Semikonduktor kuasa automotif mempunyai hampir 7 kali ganda ruang dalam 5 tahun, dengan IGBT mendapat manfaat paling banyak

Didorong oleh sokongan dasar dan penjimatan tenaga serta pengurangan pelepasan, penembusan kenderaan tenaga baharu semakin pantas. Kadar penembusan kenderaan tenaga baharu domestik dijangka akan mencapai 20% pada tahun 2025, dan kadar penembusan kenderaan tenaga baharu di EU akan mencapai 40% pada tahun 2030. Trend elektrifikasi automobil telah meningkatkan nilai semikonduktor kuasa yang digunakan dalam automobil dengan ketara. Menurut statistik Infineon, ASP semikonduktor kuasa akan meningkat dengan ketara daripada US$71 untuk kenderaan bahan api tradisional kepada US$330 untuk kenderaan elektrik hibrid/tulen plug-in penuh, iaitu 4.6 kali ganda daripada kenderaan bahan api tradisional. Menurut pengiraan kami, pasaran semikonduktor kuasa automotif global dijangka mencecah US$8 bilion pada tahun 2025. Pasaran semikonduktor kuasa kenderaan tenaga baharu global akan mencecah US$5.3 bilion pada tahun 2025, 7.3 kali ganda daripada tahun 2020, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 48.8%. Dalam tempoh sepuluh tahun akan datang, pasaran IGBT untuk cerucuk pengecasan kenderaan tenaga baharu di China, Amerika Syarikat dan Eropah akan mempunyai ruang tambahan sebanyak US$9.4 bilion. Pada masa ini, IGBT dan MOSFET digunakan terutamanya dalam semikonduktor kuasa automotif. IGBT ialah komponen teras penyongsang utama sistem pemacu elektrik dalam kenderaan tenaga baharu dan boleh digunakan dalam litar penyongsang tambahan, litar pencincang DC/DC, OBC (pengecasan/penyongsang), dan sebagainya. Nilai sesebuah kenderaan mencecah US$273, menyumbang 83% daripada ASP semikonduktor kuasa automotif, yang merupakan majoriti mutlak. Kami meramalkan bahawa pasaran IGBT kenderaan tenaga baharu global akan mencecah US$4.4 bilion pada tahun 2025, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun kira-kira 48.8%. Ia merupakan jenis semikonduktor kuasa automotif yang paling bermanfaat di bawah trend elektrifikasi.

Tiga halangan utama iaitu produk, proses dan kelebihan penggerak pertama membina parit yang kukuh.

1) Halangan produk: IGBT gred automotif perlu mempunyai keperluan ketat seperti jangka hayat yang panjang, kadar kegagalan yang rendah, dan rintangan gempa bumi yang tinggi. Ia mesti berupaya menyesuaikan diri dengan keadaan kerja yang keras seperti keadaan kerja suhu tinggi dan rendah yang "sangat panas" dan "sangat sejuk", habuk, dan garam-alkali. Ia mesti menahan perubahan arus yang kerap disebabkan oleh permulaan dan penghentian yang kerap, dan mempunyai keperluan produk yang sangat tinggi.

2) Halangan proses: Semasa mereka bentuk IGBT gred automotif, adalah perlu untuk memastikan keseimbangan antara menghidupkan dan mematikan, rintangan litar pintas dan penurunan voltan konduksi, dan pengoptimuman parameter amat rumit. Semasa pembuatan, proses kepingan nipis terdedah kepada pemecahan, dan takat lebur logam hadapan yang terhad menjadikannya sukar untuk mengawal suhu penyepuhlindapan. Di samping itu, keperluan teknikal untuk kimpalan dan pengikatan pembungkusan modul IGBT juga tinggi.

3) Kitaran pensijilan adalah panjang, kos penggantian adalah tinggi, dan ia mempunyai kesan lengkung pengalaman. Ia mempunyai kelebihan penggerak pertama yang jelas dalam industri.

a) IGBT gred automotif mesti memenuhi piawaian kebolehpercayaan, piawaian pengurusan kualiti dan piawaian keselamatan fungsian untuk layak memasuki rantaian bekalan pengeluar automobil peringkat pertama. Tempoh pensijilan biasanya sekurang-kurangnya 2 tahun.

b) Memandangkan modul IGBT merupakan komponen utama dalam automobil, pengeluar hiliran sering berhati-hati semasa menggantikannya atas pertimbangan keselamatan dan kebolehpercayaan. Hanya selepas sejumlah besar ujian pengesahan dan penilaian komprehensif dibuat, barulah keputusan perolehan dalam jumlah besar dibuat. Kos penggantian adalah tinggi.

c) Perniagaan IGBT memerlukan pengumpulan pengalaman jangka panjang untuk mencapai tahap pengetahuan yang baik.

d) Industri IGBT merupakan industri yang berintensifkan modal, dan peralatan pengeluaran dan pengujian pada asasnya perlu diimport. Di samping itu, permintaan modal kerja untuk syarikat pembuatan IGBT juga besar. Peserta baharu sering menghadapi pelaburan yang besar dan output yang rendah pada peringkat awal. Mereka memerlukan sokongan kewangan yang kukuh untuk meneruskan penyelidikan dan pembangunan produk, pengeluaran dan jualan. Secara keseluruhannya, syarikat perintis dalam industri IGBT mempunyai kelebihan penggerak pertama yang jelas.

Landskap persaingan telah menjadi "laluan berkualiti tinggi" untuk industri pertumbuhan, tetapi kadar penyetempatan semasa masih rendah.

Menurut statistik Omdia 2019, sepuluh pengeluar modul IGBT global teratas menyumbang 76% daripada bahagian pasaran. Bahagian pasaran adalah tertumpu dan corak persaingan adalah baik. Dari segi IGBT gred automotif, disebabkan oleh halangan industri yang tinggi, bahagian modul IGBT kenderaan tenaga baharu China CR4 berjumlah 81% pada tahun 2019, menunjukkan corak oligopoli. Antaranya, Infineon menduduki tempat pertama dengan bahagian pasaran sebanyak 58.2%, BYD menduduki tempat kedua dengan bahagian pasaran sebanyak 18%, Mitsubishi Electric dan Semikron masing-masing menduduki tempat ketiga dan keempat. IGBT Automotif telah menjadi "trek berkualiti tinggi" dalam industri yang sedang berkembang dengan ruang pertumbuhannya yang luas dan landskap persaingan yang baik. Walau bagaimanapun, antara sepuluh pengeluar IGBT kenderaan tenaga baharu China teratas pada tahun 2019, hanya tiga pengeluar domestik, BYD, Star Semiconductor dan CRRC Times Electric, disenarai pendek, dengan jumlah bahagian pasaran sebanyak 20.4%. Terdapat ruang yang luas untuk penggantian domestik.

Pelbagai faktor mempercepatkan penggantian produk domestik, dan pengeluar domestik mempunyai potensi yang besar untuk pembangunan masa hadapan.

Pelbagai faktor mempercepatkan penggantian domestik: 1) China sudah menjadi pasaran pengguna automobil terbesar di dunia, dan permintaan pengguna automobil akan terus meningkat pada masa hadapan, menyediakan peluang pembangunan yang baik untuk pengeluar IGBT domestik. 2) Apabila geseran perdagangan semakin meningkat, keperluan untuk semikonduktor bebas dan terkawal menjadi semakin mendesak. 3) Pengeluar domestik menerajui dalam menggunakan industri kenderaan tenaga baharu dan merebut kelebihan penggerak pertama. Apabila bahagian pengeluar kenderaan tenaga baharu domestik meningkat, dijangkakan lebih banyak produk daripada pengeluar semikonduktor domestik akan digunakan kerana pertimbangan keselamatan rantaian bekalan. 4) Pengeluar IGBT domestik mempunyai kelebihan perkhidmatan tempatan seperti prestasi kos yang tinggi dan kelajuan tindak balas yang pantas, yang memenuhi keperluan kenderaan tenaga baharu untuk mengurangkan kos dan meningkatkan kecekapan, dan dijangka akan meningkatkan bahagian mereka. 5) Galakan dasar dan sokongan kewangan membantu industri IGBT domestik berkembang pesat. Dari segi ruang pasaran domestik, menurut pengiraan kami, pasaran semikonduktor kuasa kenderaan tenaga baharu China dijangka mencecah 17.7 bilion yuan pada tahun 2025, iaitu 6 kali ganda daripada tahun 2020, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sehingga 44%. Dijangkakan pasaran IGBT kenderaan tenaga baharu China akan mencecah 14.7 bilion yuan pada tahun 2025, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun kira-kira 44%. Pada tahun 2025, pasaran IGBT China untuk cerucuk pengecasan akan mencecah 10.9 bilion yuan, dengan kadar pertumbuhan kompaun sebanyak 35%. Berdasarkan analisis di atas, kami percaya bahawa proses penggantian domestik IGBT automotif akan dipercepatkan. Digabungkan dengan bahagian pasaran semasa yang rendah dan ruang pertumbuhan industri yang luas, pengeluar IGBT domestik mempunyai potensi pertumbuhan yang besar pada masa hadapan.

Kapasiti pengeluaran yang ketat sukar dikurangkan dalam jangka pendek, dan ledakan semikonduktor kuasa terus meningkat.

Penggunaan komersial 5G dan ekonomi duduk di rumah yang wabak sedang mempercepatkan transformasi digital masyarakat. Pasaran untuk kenderaan tenaga baharu, peralatan rumah, digital dan peralatan terminal lain semakin meningkat, memacu permintaan untuk semikonduktor. Di samping itu, pengeluar semikonduktor perlu meningkatkan inventori keselamatan disebabkan oleh keselamatan rantaian bekalan. Resonans pelbagai faktor telah menyebabkan kapasiti pengeluaran semikonduktor yang ketat. Pada masa ini, semua kilang wafer utama sedang dalam pengeluaran penuh. Dari perspektif global, ICinsight meramalkan bahawa dunia akan menambah 20.8 juta kapasiti pengeluaran wafer 8 inci yang setara pada tahun 2021. Dari perspektif domestik, kapasiti pengeluaran wafer 8 inci yang setara dalam pembinaan adalah kira-kira 27.96 juta wafer/tahun, yang kebanyakannya akan dimasukkan ke dalam pengeluaran pada tahun 2022. Walau bagaimanapun, memandangkan akan ada tempoh peningkatan pengeluaran kira-kira 3-5 tahun selepas barisan pengeluaran baharu beroperasi, adalah sukar untuk mengurangkan kapasiti pengeluaran yang ketat dalam jangka pendek. Dengan mendapat manfaat daripada peningkatan pesat dalam permintaan untuk kenderaan tenaga baharu dan cerucuk pengecasan, dijangkakan permintaan global untuk wafer 8 inci untuk modul IGBT gred automotif sahaja akan mencecah 1.69 juta keping pada tahun 2025, peningkatan sebanyak 5.4 kali ganda berbanding tahun 2020. Terdapat jurang yang besar dalam permintaan pembuatan wafer. Sejak awal tahun ini, pengeluar cip utama di dalam dan luar negara telah menaikkan harga produk atau melanjutkan masa penghantaran. Dijangkakan bahawa kemakmuran rantaian industri semikonduktor akan terus meningkat.

  1    Penembusan kenderaan tenaga baharu semakin pantas, dan ruang semikonduktor kuasa automotif telah meningkat dua kali ganda dalam tempoh 5 tahun.

1.1. Penembusan kenderaan tenaga baharu semakin pantas, dan semikonduktor kuasa automotif mengalami peningkatan jumlah dan harga.

Sokongan dasar & penjimatan tenaga dan pengurangan pelepasan memacu penembusan kenderaan tenaga baharu yang dipercepatkan. "Pelan Pembangunan Industri Kenderaan Tenaga Baharu (2021-2035)" negara saya mengemukakan visi untuk pembangunan kenderaan tenaga baharu. Dirancangkan bahawa menjelang 2025, kadar penembusan kenderaan tenaga baharu domestik akan mencapai 20%.

Di peringkat antarabangsa, banyak negara Eropah telah menerima pakai dasar sekatan pelepasan karbon dioksida dua serampang dan dasar subsidi kenderaan tenaga baharu untuk menangani tekanan pemanasan global, dan laluan elektrifikasi automobil menjadi semakin jelas. Di EU, perjanjian pelepasan gas rumah hijau kenderaan ACEA menetapkan bahawa pelepasan karbon dioksida kenderaan mestilah kurang daripada 59 gram setiap kilometer menjelang 2030. Menurut pengiraan Infineon, kadar penembusan kenderaan tenaga baharu di EU akan mencapai 40% pada tahun 2030.

Elektrifikasi telah membawa kepada peningkatan ketara dalam nilai basikal semikonduktor kuasa. ASP semikonduktor kuasa untuk kenderaan elektrik tulen mencecah US$330, iaitu 4.6 kali ganda daripada kenderaan bahan api tradisional. Kenderaan tenaga baharu yang menggunakan sistem kuasa elektrik sebagai sumber kuasa mereka mengemukakan keperluan yang lebih tinggi untuk pengurusan kuasa dan keupayaan penukaran kuasa komponen elektronik.

Dalam automobil tradisional, semikonduktor kuasa digunakan terutamanya dalam bidang penghidupan kenderaan, penjanaan kuasa dan keselamatan, dan komponen elektronik voltan rendah dan kuasa rendah dapat memenuhi keperluan kerja mereka. Dalam kenderaan tenaga baharu, output voltan tinggi oleh bateri memerlukan penukaran voltan yang kerap dan penyongsangan arus. Litar ini telah meningkatkan permintaan untuk semikonduktor kuasa seperti IGBT dan MOSFET dengan ketara. Menurut data Infineon, kandungan semikonduktor kuasa dalam kenderaan bahan api tradisional ialah US$71, dan nilai semikonduktor kuasa dalam kenderaan elektrik hibrid/bateri tulen plug-in penuh ialah US$330, iaitu 4.6 kali ganda daripada kenderaan bahan api tradisional.

Pasaran semikonduktor kuasa automotif global akan mencecah US$8 bilion pada tahun 2025. Menurut Yole, pasaran semikonduktor kuasa global akan mencecah US$22.5 bilion pada tahun 2025. Menurut statistik Zhiyan Consulting, sektor automotif menyumbang 35.4% daripada pasaran semikonduktor kuasa global pada tahun 2019. Dengan mengandaikan bahawa perkadaran tersebut kekal tidak berubah, pasaran semikonduktor kuasa automotif global dijangka mencecah US$7.965 bilion pada tahun 2025.

Pasaran semikonduktor kuasa kenderaan tenaga baharu global dijangka mencecah US$5.3 bilion pada tahun 2025, 7.3 kali ganda daripada tahun 2020, dengan CAGR sebanyak 48.8%. Menurut ramalan AlixPartners, jualan kereta global akan meningkat daripada 70.5 juta unit pada tahun 2020 kepada 94 juta unit pada tahun 2025. EVTank meramalkan bahawa jualan kenderaan tenaga baharu global akan meningkat daripada 2.21 juta unit pada tahun 2019 kepada 12 juta unit pada tahun 2025. Kadar penembusan kenderaan tenaga baharu global akan mencapai 13% pada tahun 2025, peningkatan sebanyak 10.36% berbanding tahun 2019.

Seperti yang dinyatakan di atas, dalam statistik terkini daripada Infineon pada tahun 2020, nilai basikal semikonduktor kuasa kenderaan tenaga baharu ialah US$330. Memandangkan kapasiti pengeluaran faundri wafer semikonduktor global yang ketat semasa, dijangkakan harga semikonduktor kuasa kenderaan tenaga baharu akan kekal pada tahap yang tinggi tahun ini, dan nilai basikal pada masa hadapan akan meningkat secara beransur-ansur dengan trend elektrifikasi dan peningkatan penembusan dwi-motor. Berdasarkan data di atas, kami menganggarkan bahawa pasaran semikonduktor kuasa kenderaan tenaga baharu global akan mencecah US$5.3 bilion pada tahun 2025, 7.3 kali ganda daripada tahun 2020, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 48.8%.

1.2. Ruang pasaran IGBT cerucuk pengecasan kenderaan global berkembang pesat

Bilangan cerucuk pengecasan di kemudahan sokongan penting untuk kenderaan tenaga baharu akan meningkat dengan pesat, sekali gus memacu permintaan untuk IGBT, komponen utama, untuk meningkat dengan pesat. Memandangkan kadar penembusan kenderaan tenaga baharu meningkat secara beransur-ansur, bilangan cerucuk pengecasan, yang merupakan kemudahan sokongan penting untuk kenderaan tenaga baharu, juga perlu ditingkatkan secara serentak. Menurut statistik McKinsey, permintaan pengecasan untuk kenderaan tenaga baharu di China, Amerika Syarikat dan Eropah akan menjadi kira-kira 18 bilion kilowatt jam pada tahun 2020. Dijangkakan menjelang 2030, permintaan pengecasan untuk kenderaan tenaga baharu akan mencapai 271 bilion kilowatt jam, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 31.2%. Pertumbuhan pesat dalam permintaan untuk kemudahan pengecasan kenderaan tenaga baharu juga akan memacu peningkatan ketara dalam penggunaan IGBT, komponen utama cerucuk pengecasan.

Dijangkakan pasaran IGBT cerucuk pengecasan di China, Amerika Syarikat dan Eropah akan mempunyai ruang tambahan sebanyak US$9.4 bilion dalam tempoh sepuluh tahun dari 2020 hingga 2030. Menurut anggaran McKinsey, China, Amerika Syarikat dan Kesatuan Eropah perlu melabur masing-masing sebanyak US$19 bilion/11 bilion/17 bilion dalam dekad 2020-2030 untuk membina 20 juta/20 juta/25 juta cerucuk pengecasan kenderaan tenaga baharu bagi mengisi jurang dalam permintaan pengecasan kenderaan tenaga baharu. Dalam satu cerucuk pengecasan, IGBT menyumbang kira-kira 20% daripada jumlah kos. Daripada ini, kita dapat menyimpulkan bahawa pasaran IGBT untuk cerucuk pengecasan kenderaan tenaga baharu di China, Amerika Syarikat dan Eropah akan mempunyai ruang tambahan sebanyak US$9.4 bilion dalam tempoh sepuluh tahun akan datang.

  2  Antara semikonduktor kuasa automotif, IGBT paling banyak memberi manfaat

IGBT dan MOSFET merupakan komponen utama semikonduktor kuasa automotif. IGBT mempunyai empat aplikasi berbeza dalam kereta. Yang pertama ialah komponen teras penyongsang utama. Penyongsang utama membalikkan output DC daripada bateri kepada AC untuk memacu motor kereta; yang kedua digunakan dalam litar penyongsang tambahan untuk menguasakan elektronik automotif lain; yang ketiga digunakan dalam litar pencincang DC/DC untuk mengeluarkan arus dengan voltan yang berbeza; yang keempat digunakan dalam OBC (pengecasan/penyongsang) untuk membalikkan kuasa AC input luaran kepada kuasa DC untuk mengecas bateri kenderaan tenaga baharu.

Dalam kereta dengan tahap elektrifikasi yang rendah, disebabkan oleh voltan keluaran bateri yang rendah dan julat kuasa peranti kuasa yang rendah, MOSFET boleh digunakan untuk menggantikan litar penyongsang tambahan, litar pencincang DC/DC DC dan IGBT dalam OBC untuk mengawal kos.

2.1. IGBT ialah peranti teras sistem pemacu motor kenderaan tenaga baharu IGBT

Dengan prestasi yang unggul, ia merupakan komponen teras semikonduktor kuasa dalam kenderaan tenaga baharu. IGBT ialah singkatan bagi InsulatedGateBipolarTransistor, iaitu transistor bipolar get bertebat. Ia merupakan peranti semikonduktor kuasa komposit yang terdiri daripada BJT dan MOSFET. Ia menggabungkan kelebihan kelajuan pensuisan MOSFET yang pantas, impedans input yang tinggi, kuasa kawalan yang kecil, litar pemacu mudah, kehilangan pensuisan yang kecil dan voltan konduksi rendah BJT, arus keadaan hidup yang besar dan kehilangan yang kecil. Dalam kenderaan tenaga baharu, modul IGBT terutamanya digunakan dalam penyongsang berkuasa tinggi untuk membalikkan arus terus kepada arus ulang-alik untuk memacu motor kenderaan; ia juga digunakan dalam penyongsang kuasa tambahan untuk menguasakan peralatan elektronik automotif seperti penghawa dingin kenderaan.

IGBT boleh dibahagikan kepada tiub tunggal IGBT, modul IGBT dan modul pintar IPM mengikut persekitaran aplikasi yang berbeza. Monotube IGBT ialah transistor dwikutub pintu bertebat jenis peningkatan saluran-N yang mengalirkan keseluruhan litar dengan membekalkan arus tapak kepada transistor jenis PNP. Oleh kerana arus yang berkenaan adalah kecil, biasanya di bawah 100A, kuasa yang berkenaan adalah rendah. Walau bagaimanapun, litar luaran tiub tunggal IGBT adalah kompleks dan sukar untuk dibungkus, yang mencerminkan tahap teknologi dan proses pengeluar IGBT.

Modul IGBT ialah produk semikonduktor modular yang terdiri daripada cip IGBT dan FWD (diod pemulihan pantas) yang dibungkus melalui jambatan litar tertentu. Pelbagai cip disepadukan dan dibungkus dalam modul melalui penebat. Keselamatan dan kebolehpercayaannya dipertingkatkan dengan berkesan, dan ia lebih sesuai untuk berfungsi dalam senario voltan tinggi dan arus tinggi. Modul pintar IPM menyepadukan peranti IGBT, litar pemacu dan litar perlindungan ke dalam satu modul. Oleh kerana ia mempunyai fungsi diagnosis dan perlindungan litar kendiri, ia lebih pintar daripada modul IGBT biasa dan sering digunakan dalam peralatan rumah penukaran frekuensi.

Pada masa ini, Infineon IGBT telah berkembang ke generasi ketujuh produk, dan pengeluar domestik secara beransur-ansur mengejar tahap maju dunia. Dalam tempoh lebih 30 tahun dari tahun 1988 hingga 2019, Infineon telah mengeluarkan sejumlah 7 generasi produk IGBT. Tahap teknikal telah berkembang ke arah mengurangkan kawasan cip, lebar talian proses, penurunan voltan tepu keadaan hidup, masa mati, kehilangan kuasa dan peningkatan voltan keadaan hidup. Walaupun pasaran IGBT domestik kini diduduki terutamanya oleh syarikat asing, dengan pelaburan berterusan dalam R&D oleh pengeluar domestik, teknologi produk terus mengejar tahap maju dunia.

Contohnya, cip IGBT generasi kedua yang dibangunkan secara bebas oleh Star Semiconductor ditanda aras dengan cip IGBT generasi keenam Infineon (FS-Trench), dan telah dihasilkan secara besar-besaran pada tahun 2016. Sebanyak 160,000 set modul IGBT gred automotif telah dipasang pada tahun 2019; produk IGBT4.0 BYD mempunyai kehilangan pensuisan yang lebih rendah, keupayaan output arus yang lebih kuat dan jangka hayat kitaran suhu yang lebih lama berbanding IGBT generasi keempat Infineon arus perdana di pasaran.

Pasaran IGBT kenderaan tenaga baharu global akan mencecah US$4.4 bilion pada tahun 2025, dengan CAGR sebanyak 48.8%. Menurut data Yole, saiz pasaran IGBT kenderaan tenaga baharu global adalah US$600 juta pada tahun 2019. Data EVSalesBlog mengumumkan bahawa jualan global kenderaan hibrid plug-in dan kenderaan elektrik bateri tulen pada tahun 2019 adalah kira-kira 2.2 juta. Daripada ini, dapat disimpulkan bahawa nilai purata basikal IGBT ialah US$273 (menyumbang 83% daripada nilai semikonduktor kuasa basikal). Memandangkan kapasiti pengeluaran faundri wafer semikonduktor global yang ketat semasa, dijangkakan semikonduktor kuasa kenderaan tenaga baharu akan digunakan tahun ini. Harga masih akan kekal pada tahap yang tinggi, dan nilai basikal masa hadapan akan meningkat secara beransur-ansur dengan peningkatan trend elektrifikasi dan penembusan dwi-motor. Didarab dengan ramalan jualan kenderaan tenaga baharu global EVtank untuk beberapa tahun akan datang, pasaran IGBT kenderaan tenaga baharu global dijangka berkembang daripada kira-kira 600 juta pada tahun 2020 kepada 4.4 bilion dolar AS pada tahun 2025, dengan kadar pertumbuhan kompaun kira-kira 48.8%.

2.2.SiC mempunyai prestasi yang lebih baik dan dijangka menjadi teknologi generasi akan datang

Peranti kuasa berasaskan bahan semikonduktor generasi ketiga mempunyai kelebihan prestasi yang lebih baik. Berbanding dengan bahan semikonduktor berasaskan silikon, bahan semikonduktor generasi ketiga yang diwakili oleh GaN dan SiC mempunyai jurang jalur yang lebih luas, medan elektrik pecahan yang lebih tinggi, kekonduksian terma yang lebih tinggi, kadar tepu elektron yang lebih tinggi dan rintangan sinaran yang lebih tinggi, dan lebih sesuai untuk membuat peranti suhu tinggi, frekuensi tinggi, tahan sinaran dan berkuasa tinggi.

Menurut data Infineon, penyongsang bahan SiC masing-masing mempunyai isipadu dan berat 3 kali ganda dan 4 kali ganda lebih kecil berbanding penyongsang bahan berasaskan Si; Data Rohm menunjukkan bahawa dalam aplikasi, frekuensi pensuisan SiCMOSFET boleh mencapai lebih daripada 50KHz (manakala frekuensi pensuisan IGBT arus perdana adalah sehingga 20KHz), dan kehilangan tenaga adalah 73% lebih rendah berbanding IGBT berasaskan Si. MOSFET berasaskan SiC mempunyai prestasi yang lebih tinggi dan kelebihan saiz yang lebih kecil berbanding IGBT.

Beberapa model mewah telah menerima pakai MOSFET berasaskan SiC, yang dijangka menjadi hala tuju pembangunan masa hadapan. Tesla Model 3 ialah model pertama yang mengintegrasikan modul kuasa SiC penuh. Ia telah disiapkan oleh jabatan reka bentuk kejuruteraan Tesla dengan kerjasama STMicroelectronics. Sejurus selepas itu, Infineon juga menjadi pembekal modul kuasa SiC Tesla Model 3. Di samping itu, versi pacuan empat roda BYD Han EV telah menjadi model domestik pertama yang dilengkapi dengan komponen SiCMOSFET dalam kelompok, dan kecekapan keseluruhan kawalan elektronik SiCnya adalah setinggi lebih 97%.

Pada masa ini, pengeluar domestik juga sedang giat menggunakan aplikasi pengeluaran SiC. Contohnya, China Resources Micro telah mencapai pengeluaran besar-besaran barisan pengeluaran SiC 6-inci komersial pertama China pada Julai 2020, dengan kapasiti pengeluaran yang dirancang sebanyak 1,000 keping/bulan. New Clean Energy juga mempunyai beberapa paten berkaitan semikonduktor generasi ketiga dan dijangka melancarkan satu siri produk diod SiC. Pada masa hadapan, ia akan memberi tumpuan kepada aplikasi kenderaan tenaga baharu.

Pada masa ini, SiC tertakluk kepada faktor kos dan hasil, dan ia akan mengambil masa untuk penerimaan meluas pada skala besar. Pada masa ini, saiz substrat SiC arus perdana antarabangsa ialah 4 inci dan 6 inci. Disebabkan oleh kawasan wafer yang kecil dan kecekapan pemotongan cip yang rendah, kos substrat SiC adalah tinggi. Hasil pembuatan dan pembungkusan yang rendah dalam proses seterusnya menjadikan kos peranti SiC kekal tinggi.

Menurut data dari Akademi Sains China, harga SiCMOSFET adalah 4 kali lebih tinggi daripada SiIGBT pada tahap yang sama. Peranti kawalan elektronik gred automotif mesti memenuhi petunjuk prestasi yang lebih ketat dan perlu mengekalkan operasi yang stabil dalam suhu yang melampau dan persekitaran getaran yang kuat. Oleh itu, sebelum diperkenalkan ke dalam produk akhir, SiCMOSFET perlu menjalani pensijilan kebolehpercayaan jangka panjang. Secara amnya, tempoh pensijilan untuk modul IGBT gred automotif adalah kira-kira 2 tahun.

  3  Tiga halangan utama iaitu produk, proses dan kelebihan penggerak pertama membina parit yang kukuh

3.1. Persekitaran kerja yang kompleks meletakkan tuntutan yang sangat tinggi terhadap keselamatan dan kebolehpercayaan IGBT gred automotif.

1) Perlu menyesuaikan diri dengan keadaan kerja suhu tinggi dan rendah yang "sangat panas" dan "sangat sejuk": IGBT gred automotif mempunyai julat suhu operasi yang luas, dan lokasi pemasangan yang berbeza mempunyai julat suhu yang berbeza, seperti keperluan petak enjin -40℃-155℃, keperluan kawalan badan -40℃-125℃, manakala cip dan komponen pengguna konvensional hanya perlu mencapai 0℃-70℃.

2) Perlu menahan perubahan arus yang kerap disebabkan oleh penghidupan dan pemberhentian yang kerap: Kenderaan sering mengalami penghidupan dan pemberhentian yang kerap dalam keadaan jalan raya yang sesak. Pada masa ini, arus operasi modul IGBT penggalak dan penyongsang akan naik dan turun dengan kerap, mengakibatkan perubahan pesat dalam suhu persimpangan IGBT, yang memerlukan rintangan suhu tinggi dan prestasi pelesapan haba IGBT.

3) Perlu mempunyai rintangan gempa bumi yang tinggi: Disebabkan oleh ketidakpastian keadaan kenderaan, seperti gunung, lumpur, jalan kerikil, dan sebagainya, IGBT automotif mungkin tertakluk kepada getaran dan bonggol yang besar semasa kenderaan sedang dipandu. Setiap terminal utama modul IGBT dikehendaki mempunyai kekuatan mekanikal yang cukup kuat untuk dapat beroperasi secara normal di bawah keadaan getaran yang kuat.

4) Mampu menyesuaikan diri dengan persekitaran kerja yang keras: Memandangkan kulat, habuk, air, persekitaran semula jadi masin-alkali (tepi laut, salji, hujan, dll.), EMC dan hakisan gas berbahaya, keperluan yang sangat tinggi diletakkan pada prestasi keselamatan IGBT seperti kalis air, kalis habuk dan anti-karat. Di bawah gangguan ini, IGBT tidak boleh menjejaskan kerjanya secara tidak terkawal mahupun mengganggu peralatan lain di dalam kenderaan (bas kawalan, MCU, sensor).

5) Ia perlu mempunyai jangka hayat yang panjang dan kadar kegagalan yang rendah. Jangka hayat reka bentuk kereta am adalah kira-kira 15 tahun atau 600,000 kilometer. Sepanjang kitaran hayat, keperluan asas pembuat kereta untuk kadar kegagalan semikonduktor automotif ialah PPM satu digit (satu bahagian per juta). Kebanyakan pembuat kereta memerlukannya berada pada tahap PPB (bahagian per bilion), hampir mencapai toleransi sifar untuk kegagalan.

3.2. Proses reka bentuk, pembuatan dan pembungkusan IGBT gred automotif adalah sukar

Reka bentuk IGBT gred automotif mesti memastikan keseimbangan antara hidup dan mati, rintangan litar pintas dan penurunan voltan konduksi, dan pengoptimuman parameter adalah sangat istimewa dan kompleks. Cip IGBT gred automotif biasanya berfungsi dalam persekitaran arus tinggi, voltan tinggi dan frekuensi tinggi. Reka bentuk cip perlu memastikan bahawa hidup dan mati, rintangan litar pintas dan penurunan voltan konduksi (kawalan haba) berada dalam keadaan seimbang. Reka bentuk cip dan pelarasan serta pengoptimuman parameter adalah sangat istimewa dan rumit.

Kesukaran utama dalam proses reka bentuk cip ialah:

(1) Reka bentuk terminal mesti memastikan kebolehpercayaan yang tinggi sambil mencapai saiz kecil dan voltan tahan tinggi;

(2) Reka bentuk sel mesti mencapai ketumpatan arus yang tinggi sambil memastikan kawasan kerja yang luas dan selamat, yang memerlukan keupayaan pelesapan haba yang sangat tinggi;

(3) Reka bentuk sel mesti mencapai ketumpatan arus yang tinggi sambil memastikan keupayaan litar pintas yang mencukupi;

Proses pengeluarannya sukar: kepingan mudah pecah, dan takat lebur logam hadapan adalah terhad, menjadikannya sukar untuk mengawal suhu penyepuhlindapan. Apabila IGBT dihidupkan, ia boleh dianggap sebagai dawai, dan arus mengalir secara menegak melalui IGBT dari atas ke bawah sehingga ia sampai ke motor pemacu.

1) Semakin nipis cip, semakin kecil rintangan haba, tetapi ia mudah pecah. Proses penipisan: Semakin nipis cip, semakin pendek laluan arus mengalir, dan tenaga yang hilang pada cip akan berkurangan sewajarnya, dan hayat bateri kenderaan akan lebih lama. Pada akhir tahun 2018, BYD mengumumkan bahawa ia boleh menipiskan wafer kepada 120μm, manakala cip IGBT Infineon boleh dinipiskan kepada serendah 40μm. Pemprosesan seterusnya pada wafer dan cip dengan ketebalan ini sangat sukar dari segi teknikal dan mudah pecah.

2) Proses bahagian belakang mesti dijalankan pada suhu rendah, jika tidak, ia akan mudah menyebabkan logam bahagian depan cair. Proses bahagian belakang: termasuk implantasi ion bahagian belakang, pengaktifan penyepuhlindapan, pengmetalan bahagian belakang dan langkah proses lain. Disebabkan oleh had takat lebur logam hadapan dan penipisan cip IGBT yang berterusan, proses bahagian belakang ini mesti dilakukan pada suhu rendah (tidak melebihi 450°C), jika tidak, ia akan mudah menyebabkan pencairan logam hadapan dan pengaktifan penyepuhlindapan yang sangat sukar.

Halangan teknikal terhadap kimpalan dan pengikatan pembungkusan modul IGBT adalah tinggi. IGBT automotif kebanyakannya digunakan dalam bentuk modul. Struktur pembungkusan modul adalah untuk membungkus peranti semikonduktor diskret ke dalam modul melalui beberapa kaedah bersepadu. Modul IGBT biasanya perlu melalui sejumlah sembilan proses iaitu menampal, kimpalan, pembersihan plasma, pengesanan sinar-X, pengikatan, pengisian & pengawetan gam, pengacuan, pengujian dan penandaan sebelum ia boleh dipasarkan. Antaranya, kimpalan dan pengikatan adalah aspek yang paling sukar dalam teknologi pembungkusan modul.

(1) Kimpalan: Parameter proses interkoneksi tampalan sintered perak suhu rendah terkini sukar dikuasai, dan kos bahan dan peralatan adalah tinggi, yang telah menjadi penghalang kepada kemasukan. Pada masa ini, teknologi kimpalan arus perdana adalah pematerian. Tetapi teknologi ini menghasilkan keputusan yang kurang konsisten dan boleh dipercayai. Untuk tujuan ini, proses interkoneksi tampalan sintered perak suhu rendah telah dibangunkan. Lapisan pematerian proses ini mempunyai kelebihan kekonduksian terma yang tinggi, kekonduksian elektrik yang tinggi, dan kebolehpercayaan yang tinggi. Walau bagaimanapun, teknologi ini sangat sukar. Penetapan parameter proses, kos pembelian peralatan yang tinggi, dan kos serbuk perak yang tinggi yang digunakan dalam pengeluaran telah menjadi penghalang yang menyekat pengeluar daripada menggunakan teknologi ini. Pada masa ini, hanya syarikat maju yang diwakili oleh Infineon dan Mitsubishi yang telah menggunakan sintering perak suhu rendah untuk kimpalan pada beberapa modul IGBT berprestasi tinggi mereka.

(2) Ikatan: Ia mempunyai kesukaran proses yang tinggi. Pada masa ini, wayar ikatan yang biasa digunakan untuk sambungan permukaan cip dalaman modul IGBT ialah wayar aluminium dan wayar kuprum. Wayar kuprum mempunyai kerintangan yang rendah, kekonduksian terma yang tinggi dan pekali pengembangan yang rendah, menjadikannya lebih sesuai untuk modul automotif dengan ketumpatan kuasa yang tinggi dan pelesapan haba yang cekap. Walau bagaimanapun, kesukaran proses ikatan wayar kuprum ialah ia memerlukan rawatan penglogaman kuprum pada permukaan cip dan memerlukan tenaga ultrasonik yang lebih tinggi, yang berkemungkinan akan merosakkan cip IGBT itu sendiri. 1) Kuprum mempunyai afiniti oksigen yang kuat dan memerlukan pengedap yang ketat dan operasi yang pantas. Wayar kuprum akan teroksida dengan segera apabila ia bersentuhan dengan udara. Pada prinsipnya, pembungkusan boleh disiapkan dalam masa 48 jam selepas dibuka. Wayar kuprum teroksida lebih keras, sukar untuk diikat, dan mudah untuk sambungan pateri jatuh atau mempunyai kekuatan tegangan yang rendah. 2) Semasa proses ikatan, aliran gas lengai pelindung sukar dikawal. Untuk mengurangkan tahap pengoksidaan kuprum, gas pelindung perlu ditambah ke kawasan pemanasan cip yang mudah teroksida. Aliran yang terlalu banyak akan menjejaskan suhu pemanasan, dan aliran yang terlalu kecil akan melemahkan kesan perlindungan. 3) Keperluan bahan untuk membuat lekapan kimpalan tekanan adalah ketat. Permukaan lekapan mestilah licin untuk memastikan pembawa dan pin tidak longgar, jika tidak, ia akan secara langsung menjejaskan beberapa masalah wayar kimpalan seperti pembakaran bola yang lemah, wayar pendek, dan wayar melengkung semasa proses kimpalan produk. 4) Tetapan parameter peralatan ikatan mesti mempertimbangkan secara menyeluruh faktor-faktor seperti daya kimpalan, kuasa siap sedia, dan kemungkinan kawah, yang sukar untuk diseimbangkan dan dikawal. Masalah dengan sebarang langkah akan mengakibatkan kegagalan ikatan.

3.3. Kelebihan penggerak pertama yang jelas: kitaran pensijilan yang panjang dan kos penggantian yang tinggi

Disebabkan keperluan kebolehpercayaan IGBT automotif yang tinggi, kitaran pensijilannya adalah panjang dan kos penggantiannya tinggi. Syarikat-syarikat Pioneer mempunyai kelebihan penggerak pertama yang jelas.

1) Pensijilan adalah ketat dan kitaran masa yang panjang. Peranti atau modul diskret IGBT mesti memenuhi piawaian kebolehpercayaan AECQ100 (IC)/101 (peranti diskret), piawaian pengurusan kualiti ISO/TS1649 dan piawaian keselamatan fungsian ISO26262ASILB (D) sebelum ia layak memasuki rantaian bekalan pengeluar automobil peringkat pertama. Kitaran pensijilan biasanya sekurang-kurangnya 2 tahun.

2) Kos penggantian yang tinggi. Modul IGBT merupakan komponen utama dalam produk hiliran, yang bertanggungjawab untuk mengawal selia voltan, arus, frekuensi, fasa, dan sebagainya dalam litar. Prestasi, kestabilan dan kebolehpercayaannya adalah penting kepada pelanggan hiliran. Pelanggan cenderung berhati-hati tentang pembekal IGBT baharu. Mereka bukan sahaja menilai secara komprehensif kekuatan pembekal secara teori, tetapi juga membuat keputusan pembelian dalam jumlah besar selepas ujian produk individu, ujian mesin yang lengkap, pelbagai percubaan kelompok kecil, dan sebagainya. Kos penggantian adalah tinggi dan kitaran membuat keputusan pembelian adalah panjang.

3) Perniagaan IGBT memerlukan pengumpulan pengalaman jangka panjang untuk mencapai tahap pengetahuan yang baik. Cip IGBT dan cip diod pemulihan pantas merupakan pautan utama dalam modul IGBT. Ia mempunyai banyak langkah pengeluaran dan menggunakan banyak peralatan pengeluaran. Organisasi pengeluaran, kawalan, penyahpepijatan peralatan dan kerja-kerja lain adalah rumit. Contohnya, pemilihan dan pemprosesan bahan pelesapan haba, tahap penipisan, kepekatan, kuantiti dan kelajuan dua suntikan ion fosforus, kawalan suhu proses bahagian belakang dan peralatan dalam setiap pautan, semuanya memerlukan pengalaman berkaitan jangka panjang untuk menguasai reka bentuk cip dan proses pengeluaran.

Aplikasi kenderaan tenaga baharu sering memerlukan pengeluaran besar-besaran modul IGBT dengan kebolehpercayaan dan kestabilan yang tinggi. Ia memerlukan tempoh pengumpulan pengalaman yang panjang untuk memahami ciri-ciri peralatan dan bahan serta menguasai proses pengeluaran. Mengambil proses tampalan sebagai contoh, ia melibatkan penentuan kedudukan cip, pekali pengembangan haba dan ciri-ciri bahan yang berbeza, penetapan lengkung aliran semula relau aliran semula dan parameter lain. Proses pengeluaran ini memerlukan eksperimen penyelidikan dan pembangunan jangka panjang untuk mencari penyelesaian yang sesuai.

4) Halangan kewangan yang tinggi. Industri IGBT merupakan industri yang berintensifkan modal. Rantaian perindustrian merangkumi reka bentuk cip, pembuatan cip, pembuatan modul dan pengujian. Peralatan pengeluaran dan pengujiannya pada asasnya perlu diimport, dan kos peralatannya tinggi. Pada masa yang sama, penyelidikan dan pembangunan produk serta pembangunan pasaran mengambil masa yang lama. Di samping itu, permintaan modal kerja untuk syarikat pembuatan IGBT juga besar. Peserta baharu sering menghadapi pelaburan yang besar dan output yang rendah pada peringkat awal. Mereka memerlukan sokongan kewangan yang kukuh untuk meneruskan penyelidikan dan pembangunan produk, pengeluaran dan jualan.

Secara keseluruhannya, walaupun syarikat baharu menghasilkan produk IGBT, ia akan mengambil masa yang lama untuk memenangi pengiktirafan pelanggan dan mencapai tahap pengetahuan yang baik. Pada masa yang sama, ia juga akan menghadapi kesukaran pelaburan modal besar jangka panjang dan pembangunan pasaran. Syarikat penggerak pertama mempunyai kelebihan penggerak pertama yang jelas.

  4  Landskap persaingan industri IGBT automotif adalah sangat baik, tetapi kadar penyetempatan masih rendah

Landskap persaingan adalah tertumpu, dengan jumlah bahagian CR4 ialah 81%; walau bagaimanapun, kadar penyetempatan adalah rendah, dengan hanya tiga syarikat domestik dalam senarai pendek TOP10. Menurut statistik Omdia 2019, sepuluh pembekal modul IGBT global teratas menyumbang 75.6% daripada bahagian pasaran. Struktur pasaran adalah tertumpu dan corak persaingan adalah baik.

Menurut data NE Times, sejumlah 1.08 juta set modul IGBT automotif telah dipasang di China pada tahun 2019, di mana Infineon memegang 58.2% bahagian dengan 628,000 set, mendahului pasaran. BYD Microelectronics menduduki tempat kedua, dengan sejumlah 194,000 unit dipasang, menyumbang 18%. Mitsubishi Electric dan Semikron masing-masing menduduki tempat ketiga dan keempat, dengan bahagian sebanyak 5.2% dan 3%. Star Semiconductor menduduki tempat kelima, dengan bahagian sebanyak 1.6%. Satu lagi pengeluar domestik, CRRC Times Electric, menduduki tempat kesembilan, dengan bahagian sebanyak 0.8%. Pada tahun 2019, empat pengeluar teratas modul IGBT kenderaan tenaga baharu mempunyai gabungan bahagian sebanyak 81.4%, menunjukkan corak oligopoli. Antara pengeluar domestik, hanya tiga syarikat, BYD Microelectronics, Star Semiconductor dan CRRC Times Electric, adalah antara 10 teratas dari segi bahagian pasaran, menyumbang 20.4%, dengan kadar penyetempatan yang rendah.

Dari perspektif liputan voltan, liputan rangkaian produk IGBT perusahaan domestik semakin lengkap. Pengilang domestik Star Semiconductor kini mempunyai salah satu rangkaian produk modul IGBT yang paling komprehensif di negara ini, meliputi pelbagai bidang aplikasi daripada voltan tinggi (3300V) hingga voltan sederhana dan rendah (600V); CRRC Times Electric terutamanya memberi tumpuan kepada kereta api berkelajuan tinggi, kereta api berkelajuan tinggi dan subbahagian lain, dan kini mempunyai daya saing tertentu terutamanya dalam bidang voltan tinggi melebihi 4500V.

Produk Infineon meliputi sepenuhnya bidang aplikasi hiliran bagi semua tahap voltan, manakala ABB terutamanya menyasarkan produk voltan tinggi dan tahap voltan tertinggi. Secara keseluruhan, produk IGBT perusahaan yang dibiayai dalam negeri meliputi seluruh pasaran daripada voltan rendah hingga voltan tinggi, dan susun atur dalam bidang voltan rendah agak lengkap. Walau bagaimanapun, berbanding dengan pengeluar asing, peranti diskret kuasa negara saya masih perlu diperkukuhkan dalam bidang voltan tinggi.

  5    Pelbagai faktor mempercepat penggantian domestik dan menggalakkan peningkatan saham

Apabila geseran perdagangan semakin meningkat, keperluan untuk semikonduktor autonomi dan boleh dikawal menjadi semakin mendesak. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, geseran perdagangan Sino-AS telah menunjukkan trend yang semakin meningkat.

Pada Mac 2016 dan April 2018, ZTE telah dua kali dimasukkan ke dalam "Senarai Entiti" AS. Pada 15 Mei 2019, Huawei telah dimasukkan ke dalam "Senarai Entiti" dan dilarang daripada menjalankan kerjasama perniagaan dengan syarikat AS atau membeli peralatan telekomunikasi daripada mereka. Terjejas oleh perkara ini, Google telah berhenti menyediakan perkhidmatan kepada Huawei.

Pada 15 Mei 2020, Amerika Syarikat sekali lagi mengeluarkan larangan baharu terhadap Huawei, yang mewajibkan cip yang dihasilkan menggunakan teknologi dan peralatan Amerika diluluskan oleh Amerika Syarikat sebelum ia boleh dijual kepada Huawei. Pada 17 Ogos 2020, 38 anak syarikat Huawei telah dimasukkan ke dalam senarai entiti tersebut, dan larangan tersebut telah dilaksanakan sepenuhnya pada 15 September tahun yang sama.

Pada Disember 2020, SMIC telah dimasukkan ke dalam senarai syarikat berkaitan ketenteraan China oleh Amerika Syarikat. Dalam konteks sekatan teknologi Amerika Syarikat yang semakin ketat terhadap China, China menghadapi risiko pergeseran perdagangan yang semakin sengit, gangguan bekalan dan kerjasama antarabangsa yang lemah. Adalah semakin mendesak untuk mewujudkan rantaian bekalan semikonduktor yang bebas dan terkawal serta mempercepatkan penggantian domestik.

China telah menjadi pasaran pengguna automobil terbesar di dunia, memberikan peluang pembangunan yang baik untuk IGBT automotif. Pada tahun 2019, jualan kereta baharu China mencecah 25.75 juta unit, menyumbang kira-kira 28.5% daripada jualan kereta baharu global, menjadikannya pasaran pengguna automobil terbesar di dunia. Walaupun pemilikan kereta negara saya semasa melebihi 260 juta, pemilikan kereta per kapita masih jauh di belakang negara maju.

Menurut data daripada Bank Dunia, pemilikan kereta per kapita negara saya pada tahun 2019 ialah 0.173; di Amerika Syarikat, ia adalah 0.837, 4.8 kali ganda daripada China; di Jepun, ia adalah 0.591, iaitu 3.4 kali ganda daripada China. Dijangkakan jualan kereta China akan terus meningkat pada masa hadapan. Pasaran pengguna automobil yang luas menyediakan ruang yang luas untuk pembangunan syarikat IGBT negara saya dan meletakkan asas yang baik untuk pembangunan.

Bahagian pengeluar tenaga baharu domestik telah meningkat, mempercepatkan penggantian IGBT yang dihasilkan di dalam negara. Dari segi kenderaan bahan api, disebabkan oleh permulaannya yang lewat, daya saing negara saya dalam industri kenderaan bahan api tradisional adalah lemah. Dalam tiga suku pertama tahun 2020, jualan kenderaan penumpang negara saya adalah 13.38 juta unit, di mana jualan kenderaan penumpang jenama Cina hanya menyumbang kira-kira 36%. Dalam industri kenderaan tenaga baharu, negara saya sedang merebut susun atur dan telah mewujudkan kelebihan teknologi dan pasaran yang besar.

Dalam tiga suku pertama tahun 2020, kenderaan penumpang tenaga baharu China telah menjual 620,000 unit, di mana jenama bebas/pasukan pembuat kereta baharu/usaha sama asing masing-masing menyumbang 55%, 15%, dan 30%. Pengilang domestik menyumbang sejumlah 70%, yang jauh lebih tinggi daripada kenderaan bahan api tradisional. Pada masa hadapan, apabila kadar penembusan kenderaan tenaga baharu meningkat secara beransur-ansur, dijangkakan bahagian pasaran pengeluar automobil domestik juga akan meningkat, membawa kepada pemotongan di selekoh. Dalam konteks pergeseran perdagangan yang semakin sengit, pengeluar tenaga baharu domestik dijangka menggunakan lebih banyak IGBT domestik disebabkan oleh kebimbangan keselamatan rantaian bekalan, memacu peningkatan bahagian IGBT domestik.

Pengeluar domestik mempunyai kelebihan keberkesanan kos dan tindak balas yang cepat, yang selaras dengan trend pengurangan kos dan peningkatan kecekapan kenderaan tenaga baharu. Berbanding pesaing asing, pengeluar IGBT domestik mempunyai kos komunikasi yang rendah dengan pengeluar automobil, penghantaran yang cepat, keupayaan perkhidmatan yang kukuh, dan keupayaan untuk bertindak balas dengan cepat terhadap keperluan pelanggan hiliran, memberikan mereka kelebihan tindak balas yang cepat. Di samping itu, pengeluar semikonduktor kuasa domestik juga mempunyai kelebihan prestasi kos yang tinggi dan kos logistik dan buruh yang rendah, yang memenuhi keperluan pengeluar kenderaan tenaga baharu untuk mengurangkan kos dan meningkatkan kecekapan apabila mereka meningkatkan penembusan dan bahagian pasaran.

Dasar dan dana menyokong pembangunan industri IGBT domestik. IGBT mempunyai pasaran domestik dan antarabangsa yang besar, dan memainkan peranan yang tidak tergantikan dan penting dalam penaiktarafan struktur perindustrian, pemuliharaan tenaga dan pengurangan pelepasan, tenaga baharu dan bidang lain. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, negara telah melancarkan beberapa dasar untuk menyokong pembangunan industri semikonduktor, termasuk IGBT, dari aspek pembangunan perindustrian, penyelidikan dan pembangunan, serta pelaburan fiskal dan cukai.

Pada Ogos 2020, Majlis Negeri telah mengeluarkan "Beberapa Dasar untuk Menggalakkan Pembangunan Berkualiti Tinggi Industri Litar Bersepadu dan Industri Perisian dalam Era Baharu" untuk menyokong secara komprehensif pembangunan industri semikonduktor daripada kewangan dan percukaian, pelaburan dan pembiayaan, penyelidikan dan pembangunan, dsb. Sokongan dasar yang komprehensif akan menjadi rangsangan yang berkesan kepada pembangunan pesat industri IGBT.

Di samping itu, negeri ini juga menyediakan sokongan aktif di peringkat kewangan. Fasa pertama dan kedua Dana Industri Litar Bersepadu Kebangsaan (dirujuk sebagai Dana Besar) juga ditubuhkan pada tahun 2014 dan 2019. Fasa pertama Dana Besar telah mengumpul 138.7 bilion yuan, dan fasa kedua Dana Besar mempunyai modal berdaftar sebanyak 204.15 bilion yuan.

Menurut statistik daripada Jiwei.com, bidang pelaburan fasa pertama dana besar termasuk: pembuatan litar bersepadu 67%, reka bentuk 17%, pembungkusan dan pengujian 10%, dan bahan peralatan 6%. Didorong oleh pelaburan dana besar dan modal sosial yang mereka manfaatkan, industri litar bersepadu, termasuk IGBT, telah mencapai pembangunan yang baik.

Secara ringkasnya, dijangkakan bahawa penggantian domestik IGBT automotif akan dipercepatkan, membantu pengeluar domestik meningkatkan bahagian mereka. Pertama: negara saya merupakan pasaran pengguna automotif terbesar di dunia, dan permintaan pengguna automotif akan terus meningkat pada masa hadapan, memberikan peluang yang baik untuk pembangunan pengeluar IGBT automotif domestik. Kedua: Pergeseran perdagangan telah meningkat, dan keperluan untuk semikonduktor autonomi dan boleh dikawal menjadi semakin mendesak. Ketiga: Pengeluar domestik dalam industri kenderaan tenaga baharu menerajui dalam meletakkan kelebihan penggerak pertama dan dijangka mencapai pemotongan di selekoh. Memandangkan bahagian syarikat kenderaan tenaga baharu domestik meningkat dan disebabkan oleh pertimbangan keselamatan rantaian bekalan, dijangkakan lebih ramai pengeluar semikonduktor domestik akan cenderung menggunakan produk, dan bahagian IGBT domestik dijangka meningkat. Keempat: Pengeluar IGBT domestik mempunyai kelebihan perkhidmatan tempatan seperti prestasi kos tinggi dan kelajuan tindak balas yang pantas, yang memenuhi keperluan kenderaan tenaga baharu untuk mengurangkan kos dan meningkatkan kecekapan, dan dijangka meningkatkan bahagian pasaran dalam persaingan masa hadapan. Kelima: Dasar dan dana negara menyokong pembangunan industri IGBT. Berdasarkan analisis di atas, kami percaya bahawa proses penggantian domestik IGBT automotif akan mempercepatkan dan mencapai peningkatan dalam bahagian.

Selain meningkatkan bahagian mereka, pengeluar IGBT domestik juga akan mendapat manfaat sepenuhnya daripada pertumbuhan pesat ruang pasaran IGBT automotif domestik. Menurut pengiraan kami, pasaran IGBT kenderaan tenaga baharu China dijangka mencecah 17.7 bilion yuan pada tahun 2025, dengan kadar pertumbuhan kompaun sebanyak 43.45%. Ruang pasaran IGBT longgokan pengecas kenderaan tenaga baharu China akan mencecah 14.7 bilion yuan pada tahun 2025, dengan kadar pertumbuhan kompaun sebanyak 43.45%.

Pasaran IGBT untuk kenderaan tenaga baharu di China dijangka mencecah 17.7 bilion yuan pada tahun 2025, iaitu 6 kali ganda daripada tahun 2020, dengan kadar pertumbuhan kompaun sebanyak 43.45%. Menurut data daripada Persatuan Automobil China, jualan automobil China akan mencecah 25.3 juta kenderaan pada tahun 2020. Dijangkakan jualan automobil China akan mencecah 30 juta kenderaan menjelang 2025, di mana jualan kenderaan tenaga baharu China akan mencecah 1.32 juta unit pada tahun 2020, dan kadar penembusan kenderaan tenaga baharu ialah 5.22%.

Jika kadar penembusan kenderaan tenaga baharu China pada tahun 2025 dapat mencapai 20% yang dicadangkan dalam "Pelan Pembangunan Industri Kenderaan Tenaga Baharu (2021-2035)", jualan kenderaan tenaga baharu China pada tahun 2025 akan meningkat daripada 1.32 juta unit pada tahun 2020 kepada 6 juta unit pada tahun 2025. Mengikut nilai basikal semikonduktor kuasa kenderaan tenaga baharu yang kami kira di atas, dijangkakan pasaran semikonduktor kuasa kenderaan tenaga baharu China akan mencapai 17.7 bilion yuan pada tahun 2025, iaitu 6 kali ganda daripada tahun 2020, dengan kadar pertumbuhan kompaun sebanyak 43.45%.

Dianggarkan bahawa pasaran IGBT China untuk kenderaan tenaga baharu akan mencecah 14.7 bilion yuan pada tahun 2025, dengan kadar pertumbuhan kompaun sebanyak 43.45%, dan IGBT akan mendapat manfaat paling banyak. Menurut data Yole, saiz pasaran IGBT kenderaan tenaga baharu global ialah US$600 juta pada tahun 2019. Data EVSalesBlog mengumumkan bahawa jualan global kenderaan elektrik hibrid pasang masuk dan kenderaan elektrik bateri tulen pada tahun 2019 adalah kira-kira 2.2 juta. Daripada ini, boleh dikira bahawa nilai purata basikal IGBT ialah US$273 (menyumbang 83% daripada nilai semikonduktor kuasa basikal)), yang terjejas oleh faundri wafer ketat, dan dengan mengambil kira kapasiti pengeluaran faundri wafer semikonduktor global ketat semasa, dijangkakan harga semikonduktor kuasa kenderaan tenaga baharu akan kekal pada tahap yang tinggi tahun ini, dan nilai basikal pada masa hadapan akan meningkat secara beransur-ansur dengan trend elektrifikasi dan peningkatan penembusan dwi-motor. Didarabkan dengan jualan kenderaan tenaga baharu negara saya sebanyak 6 juta unit pada tahun 2025, saiz pasaran IGBT kenderaan tenaga baharu China dijangka berkembang daripada kira-kira 2.4 bilion pada tahun 2020 kepada 14.7 bilion pada tahun 2025, dengan kadar pertumbuhan kompaun sebanyak 43.45%.

Dijangkakan ruang pasaran IGBT longgokan pengecasan kenderaan tenaga baharu China akan mencecah 10.9 bilion yuan pada tahun 2025, dengan kadar pertumbuhan kompaun sebanyak 35%. Pada masa ini, kitaran pelupusan kenderaan tenaga baharu adalah antara 8 dan 10 tahun. Menurut pengiraan jualan kenderaan tenaga baharu pada setiap tahun yang dinyatakan di atas, dijangkakan bilangan kenderaan tenaga baharu akan mencecah 22.46 juta pada tahun 2025.

Dengan kemajuan infrastruktur baharu, dengan mengandaikan secara konservatif bahawa nisbah kenderaan kepada cerucuk akan meningkat kepada 2:1 menjelang 2025, dapat dikira bahawa bilangan cerucuk pengecasan pada tahun 2025 akan menjadi kira-kira 11.23 juta. Memandangkan dasar infrastruktur baharu memberi tumpuan kepada pembinaan cerucuk pengecasan awam, perkadaran cerucuk pengecasan awam dijangka meningkat daripada 48% pada tahun 2020 kepada 50% pada tahun 2025. Di samping itu, disebabkan oleh peningkatan permintaan untuk pengecasan pantas, perkadaran cerucuk pengecasan DC dalam cerucuk pengecasan awam dijangka meningkat daripada 38% pada tahun 2020 kepada 50% pada tahun 2025.

Menurut data pengumuman pembidaan projek cerucuk kenderaan pengecas State Grid selama ini, kami mengira bahawa harga purata watt tunggal bagi cerucuk pengecasan DC awam 60Kw, kuasa pembidaan utama, menurun daripada 1.15 yuan/W pada tahun 2017 kepada 0.9 yuan pada tahun 2019. /W (harga mesin tunggal menurun daripada 69,000 yuan pada tahun 2017 kepada 54,000 yuan pada tahun 2019); harga purata mesin tunggal di cerucuk pengecasan AC awam menurun daripada 9,500 yuan pada tahun 2017 kepada 5,400 yuan pada tahun 2019.

Berdasarkan kajian kami tentang harga cerucuk pengecasan persendirian pengeluar kenderaan tenaga baharu arus perdana di pasaran, kami mengira bahawa harga cerucuk pengecasan persendirian menurun daripada 12,700 yuan/unit pada tahun 2017 kepada 7,800 yuan/unit pada tahun 2020. Dengan mengira bahawa IGBT menyumbang kira-kira 20% daripada kos cerucuk pengecasan, dijangkakan saiz pasaran IGBT domestik untuk cerucuk pengecasan akan mencapai 10.9 bilion yuan pada tahun 2025, peningkatan sebanyak 3.4 kali ganda daripada 2.5 bilion yuan pada tahun 2020, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 34.5%.

  6    Kapasiti pengeluaran yang ketat sukar dikurangkan dalam jangka pendek, dan ledakan semikonduktor kuasa terus meningkat.

Kapasiti pengeluaran 8 inci adalah terhad dan kilang faundri telah mencapai kapasiti penuh. Pada tahun 2020, pengkomersialan 5G dan "ekonomi duduk di rumah" yang disebabkan oleh wabak telah mempercepatkan transformasi digital masyarakat. Pasaran untuk peralatan terminal seperti automobil, peralatan rumah dan peranti digital terus pulih, sekali gus meningkatkan pertumbuhan permintaan semikonduktor dengan ketara.

Di samping itu, wabak di Eropah dan Amerika Syarikat masih belum dikawal sepenuhnya, dan faktor-faktor seperti prospek hubungan perdagangan Sino-AS yang tidak menentu telah mendorong pengeluar cip untuk meningkatkan inventori keselamatan. Resonans pelbagai faktor telah menyebabkan bekalan kapasiti pengeluaran faundri wafer melebihi permintaan, dan kapasiti pengeluaran 8 inci pengeluar faundri wafer utama hampir mencapai kapasiti penuh. Syarikat paling maju di dunia, kadar penggunaan kapasiti Huahong Hongli pada 2020Q3 melebihi 100%, dan kadar penggunaan kapasiti UMC dan SMIC juga berada pada tahap tinggi iaitu 95%.

Masa untuk kapasiti pengeluaran wafer baharu global mencapai pengeluaran penuh terutamanya tertumpu pada tahun 2023-2025, dan sukar untuk menyelesaikan kapasiti pengeluaran yang ketat dalam jangka pendek. Dari perspektif kapasiti pengeluaran global, menurut data ICInsights, dijangkakan kapasiti pengeluaran wafer baharu dunia (bersamaan 8 inci) akan menjadi kira-kira 17.9 juta keping pada tahun 2020, dan 20.8 juta keping akan ditambah pada tahun 2021. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh pembelian peralatan, penyahpepijatan, pengesahan pelanggan dan sebab-sebab lain, tempoh peningkatan kapasiti pengeluaran kilang pembuatan wafer agak panjang, biasanya sekitar 3-5 tahun. Bahagian kapasiti pengeluaran baharu ini dijangka mencapai pengeluaran penuh pada tahun 2023-2025, menjadikannya sukar untuk menyelesaikan kapasiti pengeluaran yang ketat dalam jangka pendek.

Kapasiti pembuatan semikonduktor domestik yang sedang dibina adalah bersamaan dengan kira-kira 27.96 juta keping 8 inci setahun, yang kebanyakannya akan dikeluarkan pada tahun 2022. Walau bagaimanapun, memandangkan masih terdapat tempoh peningkatan pengeluaran yang panjang selepas barisan pengeluaran baharu dikeluarkan, adalah sukar untuk mengurangkan kapasiti pengeluaran yang ketat dalam jangka pendek. Menurut statistik kami yang tidak lengkap, kapasiti pembuatan semikonduktor domestik semasa adalah kira-kira 2.88 juta keping/bulan (bersamaan dengan wafer 8 inci, termasuk wafer berasaskan silikon dan wafer berasaskan semikonduktor majmuk), dan jumlah kapasiti pembuatan semikonduktor domestik yang sedang dibina adalah kira-kira 2.33 juta keping/bulan (27.96 juta keping/tahun). Kebanyakan barisan pengeluaran baharu akan dikeluarkan pada tahun 2022. Walau bagaimanapun, memandangkan masih terdapat tempoh peningkatan kapasiti pengeluaran selama 3-5 tahun selepas barisan pengeluaran baharu dikeluarkan, pengeluaran penuh tidak dapat dicapai dengan cepat. Dijangkakan bahawa kekurangan kapasiti pengeluaran masih sukar untuk dikurangkan dalam jangka pendek.

Dianggarkan bahawa menjelang 2025, bilangan wafer 8 inci yang diperlukan untuk modul IGBT gred automotif global akan menjadi 1.69 juta, peningkatan sebanyak 5.4 kali ganda berbanding tahun 2020. Pada masa ini, terdapat dua jenis kenderaan elektrik di pasaran: motor tunggal dan motor dua. Pada masa ini, kenderaan tenaga baharu arus perdana menggunakan konfigurasi motor tunggal. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan teknologi pembuatan kenderaan tenaga baharu pada masa hadapan, kadar penembusan kenderaan tenaga baharu motor dua yang dapat memberikan kenderaan prestasi yang lebih tinggi akan meningkat.

Dalam kenderaan tenaga baharu, setiap motor menggunakan penyongsang, dan setiap penyongsang menggunakan modul IGBT. Memandangkan prestasi cemerlang motor berkembar, kami mengandaikan bahawa kadar penembusannya akan mencapai 20% pada tahun 2025. Boleh dianggarkan bahawa pada tahun 2025, dunia perlu memasang modul IGBT untuk 12 juta kenderaan elektrik dan 14.4 juta motor. Pada masa ini, 10-18 cip IGBT dibungkus dalam satu modul IGBT gred automotif (bilangan cip berbeza-beza disebabkan oleh tahap voltan modul IGBT yang berbeza). Dengan mengira purata 15,216 juta cip IGBT diperlukan. Berdasarkan pengiraan bahawa setiap wafer 8 inci boleh memotong kira-kira 128 cip IGBT, dijangkakan permintaan global untuk wafer 8 inci untuk modul IGBT gred automotif sahaja akan mencapai 1.69 juta keping pada tahun 2025, peningkatan sebanyak 5.4 kali ganda berbanding tahun 2020.

Peningkatan harga wafer telah dipindahkan ke bahagian hiliran rantaian perindustrian, dan ledakan semikonduktor terus meningkat. Permintaan terminal terus berkembang, kapasiti pengeluaran faundri sedia ada sudah mencapai kapasiti penuh, dan kapasiti pengeluaran baharu tidak dapat ditingkatkan dengan cepat dalam jangka pendek. Percanggahan antara penawaran dan permintaan telah menyebabkan peningkatan harga faundri wafer.

TSMC telah membatalkan diskaun 3% untuk faundri wafer 12 inci untuk pelanggan utama. UMC telah menaikkan harga faundri wafer 8 inci secara berturut-turut dan diikuti dengan menaikkan harga faundri wafer 12 inci. Peningkatan harga faundri serta-merta disampaikan kepada pengeluar di bahagian bawah rantaian industri, dengan kebanyakan pengeluar menaikkan harga mereka lebih daripada 10%. Antaranya, Renesas Electronics mengumumkan bahawa harga beberapa produk analog dan kuasa akan meningkat sebanyak 15% hingga 100%. Dengan mendapat manfaat daripada kenaikan harga produk, syarikat seperti Infineon telah melanjutkan masa penghantaran produk. Dijangkakan kemakmuran rantaian industri semikonduktor akan terus meningkat.

Penafian: Artikel ini diterbitkan semula daripada "Future Think Tank", yang menyokong perlindungan hak harta intelek. Sila nyatakan sumber asal dan pengarang semasa mencetak semula. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.