De markt voor vermogenshalfgeleiders in de automobielindustrie zal in 5 jaar tijd bijna 7 keer zoveel ruimte innemen, waarbij IGBT's het meest zullen profiteren.

Gedreven door beleidsondersteuning en de focus op energiebesparing en emissiereductie, neemt de penetratie van elektrische voertuigen snel toe. Naar verwachting zal het penetratiepercentage van elektrische voertuigen in Nederland in 2025 20% bereiken en in de EU 40% in 2030. De trend van elektrificatie in de auto-industrie heeft de waarde van vermogenshalfgeleiders in auto's aanzienlijk verhoogd. Volgens statistieken van Infineon zal de gemiddelde verkoopprijs (ASP) van vermogenshalfgeleiders significant stijgen van 71 dollar voor traditionele brandstofvoertuigen naar 330 dollar voor volledig plug-in hybride/volledig elektrische voertuigen, wat 4.6 keer zo hoog is als voor traditionele brandstofvoertuigen. Volgens onze berekeningen zal de wereldwijde markt voor vermogenshalfgeleiders in de automobielindustrie naar verwachting 8 miljard dollar bereiken in 2025. De wereldwijde markt voor vermogenshalfgeleiders in elektrische voertuigen zal in 2025 5.3 miljard dollar bedragen, 7.3 keer zoveel als in 2020, met een samengestelde jaarlijkse groei van 48.8%. De komende tien jaar zal de IGBT-markt voor laadpalen van elektrische voertuigen in China, de Verenigde Staten en Europa een groei van 9.4 miljard dollar laten zien. Momenteel worden IGBT's en MOSFET's voornamelijk gebruikt in vermogenshalfgeleiders voor de automobielindustrie. De IGBT is de kerncomponent van de hoofdomvormer van het elektrische aandrijfsysteem in elektrische voertuigen en kan worden gebruikt in hulpomvormercircuits, DC/DC-choppercircuits, OBC's (laden/omzetten), enzovoort. De waarde van één voertuig bedraagt ​​273 dollar, goed voor 83% van de gemiddelde verkoopprijs (ASP) van vermogenshalfgeleiders voor de automobielindustrie, wat een absolute meerderheid is. We voorspellen dat de wereldwijde IGBT-markt voor elektrische voertuigen in 2025 4.4 miljard dollar zal bereiken, met een samengestelde jaarlijkse groei van ongeveer 48.8%. Het is het meest veelbelovende type vermogenshalfgeleider voor de automobielindustrie in het licht van de elektrificatietrend.

De drie belangrijkste barrières – product, proces en first-mover advantage – vormen een sterke concurrentievoorsprong.

1) Productbelemmeringen: IGBT's van automobielkwaliteit moeten voldoen aan strenge eisen, zoals een lange levensduur, een laag uitvalpercentage en een hoge aardbevingsbestendigheid. Ze moeten bestand zijn tegen zware werkomstandigheden, zoals extreem hoge en lage temperaturen, stof en zout-alkali. Ze moeten bestand zijn tegen frequente stroomschommelingen als gevolg van het vaak starten en stoppen van de motor, en moeten voldoen aan zeer hoge producteisen.

2) Procesbelemmeringen: Bij het ontwerpen van IGBT's voor automobieltoepassingen is het noodzakelijk om een ​​evenwicht te vinden tussen inschakel- en uitschakelstroom, kortsluitweerstand en geleidingsspanningsval. Parameteroptimalisatie is hierbij bijzonder complex. Tijdens de productie is het dunne plaatproces gevoelig voor fragmentatie en het beperkte smeltpunt van het voorste metaal maakt het moeilijk om de gloeitemperatuur te beheersen. Bovendien zijn de technische eisen voor het lassen en verbinden van de IGBT-modulebehuizing hoog.

3) De certificeringscyclus is lang, de vervangingskosten zijn hoog en er is sprake van een ervaringscurve-effect. Het bedrijf heeft duidelijke voordelen als eerste speler op de markt.

a) IGBT's van automobielkwaliteit moeten voldoen aan betrouwbaarheidsnormen, kwaliteitsmanagementnormen en functionele veiligheidsnormen om in aanmerking te komen voor opname in de toeleveringsketen van eerstelijns autofabrikanten. De certificeringsperiode bedraagt ​​over het algemeen minimaal 2 jaar.

b) Omdat IGBT-modules essentiële onderdelen in auto's zijn, zijn fabrikanten van afgeleide producten vaak terughoudend bij het vervangen ervan vanwege veiligheids- en betrouwbaarheidsaspecten. Pas na een groot aantal verificatietests en uitgebreide beoordelingen worden beslissingen genomen over de aanschaf van grote aantallen. De vervangingskosten zijn hoog.

c) De IGBT-branche vereist het opbouwen van langdurige ervaring om een ​​goed kennisniveau te bereiken.

d) De IGBT-industrie is een kapitaalintensieve industrie, en productie- en testapparatuur moet in principe worden geïmporteerd. Daarnaast is de vraag naar werkkapitaal voor IGBT-fabrikanten ook groot. Nieuwe toetreders worden vaak geconfronteerd met grote investeringen en een lage productie in de beginfase. Ze hebben een sterke financiële basis nodig om productonderzoek en -ontwikkeling, productie en verkoop voort te zetten. Al met al hebben pionierende bedrijven in de IGBT-industrie duidelijke voordelen als eerste speler op de markt.

Het concurrentielandschap is een "hoogwaardig parcours" geworden voor groeiende sectoren, maar de huidige lokalisatiegraad is nog steeds laag.

Volgens de statistieken van Omdia uit 2019 is 76% van het wereldwijde marktaandeel voor IGBT-modules in handen van de tien grootste fabrikanten. Het marktaandeel is geconcentreerd en de concurrentie is gunstig. Wat betreft IGBT's voor de automobielindustrie, bedroeg het Chinese aandeel in CR4-modules voor elektrische voertuigen in 2019 maar liefst 81%, wat wijst op een oligopolie. Infineon staat op de eerste plaats met een marktaandeel van 58.2%, BYD op de tweede plaats met 18%, en Mitsubishi Electric en Semikron op de derde en vierde plaats. De automobiel-IGBT is een "hoogwaardig segment" geworden in de groeiende industrie, met een breed groeipotentieel en een gunstige concurrentie. Van de tien grootste Chinese fabrikanten van IGBT's voor elektrische voertuigen in 2019 waren er echter slechts drie binnenlandse fabrikanten, BYD, Star Semiconductor en CRRC Times Electric, met een gezamenlijk marktaandeel van 20.4%. Er is dus ruime ruimte voor binnenlandse substitutie.

Verschillende factoren versnellen de vervanging van binnenlandse producten, en binnenlandse fabrikanten hebben een enorm potentieel voor toekomstige ontwikkeling.

Meerdere factoren versnellen de binnenlandse substitutie: 1) China is al de grootste automarkt ter wereld en de vraag naar auto's zal in de toekomst blijven toenemen, wat goede ontwikkelingskansen biedt voor binnenlandse IGBT-fabrikanten. 2) Door de toenemende handelsconflicten wordt de behoefte aan onafhankelijke en controleerbare halfgeleiders steeds urgenter. 3) Binnenlandse fabrikanten nemen het voortouw in de ontwikkeling van elektrische voertuigen en profiteren van een voorsprong. Naarmate het aandeel van binnenlandse fabrikanten van elektrische voertuigen toeneemt, wordt verwacht dat er meer producten van binnenlandse halfgeleiderfabrikanten zullen worden gebruikt vanwege de noodzaak tot een veilige toeleveringsketen. 4) Binnenlandse IGBT-fabrikanten beschikken over lokale servicevoordelen zoals een hoge prijs-kwaliteitverhouding en een snelle responstijd, die aansluiten bij de behoeften van elektrische voertuigen om de kosten te verlagen en de efficiëntie te verhogen, en naar verwachting hun marktaandeel zullen vergroten. 5) Beleidsstimulering en financiële steun dragen bij aan de snelle ontwikkeling van de binnenlandse IGBT-industrie. Wat de binnenlandse markt betreft, verwachten onze berekeningen dat de Chinese markt voor vermogenshalfgeleiders voor elektrische voertuigen in 2025 een waarde van 17.7 miljard yuan zal bereiken, zes keer zoveel als in 2020, met een samengestelde jaarlijkse groei van maar liefst 44%. Naar verwachting zal de Chinese markt voor IGBT's voor elektrische voertuigen in 2025 14.7 miljard yuan bedragen, met een samengestelde jaarlijkse groei van circa 44%. De Chinese markt voor IGBT's voor laadpalen zal in 2025 10.9 miljard yuan bereiken, met een samengestelde jaarlijkse groei van 35%. Op basis van bovenstaande analyse zijn wij van mening dat de binnenlandse vervanging van IGBT's voor de automobielindustrie zal versnellen. Gecombineerd met het huidige lage marktaandeel en de brede groeimogelijkheden in de sector, hebben binnenlandse IGBT-fabrikanten een enorm groeipotentieel voor de toekomst.

De krappe productiecapaciteit is op korte termijn moeilijk te verlichten, en de opmars van vermogenshalfgeleiders zet zich voort.

Het commerciële gebruik van 5G en de door de pandemie veroorzaakte thuisblijfeconomie versnellen de digitale transformatie van de samenleving. De markten voor elektrische voertuigen, huishoudelijke apparaten, digitale en andere eindapparatuur trekken aan, wat de vraag naar halfgeleiders stimuleert. Daarnaast moeten halfgeleiderfabrikanten hun veiligheidsvoorraden verhogen om de veiligheid van de toeleveringsketen te waarborgen. De samenloop van meerdere factoren heeft geleid tot een krappe productiecapaciteit voor halfgeleiders. Momenteel draaien alle grote waferfabrieken op volle capaciteit. Wereldwijd voorspelt ICinsight dat de productiecapaciteit voor 8-inch wafers in 2021 met 20.8 miljoen equivalenten zal toenemen. In eigen land is de productiecapaciteit voor 8-inch wafers in aanbouw circa 27.96 miljoen wafers per jaar, waarvan het grootste deel in 2022 in productie zal gaan. Gezien de opstartperiode van ongeveer 3-5 jaar na de ingebruikname van een nieuwe productielijn, is het echter lastig om de krappe productiecapaciteit op korte termijn te verlichten. Door de snel toenemende vraag naar elektrische voertuigen en laadpalen zal de wereldwijde vraag naar 8-inch wafers voor IGBT-modules van automobielkwaliteit naar verwachting alleen al in 2025 oplopen tot 1.69 miljoen stuks, een stijging van 5.4 keer ten opzichte van 2020. Er is een enorm tekort aan wafers. Sinds het begin van het jaar hebben grote chipfabrikanten in binnen- en buitenland de productprijzen verhoogd of de levertijden verlengd. Naar verwachting zal de bloei van de halfgeleiderindustrie zich voortzetten.

  1    De opkomst van elektrische voertuigen versnelt en de markt voor vermogenshalfgeleiders in de automobielindustrie is in 5 jaar tijd verdubbeld.

1.1. De opkomst van elektrische voertuigen versnelt, en de vraag naar en de prijzen van halfgeleiders voor de automobielindustrie nemen toe.

Beleidsondersteuning, energiebesparing en emissiereductie stimuleren de versnelde invoering van elektrische voertuigen. Het "Ontwikkelingsplan voor de elektrische voertuigenindustrie (2021-2035)" van mijn land schetst een visie voor de ontwikkeling van elektrische voertuigen. Het is de bedoeling dat het percentage elektrische voertuigen in eigen land in 2025 20% zal bereiken.

Internationaal hebben veel Europese landen een tweeledig beleid aangenomen: enerzijds de beperking van de CO2-uitstoot en anderzijds subsidies voor elektrische voertuigen. Dit om de druk van de klimaatverandering het hoofd te bieden, en de elektrificatie van auto's wordt steeds duidelijker. In de EU bepaalt de ACEA-overeenkomst inzake broeikasgasemissies van voertuigen dat de CO2-uitstoot van voertuigen in 2030 minder dan 59 gram per kilometer moet bedragen. Volgens berekeningen van Infineon zal het percentage elektrische voertuigen in de EU in 2030 40% bereiken.

Elektrificatie heeft geleid tot een aanzienlijke waardestijging van vermogenshalfgeleiderfietsen. De gemiddelde verkoopprijs (ASP) van vermogenshalfgeleiders voor volledig elektrische voertuigen bedraagt ​​330 dollar, wat 4.6 keer zo hoog is als die van traditionele voertuigen op verbrandingsmotor. Nieuwe energievoertuigen die gebruikmaken van een elektrisch aandrijfsysteem stellen hogere eisen aan het energiebeheer en de energieomzettingscapaciteiten van elektronische componenten.

In traditionele auto's worden vermogenshalfgeleiders voornamelijk gebruikt voor het starten van de motor, energieopwekking en veiligheidssystemen. Laagspannings- en energiezuinige elektronische componenten voldoen hiervoor. In elektrische voertuigen vereist de hoge spanning die de batterij levert frequente spanningsomzetting en stroomomkering. Deze circuits hebben de vraag naar vermogenshalfgeleiders zoals IGBT's en MOSFET's aanzienlijk doen toenemen. Volgens gegevens van Infineon bedraagt ​​de waarde van vermogenshalfgeleiders in traditionele auto's met een verbrandingsmotor 71 dollar, terwijl die waarde in volledig plug-in hybride/volledig elektrische voertuigen 330 dollar bedraagt, wat 4.6 keer zoveel is als in traditionele auto's met een verbrandingsmotor.

De wereldwijde markt voor vermogenshalfgeleiders in de automobielindustrie zal in 2025 een waarde van 8 miljard dollar bereiken. Volgens Yole zal de wereldwijde markt voor vermogenshalfgeleiders in 2025 22.5 miljard dollar bedragen. Volgens statistieken van Zhiyan Consulting was de automobielsector in 2019 goed voor 35.4% van de wereldwijde markt voor vermogenshalfgeleiders. Ervan uitgaande dat dit aandeel gelijk blijft, zal de wereldwijde markt voor vermogenshalfgeleiders in de automobielindustrie naar verwachting in 2025 7.965 miljard dollar bereiken.

De wereldwijde markt voor vermogenshalfgeleiders voor elektrische voertuigen zal naar verwachting in 2025 een waarde van 5.3 miljard dollar bereiken, 7.3 keer zoveel als in 2020, met een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van 48.8%. Volgens de prognose van AlixPartners zal de wereldwijde autoverkoop stijgen van 70.5 miljoen eenheden in 2020 naar 94 miljoen eenheden in 2025. EVTank voorspelt dat de wereldwijde verkoop van elektrische voertuigen zal toenemen van 2.21 miljoen eenheden in 2019 naar 12 miljoen eenheden in 2025. Het wereldwijde penetratiepercentage van elektrische voertuigen zal in 2025 13% bereiken, een stijging van 10.36% ten opzichte van 2019.

Zoals hierboven vermeld, bedraagt ​​de waarde van een elektrische fiets met vermogenshalfgeleiders volgens de meest recente statistieken van Infineon uit 2020 US$ 330. Gezien de huidige krappe wereldwijde productiecapaciteit van halfgeleiderwafels, wordt verwacht dat de prijs van vermogenshalfgeleiders voor elektrische voertuigen dit jaar hoog zal blijven. De waarde van een fiets zal in de toekomst geleidelijk stijgen door de elektrificatietrend en de toename van het gebruik van tweemotorige fietsen. Op basis van bovenstaande gegevens schatten we dat de wereldwijde markt voor vermogenshalfgeleiders voor elektrische voertuigen in 2025 US$ 5.3 miljard zal bereiken, 7.3 keer zoveel als in 2020, met een samengestelde jaarlijkse groei van 48.8%.

1.2. De wereldwijde markt voor IGBT's in laadpalen voor voertuigen groeit snel.

Het aantal laadpalen in belangrijke ondersteunende faciliteiten voor elektrische voertuigen zal snel toenemen, waardoor de vraag naar IGBT's, een essentieel onderdeel, eveneens snel zal stijgen. Naarmate de penetratiegraad van elektrische voertuigen geleidelijk toeneemt, moet ook het aantal laadpalen, die belangrijke ondersteunende faciliteiten voor elektrische voertuigen vormen, gelijktijdig worden uitgebreid. Volgens statistieken van McKinsey zal de laadbehoefte voor elektrische voertuigen in China, de Verenigde Staten en Europa in 2020 ongeveer 18 miljard kilowattuur bedragen. Naar verwachting zal deze behoefte in 2030 oplopen tot 271 miljard kilowattuur, met een samengestelde jaarlijkse groei van 31.2%. De snelle groei van de vraag naar laadfaciliteiten voor elektrische voertuigen zal ook leiden tot een aanzienlijke toename van het gebruik van IGBT's, een belangrijk onderdeel van laadpalen.

Naar verwachting zal de markt voor IGBT's in laadpalen in China, de Verenigde Staten en Europa in de periode van 2020 tot 2030 met 9.4 miljard dollar groeien. Volgens schattingen van McKinsey moeten China, de Verenigde Staten en de Europese Unie respectievelijk 19 miljard, 11 miljard en 17 miljard dollar investeren in de periode 2020-2030 om 20 miljoen, 20 miljoen en 25 miljoen laadpalen voor elektrische voertuigen te bouwen en zo te voldoen aan de vraag naar laadpalen voor elektrische voertuigen. De IGBT's vertegenwoordigen ongeveer 20% van de totale kosten van een enkele laadpaal. Hieruit kunnen we afleiden dat de markt voor IGBT's in laadpalen voor elektrische voertuigen in China, de Verenigde Staten en Europa de komende tien jaar met 9.4 miljard dollar zal groeien.

  2  Van alle vermogenshalfgeleiders in de automobielindustrie profiteert IGBT het meest.

IGBT's en MOSFET's zijn de belangrijkste componenten van vermogenshalfgeleiders in auto's. IGBT's hebben vier verschillende toepassingen in auto's. De eerste is het kernonderdeel van de hoofdomvormer. De hoofdomvormer zet de gelijkstroom (DC) van de accu om in wisselstroom (AC) om de motor van de auto aan te drijven; de tweede wordt gebruikt in het hulpomvormercircuit om andere elektronica in de auto van stroom te voorzien; de derde wordt gebruikt in het DC/DC-choppercircuit om stromen met verschillende spanningen te leveren; de vierde wordt gebruikt in de OBC (laad-/omvormermodule) om de externe wisselstroom (AC) om te zetten in gelijkstroom (DC) om de accu van de elektrische auto op te laden.

In auto's met een lage elektrificatiegraad kunnen MOSFET's, vanwege de lage uitgangsspanning van de accu en het beperkte vermogensbereik van de vermogenscomponenten, worden gebruikt ter vervanging van het hulpomvormercircuit, het DC/DC-choppercircuit en de IGBT's in de boordcomputer om de kosten te drukken.

2.1. IGBT is het kernonderdeel van het aandrijfsysteem van de motor van een elektrisch voertuig.

Met superieure prestaties is het de kerncomponent van vermogenshalfgeleiders in elektrische voertuigen. IGBT is de afkorting van Insulated Gate Bipolar Transistor, een geïsoleerde gate bipolaire transistor. Het is een samengesteld vermogenshalfgeleidercomponent, bestaande uit een BJT en een MOSFET. Het combineert de voordelen van de MOSFET (snelle schakelsnelheid, hoge ingangsimpedantie, laag stuurvermogen, eenvoudig aansturingscircuit, lage schakelverliezen) met de lage geleidingsspanning, hoge aanstroomstroom en lage verliezen van de BJT. In elektrische voertuigen worden IGBT-modules voornamelijk gebruikt in hoogvermogenomvormers om gelijkstroom om te zetten in wisselstroom voor de aandrijving van de motor; ze worden ook gebruikt in hulpomvormers voor de voeding van elektronische apparatuur in auto's, zoals airconditioning.

IGBT's kunnen, afhankelijk van de toepassingsomgeving, worden onderverdeeld in IGBT-monobuizen, IGBT-modules en IPM-intelligente modules. De IGBT-monobuis is een N-kanaals, verbeterde, geïsoleerde-gate bipolaire transistor die het gehele circuit geleidt door basisstroom te leveren aan de PNP-transistor. Omdat de toepasbare stroom klein is, meestal onder de 100A, is het toepasbare vermogen laag. Het externe circuit van een IGBT-monobuis is echter complex en moeilijk te verpakken, wat de technologische en procesmatige kwaliteit van de IGBT-fabrikant weerspiegelt.

De IGBT-module is een modulair halfgeleiderproduct dat bestaat uit een IGBT-chip en een FWD (fast recovery diode) die via een specifieke circuitbrug zijn verpakt. Meerdere chips zijn in de module geïntegreerd en door middel van isolatie verpakt. De veiligheid en betrouwbaarheid worden hierdoor aanzienlijk verbeterd en de module is beter geschikt voor toepassingen met hoge spanning en hoge stroomsterkte. De IPM-slimme module integreert IGBT-componenten, aansturingscircuits en beveiligingscircuits in één module. Dankzij de functies voor zelfdiagnose en beveiliging is deze module intelligenter dan gewone IGBT-modules en wordt hij vaak gebruikt in huishoudelijke apparaten met frequentieomzetting.

Infineon heeft inmiddels de zevende generatie IGBT's ontwikkeld en Chinese fabrikanten halen geleidelijk aan het wereldwijde topniveau in. In de ruim 30 jaar tussen 1988 en 2019 heeft Infineon in totaal zeven generaties IGBT-producten uitgebracht. De technische ontwikkeling richtte zich op het verkleinen van de chipoppervlakte, de breedte van de proceslijn, de spanningsval in de geleidende toestand, de uitschakeltijd, het vermogensverlies en het verhogen van de uitschakelspanning. Hoewel de Chinese IGBT-markt momenteel voornamelijk wordt gedomineerd door buitenlandse bedrijven, zorgt de continue investering in onderzoek en ontwikkeling door Chinese fabrikanten ervoor dat de producttechnologie steeds beter aansluit bij het wereldwijde topniveau.

De tweede generatie IGBT-chip, die onafhankelijk door Star Semiconductor is ontwikkeld, wordt bijvoorbeeld vergeleken met de zesde generatie IGBT-chip (FS-Trench) van Infineon en is in 2016 in massaproductie genomen. In totaal werden in 2019 160,000 sets IGBT-modules van automobielkwaliteit geassembleerd; de IGBT4.0-producten van BYD hebben lagere schakelverliezen, een hogere stroomoutput en een langere levensduur bij verschillende temperaturen dan de gangbare vierde generatie IGBT van Infineon die op de markt is.

De wereldwijde markt voor IGBT's (Integrated Green Balance Transistors) in elektrische voertuigen zal in 2025 een waarde van 4.4 miljard dollar bereiken, met een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van 48.8%. Volgens gegevens van Yole bedroeg de wereldwijde markt voor IGBT's in elektrische voertuigen in 2019 600 miljoen dollar. EVSalesBlog meldde dat er in 2019 wereldwijd ongeveer 2.2 miljoen plug-in hybride voertuigen en volledig elektrische voertuigen met batterij werden verkocht. Hieruit kan worden afgeleid dat de gemiddelde waarde van een fiets met IGBT 273 dollar bedraagt ​​(goed voor 83% van de waarde van de vermogenshalfgeleiders in fietsen). Gezien de huidige krappe wereldwijde productiecapaciteit van halfgeleiderwafels, wordt verwacht dat vermogenshalfgeleiders voor elektrische voertuigen dit jaar al zullen worden gebruikt. De prijzen zullen hoog blijven en de waarde van toekomstige fietsen zal geleidelijk toenemen door de toenemende elektrificatie en de penetratie van fietsen met twee motoren. Vermenigvuldigd met de wereldwijde verkoopprognose van EVtank voor elektrische voertuigen voor de komende jaren, zal de wereldwijde markt voor IGBT's in elektrische voertuigen naar verwachting groeien van circa 600 miljoen dollar in 2020 tot 4.4 miljard dollar in 2025, met een samengestelde groei van ongeveer 48.8%.

2.2. SiC presteert beter en zal naar verwachting de technologie van de volgende generatie worden.

Vermogenscomponenten op basis van halfgeleidermaterialen van de derde generatie bieden betere prestatievoordelen. In vergelijking met halfgeleidermaterialen op siliciumbasis hebben halfgeleidermaterialen van de derde generatie, zoals GaN en SiC, bredere bandkloven, hogere doorslagspanningen, een hogere thermische geleidbaarheid, hogere elektronverzadigingsgraden en een hogere stralingsbestendigheid. Daardoor zijn ze beter geschikt voor de productie van apparaten die bestand zijn tegen hoge temperaturen, hoge frequenties, straling en een hoog vermogen.

Volgens gegevens van Infineon zijn omvormers van SiC-materiaal respectievelijk 3 keer kleiner in volume en 4 keer kleiner in gewicht dan omvormers van Si-materiaal. Gegevens van Rohm tonen aan dat de schakelfrequentie van SiC MOSFET in de praktijk meer dan 50 kHz kan bereiken (terwijl de gangbare IGBT-schakelfrequentie maximaal 20 kHz bedraagt) en dat het energieverlies 73% lager is dan dat van Si-gebaseerde IGBT's. SiC MOSFET's hebben dus betere prestaties en een kleiner formaat dan IGBT's.

Sommige high-end modellen maken gebruik van SiC-gebaseerde MOSFET's, wat naar verwachting de toekomstige ontwikkelingsrichting zal zijn. De Tesla Model 3 is het eerste model dat een volledig SiC-vermogensmodule integreert. Deze module is ontwikkeld door de ontwerpafdeling van Tesla in samenwerking met STMicroelectronics. Direct daarna werd Infineon ook leverancier van de SiC-vermogensmodules voor de Tesla Model 3. Bovendien is de vierwielaangedreven versie van de BYD Han EV het eerste binnenlandse model dat in serieproductie is uitgerust met SiCMOSFET-componenten, waarbij de algehele efficiëntie van de SiC-elektronica-besturing meer dan 97% bedraagt.

Momenteel zetten ook binnenlandse fabrikanten actief SiC-productietoepassingen in. Zo heeft China Resources Micro in juli 2020 de eerste commerciële 6-inch SiC-productielijn van China in massaproductie genomen, met een geplande productiecapaciteit van 1,000 stuks per maand. New Clean Energy beschikt ook over een aantal patenten op het gebied van halfgeleiders van de derde generatie en zal naar verwachting een reeks SiC-diodeproducten lanceren. In de toekomst zal het bedrijf zich richten op toepassingen voor elektrische voertuigen.

Momenteel is SiC onderhevig aan kosten- en opbrengstfactoren, en het zal enige tijd duren voordat het op grote schaal wordt toegepast. De internationaal gangbare SiC-substraatformaten zijn momenteel 4 inch en 6 inch. Door het kleine waferoppervlak en de lage chip-snij-efficiëntie zijn de kosten van SiC-substraten hoog. De lage productie- en verpakkingsopbrengsten in de daaropvolgende processen zorgen ervoor dat de kosten van SiC-componenten hoog blijven.

Volgens gegevens van de Chinese Academie van Wetenschappen is de prijs van SiCMOSFET vier keer hoger dan die van SiIGBT van hetzelfde niveau. Elektronische regelcomponenten voor de automobielindustrie moeten aan strengere prestatie-eisen voldoen en stabiel blijven functioneren bij extreme temperaturen en sterke trillingen. Daarom moeten SiCMOSFET's, voordat ze in eindproducten worden toegepast, een certificering voor langdurige betrouwbaarheid ondergaan. De certificeringsperiode voor IGBT-modules van automobielkwaliteit bedraagt ​​doorgaans ongeveer twee jaar.

  3  De drie belangrijkste barrières – product, proces en first-mover advantage – vormen een sterke concurrentievoorsprong.

3.1. De complexe werkomgeving stelt extreem hoge eisen aan de veiligheid en betrouwbaarheid van IGBT's van automobielkwaliteit.

1) Aanpassing aan "extreem hete" en "extreem koude" hoge en lage temperaturen is noodzakelijk: IGBT's van automobielkwaliteit hebben een breed bedrijfstemperatuurbereik en verschillende installatielocaties vereisen verschillende temperatuurbereiken. Zo zijn er eisen voor de motorruimte van -40℃ tot 155℃ en voor de carrosseriebesturing van -40℃ tot 125℃, terwijl conventionele chips en componenten voor consumenten slechts temperaturen van 0℃ tot 70℃ hoeven te verdragen.

2) Moet bestand zijn tegen frequente stroomschommelingen als gevolg van veelvuldig starten en stoppen: Voertuigen starten en stoppen vaak, vooral in druk verkeer. Hierdoor stijgt en daalt de bedrijfsstroom van de IGBT-module van de booster en omvormer voortdurend, wat resulteert in snelle veranderingen in de junctietemperatuur van de IGBT. Dit vereist een hoge temperatuurbestendigheid en goede warmteafvoer van de IGBT.

3) Hoge aardbevingsbestendigheid is vereist: Door de onvoorspelbare omstandigheden van voertuigen, zoals bergen, modder, grindwegen, enz., kunnen IGBT's in auto's tijdens het rijden worden blootgesteld aan sterke trillingen en schokken. Elke aansluitklem van de IGBT-module moet een voldoende hoge mechanische sterkte hebben om normaal te kunnen functioneren onder sterke trillingsomstandigheden.

4) Geschikt voor zware werkomstandigheden: Gezien schimmel, stof, water, zout-alkalische omgevingen (kust, sneeuw, regen, enz.), EMC en erosie door schadelijke gassen, worden er extreem hoge eisen gesteld aan de veiligheidsprestaties van IGBT's, zoals waterdichtheid, stofbestendigheid en corrosiebestendigheid. Onder deze omstandigheden mag de IGBT zijn werking niet oncontroleerbaar beïnvloeden en mag hij geen storingen veroorzaken in andere apparatuur in het voertuig (besturingsbus, MCU, sensoren).

5) Het moet een lange levensduur en een laag uitvalpercentage hebben. De verwachte levensduur van een gemiddelde auto is ongeveer 15 jaar of 600,000 kilometer. Gedurende de gehele levenscyclus is de basiseis van autofabrikanten voor het uitvalpercentage van halfgeleiders in auto's een laag PPM (één deel per miljoen). De meeste autofabrikanten eisen een uitvalpercentage in de orde van PPB (delen per miljard), wat neerkomt op bijna nultolerantie voor storingen.

3.2. Het ontwerp-, fabricage- en verpakkingsproces van IGBT's voor automobieltoepassingen is complex.

Het ontwerp van IGBT's voor automobieltoepassingen vereist een optimale balans tussen inschakel- en uitschakeltijden, kortsluitweerstand en geleidingsspanningsval. Parameteroptimalisatie is hierbij zeer specifiek en complex. IGBT-chips voor automobieltoepassingen werken doorgaans in omgevingen met hoge stroomsterkte, hoge spanning en hoge frequentie. Het chipontwerp moet ervoor zorgen dat de inschakel- en uitschakeltijden, de kortsluitweerstand en de geleidingsspanningsval (warmtebeheersing) in evenwicht zijn. Het chipontwerp, de parameterafstelling en -optimalisatie zijn daarom zeer specifiek en ingewikkeld.

De belangrijkste moeilijkheden in het chipontwerpproces zijn:

(1) Het ontwerp van de terminal moet een hoge betrouwbaarheid garanderen, terwijl tegelijkertijd een klein formaat en een hoge doorslagspanning worden bereikt;

(2) Het celontwerp moet een hoge stroomdichtheid bereiken en tegelijkertijd een breed veilig werkgebied garanderen, wat extreem hoge warmteafvoercapaciteiten vereist;

(3) Het celontwerp moet een hoge stroomdichtheid bereiken en tegelijkertijd voldoende kortsluitvastheid garanderen;

Het productieproces is lastig: de platen breken gemakkelijk en het smeltpunt van het metaal aan de voorzijde is beperkt, waardoor het moeilijk is om de gloeitemperatuur te controleren. Wanneer de IGBT wordt ingeschakeld, kan deze worden beschouwd als een draad, waarbij de stroom verticaal van boven naar beneden door de IGBT loopt totdat deze de aandrijfmotor bereikt.

1) Hoe dunner de chip, hoe lager de thermische weerstand, maar hij is dan ook gemakkelijker te breken. Verdunningsproces: Hoe dunner de chip, hoe korter het pad waarlangs de stroom kan vloeien, waardoor het energieverlies op de chip afneemt en de batterijduur van het voertuig langer wordt. Eind 2018 kondigde BYD aan dat het wafers kon verdunnen tot 120 μm, terwijl de IGBT-chips van Infineon zelfs tot 40 μm dun kunnen worden gemaakt. De verdere verwerking van wafers en chips met deze dikte is technisch zeer complex en ze zijn gemakkelijk te breken.

2) Het proces aan de achterzijde moet bij lage temperatuur worden uitgevoerd, anders smelt het metaal aan de voorzijde gemakkelijk. Het proces aan de achterzijde omvat ionenimplantatie aan de achterzijde, gloeiactivering, metallisatie aan de achterzijde en andere processtappen. Vanwege de beperking van het smeltpunt van het metaal aan de voorzijde en de continue verdunning van IGBT-chips, moeten deze processen aan de achterzijde bij lage temperaturen (niet hoger dan 450 °C) worden uitgevoerd. Anders smelt het metaal aan de voorzijde gemakkelijk en verloopt de gloeiactivering uiterst moeilijk.

De technische drempels voor het lassen en verbinden van IGBT-modulebehuizingen zijn hoog. Automotive IGBT's worden meestal in modulevorm gebruikt. De modulebehuizing bestaat uit het integreren van afzonderlijke halfgeleidercomponenten in de module. Een IGBT-module moet doorgaans negen processen doorlopen – patchen, lassen, plasmareiniging, röntgeninspectie, verbinden, lijmen en uitharden, gieten, testen en markeren – voordat deze op de markt kan worden gebracht. Lassen en verbinden zijn hierbij de moeilijkste aspecten van de modulebehuizingstechnologie.

(1) Lassen: De parameters van het nieuwste laagtemperatuur zilversinterproces voor het verbinden van patches zijn moeilijk te beheersen en de kosten van materialen en apparatuur zijn hoog, wat een drempel vormt voor de markt. Momenteel is solderen de gangbare lastechnologie. Deze technologie levert echter minder consistente en betrouwbare resultaten op. Daarom is een laagtemperatuur zilversinterproces voor het verbinden van patches ontwikkeld. De soldeerlaag van dit proces heeft als voordelen een hoge thermische geleidbaarheid, een hoge elektrische geleidbaarheid en een hoge betrouwbaarheid. Deze technologie is echter zeer complex. Het instellen van de procesparameters, de hoge aanschafkosten van de apparatuur en de hoge kosten van het zilverpoeder dat in de productie wordt gebruikt, vormen belemmeringen die fabrikanten ervan weerhouden deze technologie te gebruiken. Momenteel gebruiken alleen geavanceerde bedrijven zoals Infineon en Mitsubishi laagtemperatuur zilversinteren voor het lassen van sommige van hun hoogwaardige IGBT-modules.

(2) Bonding: Dit is een zeer complex proces. Momenteel worden voor de interne oppervlakteverbinding van IGBT-modules veelal aluminium- en koperdraden gebruikt. Koperdraad heeft een lage soortelijke weerstand, een hoge thermische geleidbaarheid en een lage uitzettingscoëfficiënt, waardoor het geschikter is voor automobielmodules met een hoge vermogensdichtheid en efficiënte warmteafvoer. Het bondingproces met koperdraad is echter lastig omdat het een kopermetallisatiebehandeling van het chipoppervlak vereist en een hogere ultrasone energie nodig heeft, wat de IGBT-chip zelf kan beschadigen. 1) Koper heeft een sterke affiniteit voor zuurstof en vereist een strikte afdichting en een snelle werking. Koperdraden oxideren onmiddellijk bij contact met lucht. In principe kan de verpakking binnen 48 uur na het uitpakken worden voltooid. Geoxideerde koperdraad is harder, moeilijker te verbinden en gevoeliger voor loslatende soldeerverbindingen of een lage treksterkte. 2) Tijdens het bondingproces is de stroom van beschermend inert gas moeilijk te controleren. Om de mate van koperoxidatie te verminderen, moet beschermend gas worden toegevoegd aan het verhitte gedeelte van de chip dat gevoelig is voor oxidatie. Een te hoge doorstroming beïnvloedt de verwarmingstemperatuur, terwijl een te lage doorstroming het beschermende effect verzwakt. 3) De materiaaleisen voor het maken van druklasmallen zijn streng. Het oppervlak van de mal moet glad zijn om te voorkomen dat de drager en pinnen losraken. Anders leidt dit direct tot een reeks problemen met de lasdraad, zoals een slechte verbranding van de laskogel, te korte draden en kromgetrokken draden tijdens het lasproces. 4) Bij het instellen van de parameters van de verbindingsapparatuur moet rekening worden gehouden met factoren zoals laskracht, stand-byvermogen en de kans op kraters. Deze factoren zijn moeilijk in balans te brengen en te beheersen. Problemen in een van deze stappen leiden tot een mislukte verbinding.

3.3. Duidelijk voordeel voor de eerste op de markt: lange certificeringscyclus en hoge vervangingskosten.

Vanwege de hoge betrouwbaarheidseisen aan IGBT's in de automobielindustrie is hun certificeringscyclus lang en zijn de vervangingskosten hoog. Pioniersbedrijven hebben duidelijke voordelen als eerste op de markt.

1) De certificering is streng en de doorlooptijd is lang. Discrete IGBT-componenten of -modules moeten voldoen aan de betrouwbaarheidsnormen AECQ100 (IC)/101 (discrete componenten), de kwaliteitsmanagementnorm ISO/TS1649 en de functionele veiligheidsnorm ISO26262ASILB (D) voordat ze in aanmerking komen voor opname in de toeleveringsketen van eerstelijns autofabrikanten. De certificeringscyclus duurt over het algemeen minimaal 2 jaar.

2) Hoge vervangingskosten. De IGBT-module is een essentieel onderdeel in de eindproducten en is verantwoordelijk voor het regelen van de spanning, stroom, frequentie, fase, enzovoort in het circuit. De prestaties, stabiliteit en betrouwbaarheid ervan zijn cruciaal voor de afnemers. Klanten staan ​​vaak sceptisch tegenover nieuwe IGBT-leveranciers. Ze evalueren niet alleen de theoretische waarde van de leverancier, maar nemen ook beslissingen over grote bestellingen na het testen van individuele producten, het testen van complete machines, meerdere kleinschalige proefproducties, enzovoort. De vervangingskosten zijn hoog en het besluitvormingsproces voor de aankoop is lang.

3) De IGBT-business vereist een lange ervaringsopbouw om een ​​goed kennisniveau te bereiken. IGBT-chips en snelhersteldiodechips zijn cruciale schakels in IGBT-modules. Ze kennen vele productiestappen en maken gebruik van veel productieapparatuur. De productieorganisatie, -controle, -afstelling en andere werkzaamheden zijn complex. Zo vereisen bijvoorbeeld de selectie en verwerking van warmteafvoerende materialen, de mate van verdunning, de concentratie, hoeveelheid en snelheid van de twee injecties van fosforionen, de controle van de procestemperatuur aan de achterzijde en de apparatuur in elke schakel, allemaal jarenlange relevante ervaring om het chipontwerp- en productieproces te beheersen.

Toepassingen voor elektrische voertuigen vereisen vaak massaproductie van IGBT-modules met een hoge betrouwbaarheid en stabiliteit. Het vergt een lange periode van ervaring om de eigenschappen van apparatuur en materialen te begrijpen en het productieproces te beheersen. Neem bijvoorbeeld het patchproces: dit omvat het bepalen van de chippositie, de thermische uitzettingscoëfficiënten en eigenschappen van verschillende materialen, het instellen van de reflowcurve van de reflowoven en andere parameters. Deze productieprocessen vereisen langdurig onderzoek en ontwikkelingsonderzoek om de juiste oplossing te vinden.

4) Hoge financiële drempels. De IGBT-industrie is een kapitaalintensieve industrie. De industriële keten omvat chipontwerp, chipfabricage, moduleproductie en testen. De productie- en testapparatuur moet grotendeels worden geïmporteerd, wat hoge kosten met zich meebrengt. Tegelijkertijd vergen productonderzoek en -ontwikkeling en marktontwikkeling veel tijd. Bovendien is de behoefte aan werkkapitaal voor IGBT-fabrikanten groot. Nieuwe toetreders worden in de beginfase vaak geconfronteerd met grote investeringen en een lage productie. Ze hebben een sterke financiële basis nodig om productonderzoek en -ontwikkeling, productie en verkoop voort te zetten.

Samengevat, zelfs als een nieuw bedrijf IGBT-producten produceert, zal het lang duren om de erkenning van klanten te winnen en een goed kennisniveau te bereiken. Tegelijkertijd zal het ook te maken krijgen met de moeilijkheden van grote kapitaalinvesteringen op de lange termijn en marktontwikkeling. Bedrijven die als eerste op de markt komen, hebben duidelijke voordelen.

  4  Het concurrentielandschap van de IGBT-industrie voor de automobielsector is uitstekend, maar de mate van lokalisatie is nog steeds laag.

Het concurrentielandschap is geconcentreerd, met een totaal aandeel van 81% voor CR4; de mate van lokalisatie is echter laag, met slechts drie binnenlandse bedrijven in de top 10. Volgens de statistieken van Omdia uit 2019 hebben de tien grootste wereldwijde leveranciers van IGBT-modules 75.6% van het marktaandeel in handen. De marktstructuur is geconcentreerd en het concurrentiepatroon is gunstig.

Volgens gegevens van NE Times werden in 2019 in totaal 1.08 miljoen IGBT-modules voor de automobielindustrie in China geassembleerd. Infineon had een marktaandeel van 58.2% met 628,000 modules en was daarmee marktleider. BYD Microelectronics stond op de tweede plaats met 194,000 geassembleerde modules, goed voor 18%. Mitsubishi Electric en Semikron volgden op de derde en vierde plaats met respectievelijk 5.2% en 3%. Star Semiconductor stond op de vijfde plaats met een aandeel van 1.6%. Een andere Chinese fabrikant, CRRC Times Electric, stond op de negende plaats met een aandeel van 0.8%. In 2019 hadden de vier grootste fabrikanten van IGBT-modules voor elektrische voertuigen een gezamenlijk marktaandeel van 81.4%, wat wijst op een oligopolie. Van de binnenlandse fabrikanten behoren slechts drie bedrijven, BYD Microelectronics, Star Semiconductor en CRRC Times Electric, tot de top 10 qua marktaandeel, goed voor 20.4%, met een lage mate van lokalisatie.

Vanuit het perspectief van spanningsdekking wordt het IGBT-productaanbod van binnenlandse bedrijven steeds completer. De Chinese fabrikant Star Semiconductor heeft momenteel een van de meest uitgebreide IGBT-moduleproductlijnen in het land, die een breed scala aan toepassingsgebieden bestrijkt, van hoogspanning (3300V) tot midden- en laagspanning (600V). CRRC Times Electric richt zich voornamelijk op hogesnelheidstreinen en aanverwante sectoren en heeft momenteel een zekere concurrentiepositie, met name in het hoogspanningssegment boven de 4500V.

De producten van Infineon bestrijken alle downstream-toepassingsgebieden voor alle spanningsniveaus, terwijl ABB zich voornamelijk richt op producten voor hoogspanning en de hoogste spanningsniveaus. Over het algemeen bestrijken de IGBT-producten van binnenlandse bedrijven de gehele markt, van laagspanning tot hoogspanning, en is de spreiding in het laagspanningssegment relatief compleet. In vergelijking met buitenlandse fabrikanten moet de Chinese markt voor vermogenscomponenten in het hoogspanningssegment echter nog worden versterkt.

  5    Meerdere factoren versnellen de binnenlandse substitutie en bevorderen de toename van het marktaandeel.

Naarmate de handelswrijvingen toenemen, wordt de behoefte aan autonome en regelbare halfgeleiders steeds urgenter. De afgelopen jaren is er een toenemende trend te zien in de handelswrijvingen tussen China en de VS.

In maart 2016 en april 2018 werd ZTE tweemaal opgenomen in de Amerikaanse "Entity List". Op 15 mei 2019 werd Huawei aan de "Entity List" toegevoegd, waardoor het bedrijf geen zakelijke samenwerking meer mocht aangaan met Amerikaanse bedrijven of telecommunicatieapparatuur van hen mocht kopen. Als gevolg hiervan heeft Google de dienstverlening aan Huawei stopgezet.

Op 15 mei 2020 vaardigden de Verenigde Staten opnieuw een verbod uit tegen Huawei. Chips die met Amerikaanse technologie en apparatuur zijn geproduceerd, moeten nu door de Verenigde Staten worden goedgekeurd voordat ze aan Huawei mogen worden verkocht. Op 17 augustus 2020 werden 38 dochterondernemingen van Huawei aan de sanctielijst toegevoegd en het verbod werd op 15 september van hetzelfde jaar volledig van kracht.

In december 2020 werd SMIC door de Verenigde Staten opgenomen in de lijst van Chinese bedrijven die banden hebben met het leger. In de context van de aangescherpte technologische blokkade van de Verenigde Staten tegen China, loopt China het risico op toenemende handelsconflicten, verstoringen in de toeleveringsketen en gebrekkige internationale samenwerking. Het wordt steeds urgenter om een ​​onafhankelijke en beheersbare toeleveringsketen voor halfgeleiders op te zetten en de binnenlandse productie te versnellen.

China is uitgegroeid tot 's werelds grootste consumentenmarkt voor auto's, wat een goede ontwikkelingskans biedt voor IGBT's in de automobielsector. In 2019 bereikte de verkoop van nieuwe auto's in China 25.75 miljoen eenheden, goed voor ongeveer 28.5% van de wereldwijde verkoop van nieuwe auto's, waarmee het 's werelds grootste consumentenmarkt voor auto's is. Hoewel er in China momenteel meer dan 260 miljoen auto's in bezit zijn, ligt het autobezit per hoofd van de bevolking nog steeds ver achter dat van ontwikkelde landen.

Volgens gegevens van de Wereldbank bedroeg het autobezit per hoofd van de bevolking in mijn land in 2019 0.173; in de Verenigde Staten was dit 0.837, 4.8 keer zoveel als in China; in Japan was het 0.591, 3.4 keer zoveel als in China. Naar verwachting zal de autoverkoop in China in de toekomst blijven stijgen. De enorme consumentenmarkt voor auto's biedt ruime mogelijkheden voor de ontwikkeling van IGBT-bedrijven in mijn land en vormt een goede basis voor verdere groei.

Het aandeel van binnenlandse fabrikanten van nieuwe energiebronnen is toegenomen, waardoor de vervanging van in eigen land geproduceerde IGBT's wordt versneld. Wat betreft voertuigen op brandstof is de concurrentiepositie van mijn land in de traditionele brandstofvoertuigensector zwak vanwege de late start. In de eerste drie kwartalen van 2020 werden er in mijn land 13.38 miljoen personenauto's verkocht, waarvan slechts ongeveer 36% van Chinese merken was. In de sector van voertuigen op brandstof neemt mijn land echter een voortrekkersrol en heeft het aanzienlijke technologische en marktvoordelen opgebouwd.

In de eerste drie kwartalen van 2020 werden in China 620,000 elektrische personenauto's verkocht. Onafhankelijke merken, nieuwe autofabrikanten en buitenlandse joint ventures waren respectievelijk goed voor 55%, 15% en 30%. Binnenlandse fabrikanten namen in totaal 70% voor hun rekening, een aanzienlijk hoger percentage dan bij traditionele auto's op verbrandingsmotoren. Naarmate de penetratiegraad van elektrische voertuigen geleidelijk toeneemt, zal naar verwachting ook het marktaandeel van binnenlandse autofabrikanten stijgen, wat kan leiden tot een inhaalslag. In de context van toenemende handelsconflicten zullen binnenlandse fabrikanten van elektrische voertuigen naar verwachting meer binnenlandse IGBT's gebruiken vanwege zorgen over de veiligheid van de toeleveringsketen, wat zal leiden tot een groter aandeel van binnenlandse IGBT's.

Binnenlandse fabrikanten hebben als voordelen kosteneffectiviteit en snelle respons, wat aansluit bij de trend van kostenverlaging en efficiëntieverbetering bij elektrische voertuigen. In vergelijking met buitenlandse concurrenten hebben binnenlandse IGBT-fabrikanten lage communicatiekosten met autofabrikanten, snelle levering, sterke servicecapaciteiten en het vermogen om snel in te spelen op de behoeften van downstreamklanten, waardoor ze een voordeel hebben op het gebied van snelle respons. Bovendien hebben binnenlandse fabrikanten van vermogenshalfgeleiders ook voordelen op het gebied van prijs-kwaliteitverhouding en lage logistieke en arbeidskosten, wat aansluit bij de behoeften van fabrikanten van elektrische voertuigen om kosten te verlagen en de efficiëntie te verhogen naarmate ze hun marktpenetratie en marktaandeel vergroten.

Beleid en financiële middelen ondersteunen de ontwikkeling van de binnenlandse IGBT-industrie. IGBT's hebben een enorme binnenlandse en internationale markt en spelen een onvervangbare en belangrijke rol in de modernisering van de industrie, energiebesparing en emissiereductie, nieuwe energie en andere gebieden. De afgelopen jaren heeft het land een aantal beleidsmaatregelen genomen ter ondersteuning van de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie, waaronder IGBT's, vanuit de perspectieven van industriële ontwikkeling, onderzoek en ontwikkeling, en fiscale investeringen.

In augustus 2020 publiceerde de Staatsraad "Diverse beleidsmaatregelen ter bevordering van de hoogwaardige ontwikkeling van de geïntegreerde schakelingenindustrie en de software-industrie in het nieuwe tijdperk" om de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie alomvattend te ondersteunen op het gebied van financiering en belastingen, investeringen en financiering, onderzoek en ontwikkeling, enzovoort. Deze alomvattende beleidsondersteuning zal een effectieve impuls geven aan de snelle ontwikkeling van de IGBT-industrie.

Daarnaast biedt de staat ook actieve financiële steun. De eerste en tweede fase van het Nationale Fonds voor de Geïntegreerde Circuitindustrie (hierna het Grote Fonds genoemd) werden respectievelijk in 2014 en 2019 opgericht. De eerste fase van het Grote Fonds bracht 138.7 miljard yuan op, en de tweede fase had een maatschappelijk kapitaal van 204.15 miljard yuan.

Volgens statistieken van Jiwei.com omvatten de investeringsgebieden van de eerste fase van het grote fonds: productie van geïntegreerde schakelingen 67%, ontwerp 17%, verpakking en testen 10%, en materiaalkosten 6%. Dankzij de investeringen van grote fondsen en het maatschappelijk kapitaal dat zij mobiliseren, heeft de geïntegreerde schakelingenindustrie, inclusief IGBT's, een goede ontwikkeling doorgemaakt.

Samenvattend wordt verwacht dat de binnenlandse vervanging van IGBT's voor de automobielindustrie zal versnellen, waardoor binnenlandse fabrikanten hun marktaandeel kunnen vergroten. Ten eerste: ons land is de grootste automarkt ter wereld en de vraag naar auto's zal in de toekomst blijven toenemen, wat een goede kans biedt voor de ontwikkeling van binnenlandse fabrikanten van IGBT's voor de automobielindustrie. Ten tweede: de handelsconflicten zijn toegenomen en de behoefte aan autonome en regelbare halfgeleiders is steeds urgenter geworden. Ten derde: binnenlandse fabrikanten in de elektrische voertuigenindustrie nemen het voortouw door een voorsprong te nemen en zullen naar verwachting belangrijke marktsegmenten inhalen. Naarmate het aandeel van binnenlandse elektrische voertuigen toeneemt en vanwege overwegingen met betrekking tot de veiligheid van de toeleveringsketen, zal naar verwachting meer binnenlandse halfgeleiderfabrikanten producten van deze fabrikanten gaan gebruiken, waardoor het aandeel van binnenlandse IGBT's naar verwachting zal toenemen. Ten vierde: binnenlandse IGBT-fabrikanten beschikken over lokale servicevoordelen zoals een hoge prijs-kwaliteitverhouding en een snelle responstijd, die voldoen aan de behoeften van elektrische voertuigen om de kosten te verlagen en de efficiëntie te verhogen, en zullen naar verwachting hun marktaandeel in de toekomstige concurrentie vergroten. Ten vijfde: nationaal beleid en subsidies ondersteunen de ontwikkeling van de IGBT-industrie. Op basis van bovenstaande analyse zijn wij van mening dat het binnenlandse substitutieproces van IGBT's voor de automobielindustrie zal versnellen en een toename van het marktaandeel zal opleveren.

Naast het vergroten van hun marktaandeel zullen binnenlandse IGBT-fabrikanten ook volop profiteren van de snelle groei van de binnenlandse markt voor IGBT's in de automobielsector. Volgens onze berekeningen zal de Chinese markt voor IGBT's in elektrische voertuigen in 2025 naar verwachting 17.7 miljard yuan bereiken, met een samengestelde groei van 43.45%. De Chinese markt voor IGBT's in laadpalen voor elektrische voertuigen zal in 2025 14.7 miljard yuan bereiken, eveneens met een samengestelde groei van 43.45%.

De IGBT-markt voor elektrische voertuigen in China zal naar verwachting in 2025 een waarde van 17.7 miljard yuan bereiken, zes keer zoveel als in 2020, met een samengestelde groei van 43.45%. Volgens gegevens van de Chinese Automobilistenvereniging bedroeg de autoverkoop in China in 2020 25.3 miljoen voertuigen. Naar verwachting zal de autoverkoop in China in 2025 30 miljoen voertuigen bereiken, waarvan 1.32 miljoen elektrische voertuigen in 2020. Het penetratiepercentage van elektrische voertuigen bedraagt ​​daarmee 5.22%.

Als het penetratiepercentage van elektrische voertuigen in China in 2025 de in het "Ontwikkelingsplan voor de elektrische voertuigenindustrie (2021-2035)" voorgestelde 20% bereikt, zal de verkoop van elektrische voertuigen in China in 2025 stijgen van 1.32 miljoen eenheden in 2020 naar 6 miljoen eenheden in 2025. Op basis van de hierboven berekende waarde van de vermogenshalfgeleiders voor elektrische voertuigen, wordt verwacht dat de Chinese markt voor vermogenshalfgeleiders voor elektrische voertuigen in 2025 een waarde van 17.7 miljard yuan zal bereiken, zes keer zoveel als in 2020, met een samengestelde groei van 43.45%.

Naar schatting zal de Chinese markt voor IGBT's in elektrische voertuigen in 2025 een waarde van 14.7 miljard yuan bereiken, met een samengestelde groei van 43.45%, waarbij IGBT's het meest zullen profiteren. Volgens gegevens van Yole bedroeg de wereldwijde markt voor IGBT's in elektrische voertuigen in 2019 600 miljoen dollar. EVSalesBlog meldde dat er in 2019 wereldwijd ongeveer 2.2 miljoen plug-in hybride elektrische voertuigen en volledig elektrische voertuigen werden verkocht. Hieruit kan worden afgeleid dat de gemiddelde waarde van een fiets met een IGBT 273 dollar bedraagt ​​(goed voor 83% van de waarde van de vermogenshalfgeleiders in fietsen). Gezien de krappe markt voor wafers en de huidige beperkte productiecapaciteit van halfgeleiderwafers, wordt verwacht dat de prijs van vermogenshalfgeleiders in elektrische voertuigen dit jaar hoog zal blijven. De waarde van fietsen zal in de toekomst geleidelijk stijgen door de elektrificatietrend en de toenemende penetratie van fietsen met twee motoren. Vermenigvuldigd met de verwachte verkoop van elektrische voertuigen in mijn land van 6 miljoen exemplaren in 2025, zal de Chinese markt voor IGBT's in elektrische voertuigen naar verwachting groeien van ongeveer 2.4 miljard in 2020 tot 14.7 miljard in 2025, met een samengestelde groei van 43.45%.

Naar verwachting zal de Chinese markt voor IGBT's in laadpalen voor elektrische voertuigen in 2025 een waarde van 10.9 miljard yuan bereiken, met een samengestelde groei van 35%. Momenteel bedraagt ​​de sloopcyclus van elektrische voertuigen tussen de 8 en 10 jaar. Op basis van de bovengenoemde berekeningen van de verkoopcijfers van elektrische voertuigen per jaar, wordt verwacht dat het aantal elektrische voertuigen in 2025 22.46 miljoen zal bedragen.

Met de voortgang van nieuwe infrastructuur, en ervan uitgaande dat de verhouding tussen voertuigen en laadpalen in 2025 conservatief zal stijgen naar 2:1, kan worden berekend dat het aantal laadpalen in 2025 ongeveer 11.23 miljoen zal bedragen. Aangezien het nieuwe infrastructuurbeleid zich richt op de aanleg van openbare laadpalen, zal het aandeel openbare laadpalen naar verwachting toenemen van 48% in 2020 tot 50% in 2025. Daarnaast zal, door de toenemende vraag naar snelladen, het aandeel DC-laadpalen binnen het openbare netwerk naar verwachting stijgen van 38% in 2020 tot 50% in 2025.

Op basis van de aanbestedingsgegevens van State Grid voor laadpalenprojecten hebben we berekend dat de gemiddelde prijs per watt van een openbare DC-laadpaal van 60 kW, de belangrijkste aanbestedingsfactor, is gedaald van 1.15 yuan/W in 2017 naar 0.9 yuan/W in 2019 (de prijs van een laadpaal daalde van 69,000 yuan in 2017 naar 54,000 yuan in 2019); de gemiddelde prijs van een laadpaal voor openbare AC-laadpalen daalde van 9,500 yuan in 2017 naar 5,400 yuan in 2019.

Op basis van ons onderzoek naar de prijzen van laadpalen voor particuliere gebruikers van de belangrijkste fabrikanten van elektrische voertuigen, hebben we berekend dat de prijs van laadpalen voor particuliere gebruikers is gedaald van 12,700 yuan per stuk in 2017 naar 7,800 yuan per stuk in 2020. Aangezien IGBT's ongeveer 20% van de kosten van laadpalen uitmaken, wordt verwacht dat de binnenlandse markt voor IGBT's in laadpalen in 2025 een omvang van 10.9 miljard yuan zal bereiken, een stijging van 3.4 keer ten opzichte van 2.5 miljard yuan in 2020, met een samengestelde jaarlijkse groei van 34.5%.

  6    De krappe productiecapaciteit is op korte termijn moeilijk te verlichten, en de opmars van vermogenshalfgeleiders zet zich voort.

De productiecapaciteit voor 8-inch chips is krap en de gieterij draait op volle capaciteit. In 2020 hebben de commercialisering van 5G en de door de epidemie veroorzaakte 'thuisblijfeconomie' de digitale transformatie van de samenleving versneld. De markt voor eindapparatuur zoals auto's, huishoudelijke apparaten en digitale apparaten is zich blijven herstellen, wat de groei van de vraag naar halfgeleiders aanzienlijk heeft gestimuleerd.

Daarnaast is de epidemie in Europa en de Verenigde Staten nog niet volledig onder controle, en hebben factoren zoals de onzekere vooruitzichten voor de Chinees-Amerikaanse handelsrelaties ertoe geleid dat chipfabrikanten hun veiligheidsvoorraden hebben verhoogd. De samenloop van meerdere factoren heeft ertoe geleid dat het aanbod van productiecapaciteit voor wafers de vraag overtreft, en dat de productiecapaciteit van 8-inch wafers bij de belangrijkste fabrikanten bijna volledig benut wordt. Huahong Hongli, een van 's werelds meest geavanceerde bedrijven, had in het derde kwartaal van 2020 een capaciteitsbenutting van meer dan 100%, en UMC en SMIC hadden eveneens een hoge capaciteitsbenutting van 95%.

De wereldwijde productiecapaciteit voor nieuwe wafers zal naar verwachting pas tussen 2023 en 2025 volledig benut worden, waardoor het lastig is om het productietekort op korte termijn op te lossen. Volgens gegevens van ICInsights zal de wereldwijde productiecapaciteit voor nieuwe wafers (equivalent aan 8 inch) in 2020 naar verwachting ongeveer 17.9 miljoen stuks bedragen, met een toename van 20.8 miljoen stuks in 2021. Vanwege de aanschaf van apparatuur, het testen, de klantvalidatie en andere factoren duurt het opstartproces van de productiecapaciteit van waferfabrieken echter relatief lang, doorgaans 3 tot 5 jaar. Dit deel van de nieuwe productiecapaciteit zal naar verwachting pas tussen 2023 en 2025 volledig benut worden, waardoor het moeilijk is om het productietekort op korte termijn op te lossen.

De binnenlandse productiecapaciteit voor halfgeleiders die momenteel in aanbouw is, komt overeen met ongeveer 27.96 miljoen 8-inch wafers per jaar. Het grootste deel hiervan zal in 2022 in productie worden genomen. Gezien de lange opstartperiode na de ingebruikname van de nieuwe productielijnen, is het echter lastig om de krapte in de productiecapaciteit op korte termijn te verlichten. Volgens onze onvolledige statistieken bedraagt ​​de huidige binnenlandse productiecapaciteit voor halfgeleiders ongeveer 2.88 miljoen stuks per maand (gelijk aan 8-inch wafers, inclusief siliciumwafers en wafers met samengestelde halfgeleiders), en de totale binnenlandse productiecapaciteit in aanbouw bedraagt ​​ongeveer 2.33 miljoen stuks per maand (27.96 miljoen stuks per jaar). De meeste nieuwe productielijnen zullen in 2022 in gebruik worden genomen. Gezien de opstartperiode van 3 tot 5 jaar na de ingebruikname van de nieuwe productielijnen, zal volledige productie echter niet snel worden bereikt. Naar verwachting zal het tekort aan productiecapaciteit op korte termijn nog steeds moeilijk te verhelpen zijn.

Naar schatting zal het aantal 8-inch wafers dat wereldwijd nodig is voor IGBT-modules van automobielkwaliteit in 2025 oplopen tot 1.69 miljoen, een toename van 5.4 keer ten opzichte van 2020. Momenteel zijn er twee typen elektrische voertuigen op de markt: met één motor en met twee motoren. De meeste elektrische voertuigen maken momenteel gebruik van een configuratie met één motor. Echter, met de verbetering van de productietechnologie voor elektrische voertuigen in de toekomst, zal het percentage elektrische voertuigen met twee motoren, die voertuigen met betere prestaties kunnen leveren, toenemen.

In elektrische voertuigen gebruikt elke motor een omvormer en elke omvormer gebruikt een IGBT-module. Gezien de uitstekende prestaties van dubbele motoren, gaan we ervan uit dat het penetratiepercentage hiervan in 2025 20% zal bereiken. Naar schatting zal de wereld in 2025 IGBT-modules nodig hebben voor 12 miljoen elektrische voertuigen en 14.4 miljoen motoren. Momenteel bevat een enkele automotive-grade IGBT-module 10 tot 18 IGBT-chips (het aantal chips varieert afhankelijk van de spanning van de IGBT-modules). Uitgaande van gemiddeld 15 chips, zijn er 216 miljoen IGBT-chips nodig. Op basis van de berekening dat er ongeveer 128 IGBT-chips uit een 8-inch wafer kunnen worden gesneden, wordt verwacht dat de wereldwijde vraag naar 8-inch wafers voor automotive-grade IGBT-modules alleen al in 2025 1.69 miljoen stuks zal bedragen, een stijging van 5.4 keer ten opzichte van 2020.

De stijging van de waferprijzen heeft zich doorvertaald naar de rest van de industriële keten, en de halfgeleiderindustrie blijft groeien. De vraag vanuit de eindgebruikers blijft toenemen, de bestaande productiecapaciteit van de gieterijen is al volledig benut en nieuwe productiecapaciteit kan op korte termijn niet snel worden uitgebreid. Deze tegenstelling tussen vraag en aanbod heeft geleid tot een stijging van de waferprijzen bij de gieterijen.

TSMC heeft de korting van 3% op de productie van 12-inch wafers voor grote klanten ingetrokken. UMC heeft achtereenvolgens de prijs voor de productie van 8-inch wafers verhoogd en vervolgens ook die voor 12-inch wafers. Deze prijsverhogingen werden direct doorgegeven aan fabrikanten lager in de productieketen, waarbij de meeste fabrikanten hun prijzen met meer dan 10% verhoogden. Zo kondigde Renesas Electronics aan dat de prijzen van sommige analoge en vermogensproducten met 15% tot 100% zullen stijgen. Bedrijven zoals Infineon profiteren van de stijgende productprijzen en hebben daardoor de levertijden verlengd. Naar verwachting zal de groei van de halfgeleiderindustrie zich voortzetten.

Disclaimer: Dit artikel is overgenomen van "Future Think Tank", dat de bescherming van intellectuele eigendomsrechten ondersteunt. Vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur. Neem bij inbreuk op het auteursrecht contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.