Deze week trok een nieuwsbericht over de geavanceerde massaproductie van IGBT's in China veel aandacht. Op 7 juli bereikte Zhixin Semiconductor de massaproductie van IGBT-modules van automobielkwaliteit. Dit is het eerste succesvolle resultaat van de strategische samenwerking tussen Dongfeng Corporation en CRRC bij de oprichting van Zhixin Semiconductor Company.

Volgens berichten heeft de IGBT-module die dit keer in productie is genomen een goede warmteafvoer en is bestand tegen elektromagnetische interferentie. De module voldoet bovendien aan de hoge betrouwbaarheidseisen voor producten in de automobielindustrie. Hierdoor hebben Chinese fabrikanten van elektrische voertuigen een extra optie, wat de lokale toeleveringsketen voor vermogenshalfgeleiders in de automobielsector versterkt.

De afgelopen tijd, en met name in juni en begin juli, zijn er in China, in iets meer dan een maand tijd, niet alleen bij Zhixin Semiconductor, maar ook bij andere Chinese bedrijven een golf van lokale IGBT-chips en -modules verschenen, vooral voor toepassingen in de automobielindustrie. Dit duidt op een collectieve doorbraak.

In juni tekenden Huahong en Star Semiconductor een strategische samenwerkingsovereenkomst. Beide partijen kondigden gezamenlijk aan dat de gezamenlijk ontwikkelde krachtige 12-inch IGBT-chip voor automobieltoepassingen in massaproductie is gegaan, de productvalidatie door autofabrikanten heeft doorstaan ​​en breed is geïntroduceerd op de markt voor voedingseenheden in de automobielindustrie.

Op 21 juni kondigde Silan Micro aan dat het bedrijf via haar dochteronderneming Chengdu Jijia Technology Co., Ltd. investeert in de bouw van een productielijn voor "Automotive- en industriële vermogensmodules en geïntegreerde vermogenscomponenten (IBT's) fase I". De totale investering in het project bedraagt ​​758 miljoen yuan. De bouwperiode en de productieperiode zijn beide twee jaar. Na de ingebruikname zullen IGBT-modules de belangrijkste producten zijn.

Op 23 juni werd de eerste IGBT-productielijn van Sunking Technology officieel voltooid en in gebruik genomen, waarna de proefproductie van start ging. Het bedrijf is van plan om in het kader van dit IGBT-project twee productielijnen voor de achterkant van IGBT-chips en vijf productielijnen voor de verpakking en het testen van IGBT-modules te bouwen. Na voltooiing zal de jaarlijkse productiecapaciteit 2 miljoen IGBT-modules bedragen. De IGBT-producten zullen worden toegepast in middenspannings- en laagspanningsgebieden van 600V tot 1700V, gericht op markten zoals elektrische voertuigen, zonne-energie, windenergie en industriële frequentieomzetting.

Op 5 juli kondigde Wingtech Technology aan dat het alle aandelen van de Britse halfgeleiderfabrikant Newport Wafer Fab zou overnemen via haar Nederlandse dochteronderneming Nexperia. Newport Wafer Fab werd opgericht in 1982 en produceert voornamelijk energiezuinige vermogenshalfgeleiders voor auto's. Nexperia is een belangrijke fabrikant van chips en componenten voor de automobielindustrie. Zhang Xuezheng, voorzitter van Wingtech Technology, verklaarde over de overname dat de toevoeging van Newport de mogelijkheden van Nexperia op het gebied van IGBT's, MOSFET's, analoge en samengestelde halfgeleiders van automobielkwaliteit aanzienlijk zal versterken.

Of het nu gaat om de opening van fabrieken, de start van massaproductie of fusies en overnames, deze fabrikanten richten zich op de markt voor IGBT-producten voor de automobielindustrie, wat de populariteit van die markt weerspiegelt.

Sterke vraag naar IGBT's

De komende jaren zal de verkoop van elektrische voertuigen naar verwachting met meer dan 50% groeien. Dankzij beleidssteun en verkoopsubsidies zal de samengestelde jaarlijkse groei van de wereldwijde en Chinese verkoop van elektrische voertuigen naar verwachting 32% bedragen. Dit zal de snelle ontwikkeling van de bijbehorende halfgeleider- en elektronica-industrie stimuleren. Het is geen geheim dat auto's een van de drie drijvende krachten achter de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie zijn (5G, het Internet of Things en auto-elektronica worden beschouwd als de drie belangrijkste motoren die de ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie in de komende fase zullen aanjagen).

In automobieltoepassingen is het gebruik van vermogenshalfgeleiders na microcontrollers (MCU's) het grootst, en het marktaandeel ervan is enorm.

Het grootste deel van de nieuwe halfgeleiders die in elektrische voertuigen worden gebruikt, betreft vermogenshalfgeleiders. In traditionele auto's worden vermogenshalfgeleiders voornamelijk gebruikt voor startsystemen, energieopwekking en veiligheidssystemen, goed voor 20% van het totale aantal halfgeleiders in traditionele auto's. De waarde van één voertuig bedraagt ​​ongeveer 60 dollar.

Omdat elektrische voertuigen over het algemeen gebruikmaken van hoogspanningscircuits, is frequente spanningsomzetting nodig wanneer de batterij een hoge spanning levert. Hierdoor neemt het verbruik van spanningsomzettingscircuits (DC-DC) aanzienlijk toe. Daarnaast is er ook een groot aantal DC-AC-omvormers, transformatoren, converters, enzovoort nodig. Deze vraag naar halfgeleidercomponenten zoals IGBT's, MOSFET's en diodes is eveneens sterk gestegen. Dit alles heeft de vraag naar vermogenscomponenten in auto-elektronica aanzienlijk doen toenemen.

Volgens statistieken van McKinsey bedragen de kosten van halfgeleiders in volledig elektrische voertuigen 704 dollar, wat het dubbele is van de 350 dollar van traditionele voertuigen. Hiervan zijn de kosten voor vermogenscomponenten maar liefst 387 dollar, oftewel 55%. Van de nieuwe kosten voor halfgeleiders in volledig elektrische voertuigen ten opzichte van traditionele voertuigen, bedragen de kosten voor vermogenscomponenten ongeveer 269 dollar, wat neerkomt op 76% van de totale kosten.

Het proces van energieopwekking en -overdracht voor elektrische voertuigen verschilt aanzienlijk van dat van benzinemotoren, waardoor frequente spanningsomzetting en gelijkstroom-wisselstroomomzetting nodig zijn. Bovendien heeft de grote vraag naar een grote actieradius voor volledig elektrische voertuigen de eisen aan het energiebeheer verfijnder gemaakt. Deze eisen aan discrete vermogenscomponenten zoals IGBT's, MOSFET's en diodes zijn veel hoger dan die van traditionele voertuigen. Gedreven door de vraag vanuit de automobielindustrie zal de IGBT-markt een explosieve groei doormaken.

Automotive vermogensmodules (momenteel is IGBT de meest gebruikte) bepalen de belangrijkste prestaties van het elektrische aandrijfsysteem van een voertuig en vertegenwoordigen meer dan 40% van de kosten van de motoromvormer, die het kernonderdeel vormt.

De IGBT vertegenwoordigt ongeveer een derde van de kosten van de motorstuurinrichting, en de motorstuurinrichting vertegenwoordigt ongeveer 15-20% van de kosten van het gehele voertuig. Met andere woorden, de IGBT is verantwoordelijk voor 5-7% van de totale kosten van het voertuig.

Op technisch niveau hebben IGBT-chips een reeks iteratieve processen doorlopen, waaronder upgrades van PT naar NPT en vervolgens naar FS, waardoor de chip dunner is geworden, de thermische weerstand is verlaagd en de Tj is verbeterd; de introductie van IEGT, CSTBT en MPT heeft de Vce verder verlaagd en de vermogensdichtheid verhoogd; door optimalisatie van het oppervlaktemetaal en de passiveringslaag kan worden voldaan aan de hoge betrouwbaarheidseisen van auto's.

De laatste jaren zijn er op structureel gebied innovaties gaande op het gebied van IGBT's, zoals de opkomst van RC-IGBT's en ontwerpen die FWD en IGBT's integreren. Daarnaast zijn er ook functionele integraties, zoals geïntegreerde stroom- en temperatuursensoren.

IGBT's worden veel gebruikt in motorbesturingssystemen voor auto's. Momenteel vereisen dergelijke systemen tientallen IGBT's. Neem Tesla als voorbeeld: de driefasige asynchrone wisselstroommotor achterin gebruikt 28 IGBT's per fase, voor een totaal van 84 IGBT's. Inclusief de IGBT's in andere delen van de motor, gebruikt Tesla in totaal 96 IGBT's (de twee motoren plus 36 voor de voorste motor). Uitgaande van een prijs van US$ 4 tot US$ 5 per stuk, komt de waarde van een IGBT voor twee motoren neer op ongeveer US$ 650.

Hoewel SiC MOSFET's geavanceerder zijn dan IGBT's en een goed marktontwikkelingspotentieel hebben (Tesla gebruikt SiC MOSFET's al, en NIO zal ze geleidelijk aan ook gaan toepassen), kampen SiC-vermogenscomponenten momenteel nog met enkele problemen. Deze problemen uiten zich met name in: een lage opbrengst en hoge kosten; veel defecten op de interface tussen SiC en SiO2; en de betrouwbaarheid van de gate-oxide op de lange termijn; en een gebrek aan gegevens over de betrouwbaarheid op de lange termijn van SiC MOSFET's.

Daarnaast is de stroomvoerende capaciteit van SiC-componenten laag, terwijl de kosten te hoog zijn. De kosten van SiC MOSFET-chips van hetzelfde niveau zijn 8 tot 12 keer zo hoog als die van op silicium gebaseerde IGBT's. Qua stroomverbruik wordt een SiC MOSFET ingeschakeld vóór de op silicium gebaseerde IGBT en vervolgens weer uitgeschakeld ná de IGBT. De IGBT kan ZVS (zero voltage switching) bereiken, wat de verliezen aanzienlijk kan verminderen.

Over het algemeen benaderen de elektrische eigenschappen van IGBT's 90% van die van SiC MOSFET-chips, terwijl de kosten slechts 25% van die van SiC MOSFET's bedragen. Daarom hebben hybride schakelmodules van SiC en silicium grote marktperspectieven, maar het zal nog even duren voordat puur SiC-componenten wijdverspreid raken in auto-energiesystemen. IGBT's blijven vooralsnog de belangrijkste speler op de markt.

De Chinese markt groeit.

China is een van de belangrijkste markten voor elektrische voertuigen, waarbij de verkoop van elektrische voertuigen in China meer dan de helft van de wereldwijde verkoop uitmaakt.

Tegen deze marktachtergrond hebben grote internationale halfgeleiderfabrikanten strategische partnerschappen gesloten met binnenlandse autofabrikanten. Zo hebben SAIC en Infineon in maart 2018 een joint venture opgericht: SAIC Infineon Semiconductor Company. Naar verluidt richt SAIC Infineon Semiconductor zich op de productie van IGBT-modules, met als doel SAIC en andere binnenlandse fabrikanten van elektrische voertuigen te bedienen, en streeft het naar een jaarlijkse productiecapaciteit van 1 miljoen sets.

Daarnaast heeft Wingtech Technology een meerderheidsbelang verworven in Nexperia, een bedrijf met een aanzienlijke expertise op het gebied van halfgeleidercomponenten voor de automobielindustrie. Meer dan 50% van de producten van Nexperia wordt in de automobielsector gebruikt. Volgens de planning zal Nexperia de productie in China geleidelijk uitbreiden.

Als we het concurrentielandschap van halfgeleiders voor de automobielindustrie vergelijken met de ontwikkelingsgeschiedenis van buitenlandse fabrikanten, zien we dat Chinese binnenlandse fabrikanten hoofdzakelijk twee ontwikkelingspaden volgen: enerzijds het verkrijgen van technologie en klantrelaties via overnames in de traditionele chipsector, anderzijds het ontwikkelen van vermogenshalfgeleiders voor elektrische voertuigen en chips voor slimme auto's.

Hoewel elektrificatie een nieuwe vraag naar halfgeleiders voor de automobielindustrie heeft gecreëerd, heeft het ook veel kansen geboden voor binnenlandse fabrikanten van halfgeleiders voor de automobielsector. Steeds meer binnenlandse fabrikanten ontwikkelen momenteel vermogenshalfgeleiders voor elektrische voertuigen. Representatieve fabrikanten zijn onder andere BYD, CRRC, Silan Microelectronics en de eerder genoemde fabrikanten.

De Chinese fabrikanten van halfgeleiders voor de automobielindustrie zijn echter nog relatief zwak en hebben een relatief klein marktaandeel. Het zal moeilijk zijn om op korte termijn een echte concurrentiepositie te verwerven ten opzichte van grote internationale fabrikanten; continue groei is noodzakelijk.

Disclaimer: Dit artikel is overgenomen uit "Semiconductor Industry Observation". Dit artikel geeft uitsluitend de persoonlijke mening van de auteur weer en vertegenwoordigt niet de standpunten van Sacco Micro en de industrie. Het is alleen bedoeld voor herpublicatie en verspreiding ter ondersteuning van de bescherming van intellectuele eigendomsrechten. Vermeld bij herpublicatie de oorspronkelijke bron en auteur. Neem bij inbreuk contact met ons op zodat we het artikel kunnen verwijderen.

Telefoonnummer van het bedrijf: +86-0755-83044319
Fax: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
Vraag: 3518641314 Manager Li

Vraag: 332496225 Manager Qiu

Adres: Kamer 809, Gebouw C, Zhantao Technologiegebouw, Minzhilaan 1079, Longhua Nieuw District, Shenzhen