCU、センサー）に干渉したりしてはなりません。

5) 長寿命かつ低故障率が求められます。一般的な自動車の設計寿命は約15年または60万キロメートルです。自動車メーカーは、ライフサイクル全体を通して、車載用半導体の故障率を1桁のPPM（100万分の1）に抑えることを基本としています。ほとんどの自動車メーカーは、PPB（10億分の1）レベル、つまりほぼゼロトレランスを要求しています。

3.2. 車載用IGBTの設計、製造、パッケージングプロセスは困難である。

車載用IGBTの設計では、オン/オフ、短絡抵抗、導通電圧降下のバランスを確保する必要があり、パラメータの最適化は非常に特殊かつ複雑です。車載用IGBTチップは通常、高電流、高電圧、高周波の環境で動作します。チップの設計では、オン/オフの切り替え、短絡抵抗、導通電圧降下（熱制御）がバランスの取れた状態になるようにする必要があります。チップの設計、パラメータの調整、最適化は非常に特殊かつ複雑です。

チップ設計プロセスにおける主な課題は以下のとおりです。

（１）端子の設計は、小型化と高耐電圧を実現しつつ、高い信頼性を確保しなければならない。

（２）セル設計では、広い安全動作領域を確保しつつ高い電流密度を実現する必要があり、極めて高い放熱能力が求められる。

（３）セル設計は、十分な短絡耐量を確保しつつ、高い電流密度を達成しなければならない。

製造工程は困難です。シートが割れやすく、前面金属の融点が限られているため、焼きなまし温度の制御が難しいためです。IGBTがオンになると、それは導線とみなすことができ、電流はIGBTを上から下へ垂直に流れ、駆動モーターに到達します。

1) チップが薄いほど熱抵抗は小さくなりますが、壊れやすくなります。薄型化プロセス：チップが薄いほど電流が流れる経路が短くなり、チップでのエネルギー損失がそれに応じて減少し、車両のバッテリー寿命が長くなります。2018年末、BYDはウェハを120μmまで薄くできると発表しましたが、インフィニオンのIGBTチップは40μmまで薄くすることができます。この厚さのウェハやチップに対する後続の処理は技術的に非常に難しく、壊れやすいです。

2) 裏面処理は低温で行う必要があります。そうしないと、表面金属が溶けやすくなります。裏面処理には、裏面イオン注入、アニーリング活性化、裏面メタライゼーションなどの工程が含まれます。表面金属の融点の制限とIGBTチップの継続的な薄型化のため、これらの裏面処理は低温（450℃を超えない）で行う必要があります。そうしないと、表面金属が溶けやすくなり、アニーリング活性化が非常に困難になります。

IGBTモジュールパッケージの溶接と接合には高い技術的障壁が存在します。車載用IGBTは主にモジュールの形で使用されます。モジュールパッケージ構造は、個別の半導体デバイスを何らかの集積方式でモジュール内にパッケージ化したものです。IGBTモジュールは通常、パッチング、溶接、プラズマ洗浄、X線検査、接合、接着剤充填・硬化、成形、テスト、マーキングという合計9つの工程を経てから市場に出回ります。中でも、溶接と接合はモジュールパッケージ技術において最も難しい工程です。

（１）溶接：最新の低温銀焼結パッチ相互接続プロセスパラメータは習得が難しく、材料費や設備費も高額であるため、参入障壁となっています。現在、主流の溶接技術ははんだ付けですが、この技術では一貫性や信頼性に欠ける結果しか得られません。そこで、低温銀焼結パッチ相互接続プロセスが開発されました。このプロセスのはんだ層は、高い熱伝導率、高い電気伝導率、高い信頼性といった利点があります。しかし、この技術は非常に難しく、プロセスパラメータの設定、高額な設備購入費、製造に使用される銀粉の高コストなどが、メーカーがこの技術を使用するのを阻む障壁となっています。現在、インフィニオンや三菱電機などの先進企業のみが、一部の高性能IGBTモジュールに低温銀焼結溶接を採用しています。

（２）ボンディング：プロセス難易度が高い。現在、IGBTモジュールの内部チップ表面相互接続に一般的に使用されているボンディングワイヤは、アルミニウムワイヤと銅ワイヤである。銅ワイヤは抵抗率が低く、熱伝導率が高く、膨張係数が低いため、高電力密度と効率的な放熱が求められる車載モジュールに適している。しかし、銅ワイヤボンディングプロセスの難しさは、チップ表面に銅メタライゼーション処理が必要であり、より高い超音波エネルギーが必要となるため、IGBTチップ自体を損傷する可能性があることである。 1）銅は酸素との親和性が高く、厳密なシーリングと迅速な操作が必要である。銅ワイヤは空気と接触するとすぐに酸化する。原則として、パッケージングは​​開封後48時間以内に完了する必要がある。酸化した銅ワイヤは硬くなり、ボンディングが難しく、はんだ接合部が剥がれたり、引張強度が低下したりする傾向がある。 2）ボンディングプロセス中、保護不活性ガスの流れを制御することが難しい。銅の酸化度を低減するために、酸化しやすいチップ加熱領域に保護ガスを添加する必要があります。流量が多すぎると加熱温度に影響し、流量が少なすぎると保護効果が弱まります。 3) 加圧溶接治具の材料要件は厳格です。治具の表面は滑らかでなければならず、キャリアとピンが緩んでいないことを保証する必要があります。そうでないと、製品の溶接プロセス中に、ボールの燃焼不良、ワイヤの短絡、ワイヤの反りなどの一連の溶接ワイヤの問題に直接影響します。 4) ボンディング装置のパラメータ設定では、溶接力、待機電力、クレーターの可能性などの要素を総合的に考慮する必要がありますが、これらはバランスと制御が困難です。いずれかのステップで問題が発生すると、ボンディングが失敗します。

3.3. 明らかな先行者利益：長い認証サイクルと高い交換コスト

車載用IGBTは高い信頼性が求められるため、認証取得までの期間が長く、交換コストも高額になる。そのため、先駆的な企業は明らかに先行者利益を享受できる。

1) 認証は厳格で、期間も長い。IGBTディスクリートデバイスまたはモジュールは、自動車メーカーのサプライチェーンに参入する前に、信頼性規格AECQ100（IC）/101（ディスクリートデバイス）、品質管理規格ISO/TS1649、および機能安全規格ISO26262ASILB（D）を満たす必要がある。認証期間は一般的に少なくとも2年である。

2) 交換コストが高い。IGBTモジュールは下流製品の主要部品であり、回路内の電圧、電流、周波数、位相などを制御する役割を担っています。その性能、安定性、信頼性は下流の顧客にとって非常に重要です。顧客は新規のIGBTサプライヤーに対して慎重な姿勢をとる傾向があります。サプライヤーの理論上の実力を総合的に評価するだけでなく、個々の製品テスト、完全な機械テスト、複数回の小ロット試作などを経て、大量​​購入の意思決定を行います。そのため、交換コストが高く、購入意思決定のサイクルが長くなります。

3) IGBT事業では、高いノウハウレベルを達成するために、長期にわたる経験の蓄積が必要です。IGBTチップと高速リカバリダイオードチップは、IGBTモジュールの重要な構成要素です。これらは多くの製造工程を経ており、多くの製造設備を使用します。製造組織、管理、設備のデバッグなどの作業は複雑です。例えば、放熱材料の選定と加工、薄膜化の程度、リンイオンの2回の注入の濃度、量、速度、裏面プロセス温度の制御、各工程の設備など、チップの設計と製造プロセスを習得するには、すべて長期にわたる関連経験が必要です。

新エネルギー車用途では、高い信頼性と安定性を備えたIGB​​Tモジュールの量産が求められることが多く、そのためには、装置や材料の特性を理解し、製造プロセスを習得するために、長期間にわたる経験の蓄積が必要です。パッチング工程を例にとると、チップの位置決定、異なる材料の熱膨張係数と特性、リフロー炉のリフロー曲線の設定などのパラメータの決定が含まれます。これらの製造プロセスには、適切な解決策を見出すために、長期にわたる研究開発実験が不可欠です。

4）高い資金障壁。IGBT業界は資本集約型産業です。その産業チェーンは、チップ設計、チップ製造、モジュール製造、テストに及びます。生産・テスト設備は基本的に輸入が必要であり、設備コストが高額です。同時に、製品の研究開発と市場開拓にも長い時間を要します。さらに、IGBT製造企業にとって運転資金の需要も大きいです。新規参入企業は初期段階で多額の投資と低い生産量に直面することが多く、製品の研究開発、生産、販売を継続するためには強力な資金的支援が必要です。

総合的に見ると、たとえ新規企業がIGBT製品を製造したとしても、顧客の認知を得て高いレベルのノウハウを習得するには長い時間がかかる。同時に、長期にわたる巨額の資本投資や市場開拓といった困難にも直面するだろう。先行企業は明らかに先行者利益を享受できる。

  4  自動車用IGBT業界の競争環境は優れているが、国産化率は依然として低い。

競争環境は集中しており、CR4の市場シェアは81%を占めています。しかし、国内企業はTOP10に3社しか入っておらず、現地化率は低い状況です。Omdiaの2019年の統計によると、世界のIGBTモジュールサプライヤー上位10社が市場シェアの75.6%を占めています。市場構造は集中しており、競争パターンは良好です。

NE Timesのデータによると、2019年に中国で組み立てられた車載用IGBTモジュールは合計1.08万セットで、そのうちインフィニオンが62万8000セットで58.2%のシェアを占め、市場をリードした。BYDマイクロエレクトロニクスは19万4000セットで2位、18%を占めた。三菱電機とセミクロンはそれぞれ5.2%と3%のシェアで3位と4位だった。スターセミコンダクターは1.6%のシェアで5位。国内メーカーのCRRC Times Electricは0.8%のシェアで9位だった。2019年、新エネルギー車用IGBTモジュールの上位4社の合計シェアは81.4%で、寡占状態を示した。国内メーカーの中で、市場シェアで上位10社に入るのはBYDマイクロエレクトロニクス、スターセミコンダクター、CRRCタイムズエレクトリックの3社のみで、シェアは20.4%と低く、国産化率も低い。

電圧範囲の観点から見ると、国内企業のIGBT製品ラインはますます充実してきています。国内メーカーのスターセミコンダクターは現在、国内で最も包括的なIGBTモジュール製品ラインの一つを有しており、高電圧（3300V）から中低電圧（600V）まで幅広い応用分野をカバーしています。CRRCタイムズエレクトリックは主に高速鉄道、高速列車などの分野に注力しており、現在、4500V以上の高電圧分野で一定の競争力を有しています。

インフィニオンの製品はあらゆる電圧レベルの下流アプリケーション分野を完全に網羅している一方、ABBは主に高電圧および最高電圧レベルの製品を対象としている。全体として、国内資本企業のIGBT製品は低電圧から高電圧まで市場全体をカバーしており、低電圧分野の展開は比較的充実している。しかし、海外メーカーと比較すると、我が国のパワーディスクリートデバイスは高電圧分野では依然として強化が必要である。

  5    複数の要因が国内代替を加速させ、シェア拡大を促進する

貿易摩擦が激化するにつれ、自律制御可能な半導体の必要性がますます高まっている。近年、米中貿易摩擦は激化傾向にある。

2016年3月と2018年4月、ZTEは米国の「エンティティリスト」に2度掲載された。2019年5月15日には、ファーウェイも「エンティティリスト」に掲載され、米国企業との事業提携や通信機器の購入が禁止された。この影響を受け、Googleはファーウェイへのサービス提供を停止した。

2020年5月15日、米国はファーウェイに対する新たな制裁措置を再び発令し、米国の技術と設備を用いて製造されたチップは、ファーウェイに販売する前に米国の承認を得る必要があるとした。2020年8月17日には、ファーウェイの子会社38社がエンティティリストに追加され、同年9月15日に制裁措置が完全に実施された。

2020年12月、SMICは米国によって中国の軍事関連企業リストに掲載された。米国による対中技術封鎖の強化という状況下で、中国は貿易摩擦の激化、供給途絶、国際協力の悪化といったリスクに直面している。独立した、かつ制御可能な半導体サプライチェーンの構築と、国内代替の加速がますます喫緊の課題となっている。

中国は世界最大の自動車消費市場となり、車載用IGBTにとって大きな発展機会をもたらしている。2019年、中国の新車販売台数は25.75万台に達し、世界の新車販売台数の約28.5%を占め、世界最大の自動車消費市場となった。現在、中国の自動車保有台数は2億6000万台を超えているものの、一人当たりの自動車保有台数は先進国に比べて依然として大きく遅れている。

世界銀行のデータによると、2019年の中国の一人当たりの自動車保有台数は0.173台でした。米国は0.837台で、中国の4.8倍、日本は0.591台で、中国の3.4倍でした。中国の自動車販売台数は今後も増加し続けると予想されます。広大な自動車消費市場は、中国のIGBT企業にとって大きな発展の余地を提供し、良好な発展基盤となります。

国内新エネルギーメーカーのシェアが増加し、国内生産IGBTの代替が加速している。燃料車に関しては、参入が遅かったため、我が国の従来型燃料車産業における競争力は弱い。2020年第1四半期から第3四半期にかけて、我が国の乗用車販売台数は13.38万台で、そのうち中国ブランドの乗用車販売台数はわずか約36%に過ぎない。新エネルギー車産業においては、我が国は優位性を確立し、技術面および市場面で大きな優位性を築いている。

2020年第1四半期から第3四半期にかけて、中国の新エネルギー乗用車は62万台を販売し、独立ブランド/新車メーカー/外資合弁企業がそれぞれ55%、15%、30%を占めた。国内メーカーは合計で70%を占め、これは従来の燃料車よりも大幅に高い。今後、新エネルギー車の普及率が徐々に上昇するにつれて、国内自動車メーカーの市場シェアも上昇し、追い越しが進むと予想される。貿易摩擦が激化する中で、国内の新エネルギーメーカーはサプライチェーンの安全性への懸念から国内IGBTをより多く使用すると予想され、国内IGBTのシェア増加につながる。

国内メーカーは、コスト効率と迅速な対応という利点を有しており、これは新エネルギー車のコスト削減と効率向上というトレンドに合致しています。海外の競合他社と比較して、国内IGBTメーカーは自動車メーカーとの通信コストが低く、納期が短く、サービス能力が高く、下流顧客のニーズに迅速に対応できるため、迅速な対応という利点があります。さらに、国内パワー半導体メーカーは、コストパフォーマンスが高く、物流コストと人件費が低いという利点もあり、新エネルギー車メーカーが普及率と市場シェアを拡大​​するにつれて、コスト削減と効率向上を図るニーズを満たしています。

政策と資金は、国内IGBT産業の発展を支援しています。IGBTは国内外に巨大な市場を有し、産業構造の高度化、省エネルギー・排出削減、新エネルギーなどの分野において、かけがえのない重要な役割を果たしています。近年、中国は産業発展、研究開発、財政・税制投資といった側面から、IGBTを含む半導体産業の発展を支援するための数々の政策を打ち出しています。

2020年8月、国務院は「新時代の集積回路産業およびソフトウェア産業の質の高い発展を促進するためのいくつかの政策」を発表し、金融・税制、投資・融資、研究開発など、半導体産業の発展を包括的に支援しました。この包括的な政策支援は、IGBT産業の急速な発展に効果的な推進力となるでしょう。

さらに、国は財政面でも積極的な支援を行っている。国家集積回路産業基金（通称「ビッグファンド」）の第1期と第2期もそれぞれ2014年と2019年に設立された。ビッグファンドの第1期では138.7億元、第2期では2041億5000万元の登録資本金が調達された。

Jiwei.comの統計によると、この大型ファンドの第1段階の投資分野は、集積回路製造が67%、設計が17%、パッケージングとテストが10%、機器材料が6%となっている。大型ファンドの投資と、それらが活用する社会資本に牽引され、IGBTを含む集積回路産業は順調な発展を遂げている。

要約すると、自動車用IGBTの国内代替が加速し、国内メーカーのシェア拡大が期待されます。第一に、我が国は世界最大の自動車消費市場であり、自動車消費需要は今後も増加し続けるため、国内自動車用IGBTメーカーの発展に好機となります。第二に、貿易摩擦が激化し、自律制御可能な半導体の必要性がますます高まっています。第三に、新エネルギー車産業の国内メーカーは先駆者としての優位性を確立しており、コーナーでの追い越しが期待されます。国内新エネルギー車企業のシェアが増加するにつれ、サプライチェーンの安全性への配慮から、より多くの国内半導体メーカーが製品を使用する傾向が強まり、国内IGBTのシェアが増加すると予想されます。第四に、国内IGBTメーカーは、コストパフォーマンスの高さや応答速度の速さといった地域サービス上の優位性を有しており、新エネルギー車のコスト削減と効率向上というニーズを満たし、今後の競争において市場シェアの拡大が期待されます。第五に、国の政策と資金がIGBT産業の発展を支援しています。上記の分析に基づき、自動車用IGBTの国内代替プロセスは加速し、シェアの拡大を達成すると予測します。

国内IGBTメーカーは、シェア拡大に加え、国内自動車用IGBT市場の急速な成長からも大きな恩恵を受けるでしょう。当社の試算によると、中国の新エネルギー車用IGBT市場は2025年には17.7億元に達し、年平均成長率は43.45%になると見込まれています。また、中国の新エネルギー車充電ステーション用IGBT市場も2025年には14.7億元に達し、年平均成長率は43.45%になると予測されています。

中国の新エネルギー車向けIGBT市場は、2025年には17.7億元に達すると予想されており、これは2020年の6倍で、年平均成長率は43.45%です。中国自動車協会のデータによると、2020年の中国の自動車販売台数は25.3万台でした。2025年までに中国の自動車販売台数は30万台に達すると予想されており、そのうち中国の新エネルギー車販売台数は2020年に1.32万台で、新エネルギー車の普及率は5.22%でした。

中国の新エネルギー車普及率が「新エネルギー車産業発展計画（2021-2035）」で提案されている20%に達すれば、中国の新エネルギー車販売台数は2020年の1.32万台から2025年には600万台に増加する。上記で計算した新エネルギー車用パワー半導体の自転車価値に基づくと、中国の新エネルギー車用パワー半導体市場は2025年には17.7億元に達し、2020年の6倍となり、年平均成長率は43.45%になると予想される。

中国の新エネルギー車向けIGBT市場は2025年には14.7億元に達し、複合成長率は43.45%になると推定されており、IGBTが最も恩恵を受けると見込まれています。Yoleのデータによると、2019年の世界の新エネルギー車向けIGBT市場規模は6億ドルでした。EVSalesBlogのデータによると、2019年のプラグインハイブリッド電気自動車と純粋なバッテリー電気自動車の世界販売台数は約2.2万台でした。これから計算すると、IGBT自転車の平均価格は273ドル（自転車用パワー半導体の価値の83%を占める）であり、ウェハーファウンドリの逼迫の影響を受け、現在の世界の半導体ウェハーファウンドリの生産能力の逼迫を考慮すると、新エネルギー車用パワー半導体の価格は今年も高水準を維持すると予想され、将来の自転車の価値は電動化の傾向とデュアルモーターの普及率の増加とともに徐々に上昇すると見込まれています。 2025年の中国の新エネルギー車販売台数600万台を掛け合わせると、中国の新エネルギー車向けIGBT市場規模は、2020年の約2.4億個から2025年には14.7億個に成長し、年平均成長率は43.45%になると予測される。

中国の新エネルギー車用充電ステーションIGBT市場規模は、2025年には10.9億元に達し、年平均成長率は35%になると予想されています。現在、新エネルギー車の廃車サイクルは8～10年です。上記の各年の新エネルギー車販売台数の計算に基づくと、2025年には新エネルギー車の台数は22.46万台に達すると予想されます。

新たなインフラ整備が進むにつれ、車両対充電ステーションの比率が2025年までに2:1に増加すると控えめに仮定すると、2025年の充電ステーション数は約11.23万基になると計算できます。新たなインフラ政策は公共充電ステーションの建設に重点を置いているため、公共充電ステーションの割合は2020年の48%から2025年には50%に増加すると予想されます。さらに、急速充電の需要増加により、公共充電ステーションにおける直流充電ステーションの割合は2020年の38%から2025年には50%に増加すると予想されます。

国家電網の充電ステーションプロジェクトの入札公告データによると、入札の主力である60kW公共DC充電ステーションの平均単ワット価格は、2017年の1.15元/Wから2019年には0.9元/Wに下落しました（1台の価格は2017年の69,000元から2019年には54,000元に下落）。公共AC充電ステーションの1台あたりの平均価格は、2017年の9,500元から2019年には5,400元に下落しました。

市場における主要な新エネルギー車メーカーの自家用充電ステーションの価格に関する調査に基づき、自家用充電ステーションの価格は2017年の1台あたり12,700元から2020年には1台あたり7,800元に下落したと算出しました。IGBTが充電ステーションのコストの約20%を占めると計算すると、充電ステーション向け国内IGBT市場規模は2020年の2.5億元から3.4倍の10.9億元に2025年には達し、年平均成長率は34.5%になると予想されます。

  6    生産能力の逼迫は短期的には緩和が難しく、パワー半導体ブームは引き続き拡大している。

8インチチップの生産能力は逼迫しており、ファウンドリはフル稼働状態にある。2020年には、5Gの商用化とパンデミックによる「在宅経済」が社会のデジタル化を加速させた。自動車、家電、デジタル機器などの端末機器市場は回復を続け、半導体需要の伸びを大きく押し上げた。

さらに、欧米での感染拡大がまだ完全に収束しておらず、米中貿易関係の先行き不透明感などの要因から、半導体メーカーは安全在庫を積み増している。こうした複数の要因が重なり、ウェハーファウンドリの生産能力の供給が需要を上回り、主要ウェハーファウンドリメーカーの8インチウェハー生産能力はほぼフル稼働状態にある。世界最先端企業である華虹宏利の2020年第3四半期の稼働率は100%を超え、UMCとSMICの稼働率も95%と高い水準にある。

世界の新規ウェハ生産能力がフル稼働に達する時期は主に2023年から2025年に集中しており、短期的には生産能力の逼迫を解消することは困難です。世界の生産能力の観点から見ると、ICInsightsのデータによると、世界の新規（8インチ相当）ウェハ生産能力は2020年に約17.9万枚、2021年には20.8万枚が追加されると予想されています。しかし、設備購入、デバッグ、顧客検証などの理由により、ウェハ製造工場の生産能力立ち上げ期間は比較的長く、通常3～5年程度かかります。この新規生産能力の一部は2023年から2025年にフル稼働に達すると予想されており、短期的には生産能力の逼迫を解消することは困難です。

国内の半導体製造能力は、建設中の場合、年間約27.96万枚の8インチウェハに相当し、その大部分は2022年に生産開始予定です。しかし、新しい生産ラインが稼働開始してからも生産立ち上げ期間が長いことを考慮すると、短期的には生産能力の逼迫を緩和することは困難です。弊社の不完全な統計によると、現在の国内半導体製造能力は約2.88万枚/月（シリコンベースウェハと化合物半導体ベースウェハを含む8インチウェハ相当）で、建設中の国内半導体製造能力は合計で約2.33万枚/月（年間27.96万枚）です。新しい生産ラインの大部分は2022年に生産開始予定です。しかし、新しい生産ラインが稼働開始してからも生産能力の立ち上げ期間が3〜5年であることを考慮すると、すぐにフル生産を達成することはできません。短期的には生産能力不足の緩和は依然として困難であると予想されます。

2025年までに、世界の車載用IGBTモジュールに必要な8インチウェハの数は1.69万枚と推定されており、2020年と比較して5.4倍に増加する見込みです。現在、市場にはシングルモーターとデュアルモーターの2種類の電気自動車があります。現在、主流の新エネルギー車はシングルモーター構成を採用しています。しかし、将来的に新エネルギー車の製造技術が向上すると、より高い性能を持つ車両を提供できるデュアルモーター新エネルギー車の普及率が上昇するでしょう。

新エネルギー車では、各モーターにインバーターが使用され、各インバーターにIGBTモジュールが使用されます。デュアルモーターの優れた性能を考慮すると、2025年にはその普及率が20%に達すると想定されます。2025年には、世界で1,200万台の電気自動車と1,440万台のモーター用にIGBTモジュールを組み立てる必要があると推定されます。現在、1つの車載グレードIGBTモジュールには10～18個のIGBTチップがパッケージ化されています（チップの数はIGBTモジュールの電圧レベルによって異なります）。平均計算すると、1,521万6,000個のIGBTチップが必要になります。8インチウェハー1枚で約128個のIGBTチップを切り出すことができるという計算に基づくと、車載グレードIGBTモジュール専用の8インチウェハーの世界需要は、2025年には1.69万枚に達し、2020年と比較して5.4倍になると予想されます。

ウェハー価格の上昇は産業チェーンの下流にまで波及し、半導体ブームは拡大を続けている。最終需要は増加の一途をたどり、既存のファウンドリ生産能力は既にフル稼働状態にあり、短期的には新たな生産能力を急速に増強することは不可能である。こうした需給の不均衡が、ウェハーファウンドリ価格の上昇につながっている。

TSMCは主要顧客向け12インチウェハーファウンドリの3%割引を撤廃した。UMCは8インチウェハーファウンドリ価格を引き上げ、続いて12インチウェハーファウンドリ価格も引き上げた。ファウンドリ価格の上昇は、業界チェーンの下流に位置するメーカーにも即座に波及し、ほとんどのメーカーが10%以上の値上げを実施した。中でもルネサスエレクトロニクスは、一部のアナログ製品とパワー製品の価格を15%から100%引き上げると発表した。インフィニオンなどの企業は、製品価格の上昇を背景に納期を延長している。半導体業界チェーンの繁栄は今後も続くと予想される。

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