Główne idee:

Oczekuje się, że półprzewodniki mocy zapoczątkują cykl wysokiego wzrostu w 2021 r. W 2018 r., napędzane szybkim wzrostem popytu na pojazdy elektryczne i popytem na inne układy scalone, które zajmowały 8-calowe moce produkcyjne, półprzewodniki mocy doświadczyły rundy niedoborów i wzrostów cen; w 2019 r., dotknięte spadkiem smartfonów, spadkiem liczby tradycyjnych samochodów i stałym rozwojem pojazdów elektrycznych, półprzewodniki mocy zachowywały się bez zmian; w 2020 r., dotknięte epidemią, popyt na półprzewodniki mocy nie był dobry w pierwszej połowie roku, ale po trzecim kwartale został dotknięty zasilaniem 5G, smartfonami, przemysłem, pojazdami elektrycznymi i IoT. Napędzany przez sprzęt itp. popyt znacznie wzrósł. Epidemia zagraniczna wpłynęła na podaż mocy produkcyjnych zagranicznych producentów, a niektóre produkty doświadczyły niedoborów i wzrostu cen. Oceniamy, że napędzane wieloma popytami, półprzewodniki mocy zapoczątkują cykl wysokiego wzrostu w 2021 r.

Perspektywa branżowa

W 2021 roku wzrost popytu + wzrost cen + substytucja krajowa przyniosą dobre możliwości rozwoju dla półprzewodników mocy: Dotknięte globalną epidemią nowej korony, globalne półprzewodniki mocy spadną w 2020 roku. QYResearch przewiduje spadek rok do roku o 9.1% w 2020 roku. Oczekuje się, że wzrośnie o 8.1% rok do roku w 2021 roku, napędzany popytem na telefony komórkowe 5G, pojazdy elektryczne i IoT. W czwartym kwartale 2020 roku czas dostawy produktów półprzewodnikowych mocy ON Semiconductor od Infineon, STMicroelectronics i Diodes został ogólnie wydłużony. Trend wzrostu cen niektórych produktów MOSFET był oczywisty, zwłaszcza Infineon. Krajowe marki również odnotowały niedobory i wzrosty cen. Ceny MOSFET-ów ogólnie wzrosły o 10-20%. W 2019 roku Chiny stały się największym na świecie rynkiem półprzewodników mocy, stanowiąc 35.9% globalnego rynku. Jednak wskaźnik samowystarczalności jest niski. Biorąc za przykład IGBT, wskaźnik samowystarczalności w 2019 roku wyniósł zaledwie 16.3%. Wierzymy, że w 2021 roku sektor półprzewodników mocy przyniesie dobre możliwości rozwoju, napędzane wzrostem popytu + wzrostem cen + substytucją krajową, a łańcuch branżowy na tym zyska.

Pojazdy napędzane nowymi źródłami energii przeżywają rozkwit, a popyt na tranzystory IGBT gwałtownie rośnie. Pojazdy napędzane nowymi źródłami energii wkraczają w okres szybkiego wzrostu. W listopadzie 2020 r. produkcja i sprzedaż pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii wyniosły odpowiednio 198 000 i 200 000, co oznacza wzrost rok do roku o odpowiednio 75.1% i 104.9%. Przewiduje się, że globalna liczba pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii osiągnie 11 milionów w 2025 r., z czego 50% przypadnie na Chiny. Pojazdy napędzane nowymi źródłami energii wymagają dużej liczby nowych półprzewodników mocy. Pojazd hybrydowy 48 V wymaga wzrostu o ponad 90 USD, a pojazd elektryczny lub hybrydowy wymaga wzrostu o ponad 330 USD. Oczekuje się, że skumulowana roczna stopa wzrostu modułów IGBT dla przemysłu motoryzacyjnego osiągnie 23.5% w latach 2018–2023. Półprzewodniki mocy dla przemysłu motoryzacyjnego są trudne w produkcji i wysoce skoncentrowane, a kluczową przewagę mają producenci europejscy i amerykańscy. W 2019 roku największą firmą na świecie był Infineon z udziałem w rynku wynoszącym 25.5%, a drugą co do wielkości firmą była STMicroelectronics z udziałem w rynku wynoszącym 13.9%. Pięć największych firm odpowiadało łącznie za 62.1%, co wskazuje na wysoki stopień koncentracji. Chińskie firmy mają słabe podstawy w dziedzinie półprzewodników mocy dla motoryzacji, ale chińskie pojazdy elektryczne rozwijają się dynamicznie w ostatnich latach, co napędza również rozwój branży IGBT. Infineon zajął pierwsze miejsce w chińskim sektorze IGBT dla nowych pojazdów energetycznych w 2019 roku, odpowiadając za 49.3%, następnie BYD, który dostarcza głównie własne produkty, odpowiadając za 20%, a Star Semiconductor zajął trzecie miejsce z udziałem w rynku wynoszącym 16.6% i szybkim wzrostem.

Wydajność półprzewodników trzeciej generacji jest doskonała, a popyt rośnie. SiC jest stosowany głównie w sprzęcie AGD, nowych źródłach energii (pojazdy elektryczne, energetyka wiatrowa, fotowoltaika) oraz w zastosowaniach przemysłowych. Przewiduje się, że wartość rynku urządzeń zasilających z węglika krzemu przekroczy 10 miliardów dolarów w 2027 roku. W zastosowaniach motoryzacyjnych tranzystory MOSFET z węglika krzemu (SiC) wyraźnie przewyższają pod względem wydajności, co pozwala na redukcję strat oraz zmniejszenie objętości i masy modułu. Model 3 był pierwszym, w którym zastosowano tranzystor MOSFET z SiC, zapoczątkowując zastosowanie SiC w pojazdach elektrycznych. W 2020 roku BYD Han również wykorzystał moduły SiC, co skutecznie poprawiło przyspieszenie, moc i wytrzymałość. Model Mirai, pojazd Toyota z ogniwami paliwowymi, jest wyposażony w SiC, co pozwoliło zmniejszyć objętość modułu zasilającego o 30% i straty o 70%. Wierzymy, że wraz ze spadkiem kosztów i stopniowym dojrzewaniem technologii, SiC ma dobrą przestrzeń do zastosowań w pojazdach elektrycznych.

Kluczowe przedsiębiorstwa: Star Semiconductor, Hua Hong Semiconductor, China Resources Micro, Silan Micro i New Clean Energy.

Ostrzeżenie o ryzyku: Rozwój pojazdów elektrycznych nie spełnia oczekiwań, sprzedaż smartfonów nie spełnia oczekiwań, a postęp 5G jest niższy od oczekiwanego.

1. Szeroki zakres zastosowań i stały rozwój branży półprzewodników mocy

1.1 Oczekuje się, że średnioroczna stopa wzrostu światowego rynku półprzewodników mocy w latach 2019–2025 wyniesie 4.3%.

Półprzewodniki mocy są szeroko stosowane w różnych produktach elektronicznych. Wartość rynku półprzewodników mocy w 2019 roku wyniosła 17.5 mld USD. Yole prognozuje, że do 2025 roku wartość rynku osiągnie 22.5 mld USD, a średnioroczny wzrost w latach 2019-2025 wyniesie 4.3%.

Całkowita średnia roczna stopa wzrostu modułów IGBT w latach 2019–2025 wynosi 18%. Dzięki szybkiemu rozwojowi nowych źródeł energii (pojazdy elektryczne, energetyka wiatrowa i fotowoltaika) oraz branży sterowania przemysłowego, przewiduje się, że całkowita wartość modułów IGBT osiągnie 5.4 mld USD w 2025 roku, co będzie stanowić 24% całego rynku półprzewodników mocy.

Największy udział ma sektor motoryzacyjny, a następnie silniki. W 2019 r. kierunek motoryzacyjny (w tym EV, HEV, krzemowy MOSFET) wyniósł 1.5 mld USD, napęd silnikowy (napęd silnikowy, moduł IGBT) wyniósł 1.4 mld USD, smartfony i sprzęt bezprzewodowy (krzemowy MOSFET) wyniósł 1.3 mld USD, technologia komputerowa (obliczanie) i przechowywanie (krzemowy MOSFET) wyniósł 1.2 mld USD, kierunek przemysłowy (krzemowy MOSFET) wyniósł 1.1 mld USD, a kierunek EV i HEV (moduły IGBT) wyniósł 600 mln USD (pozostałe 10.4 mld USD). Sądząc po proporcji (ilości) różnych komponentów na rynku półprzewodników mocy, krzemowy MOSFET stanowi 45%. Innym ważnym komponentem jest moduł IGBT, którego wielkość rynku w 2019 r. wyniosła 3.7 mld USD. Zastosowania w przemyśle, falowniki regeneracyjne, EV i HEV przyciągnęły wiele uwagi (szczególnie EV i HEV jako najnowszy kierunek zastosowań).

Szybki wzrost motoryzacyjnych tranzystorów MOSFET z węglika krzemu (SiC). Ze względu na popyt ze strony producentów samochodów, takich jak Tesla w Stanach Zjednoczonych i BYD w Chinach, moduły krzemowe stopniowo zastępują moduły IGBT jako główne falowniki. Przewiduje się, że rynek tranzystorów MOSFET z węglika krzemu (SiC) również będzie rósł ze względu na rozwój pojazdów elektrycznych i hybrydowych (HEV). Dyskretne tranzystory SiC będą w przyszłości konkurować z tranzystorami MOSFET jako wydajne systemy ładowania pojazdów.

1.2 Chiński rynek półprzewodników mocy zajmuje pierwsze miejsce na świecie, a wiodące krajowe firmy rozwijają się szybko

W 2019 r. chiński rynek półprzewodników mocy stanowił 35.9% rynku światowego: Chiny są największym na świecie konsumentem urządzeń mocy, a wszystkie najważniejsze produkty w segmencie urządzeń mocy zajmują czołowe miejsca pod względem udziału w chińskim rynku.

Globalny udział w rynku krajowych liderów jest nadal bardzo niski, a luka w stosunku do międzynarodowych gigantów jest wyraźna: podobnie jak w całym przemyśle półprzewodnikowym, w porównaniu z zagranicznymi producentami IDM urządzeń mocy, roczna sprzedaż krajowych wiodących firm produkujących urządzenia mocy (China Resources Micro, Star Semiconductor, New Clean Energy, Yangjie Technology, China Microelectronics, Silan Micro itp.) znacznie różni się od sprzedaży międzynarodowych gigantów, a struktura produktów jest niskiej jakości, co wskazuje na wielkość rynku chińskich urządzeń mocy. Istnieje poważna niedopasowanie między modelem a wskaźnikiem autonomii, a także istnieje ogromne pole do krajowej substytucji. Obecnie chiński przemysł półprzewodników mocy rozwija się szybko. Wingtech Technology przejął Nexperię, a szereg firm produkujących półprzewodniki mocy, takich jak Star Semiconductor, China Resources Micro i New Clean Energy, zostało notowanych jedna po drugiej i rośnie.

2. Napędzane popytem, ​​półprzewodniki mocy rozpoczną cykl intensywnego wzrostu w 2021 r.

2.1 Wydłuża się czas dostaw głównych międzynarodowych producentów półprzewodników mocy

W czwartym kwartale 2020 roku czas dostawy tranzystorów MOSFET, IGBT i innych produktów firmy Infineon uległ znacznemu wydłużeniu, przy czym najdłuższy czas dostawy wyniósł aż 30 tygodni. Wśród nich, ceny tranzystorów MOSFET niskiego i wysokiego napięcia oraz tranzystorów lotniczych dla lotnictwa wojskowego rosną. Czas dostawy półprzewodników mocy firmy STMicroelectronics wykazywał tendencję do ogólnego wydłużania, a ceny pozostały stabilne.

W czwartym kwartale 2020 roku wydłużył się czas dostawy produktów MOSFET i tranzystorów firmy Diodes, przy czym najdłuższy cykl dostaw wyniósł 20 tygodni, a ceny MOSFET-ów niskonapięciowych wykazują tendencję wzrostową. Wydłużył się również czas dostawy produktów serii mocy firmy ON Semiconductor, a ceny MOSFET-ów wysoko- i niskonapięciowych wykazują tendencję wzrostową.

2.2 Trend wzrostu cen tranzystorów MOSFET półprzewodnikowych mocy jest oczywisty

Wzrosty cen tranzystorów MOSFET wahają się od 10 do 20%. Według danych z badań branżowych, w okresie od listopada do grudnia 2020 roku, zagraniczne marki, zwłaszcza Infineon, były niedostępne. Marki krajowe również odnotowały niedobory i wzrosty cen. Ceny tranzystorów MOSFET na rynku wzrosły generalnie o 10-20%.

Chiny to kraj o dużym zapotrzebowaniu na tranzystory MOSFET, ale silnie uzależniony od importu. Według danych IHS, globalna wartość rynku tranzystorów MOSFET w 2019 roku wyniosła 7.6 mld USD, z czego 39% przypadało na rynek krajowy. Z perspektywy struktury rynku tranzystorów MOSFET, Infineon, ON Semiconductor, Toshiba, ST i Renesas łącznie odpowiadają za 61% udziału w rynku krajowym. Główni międzynarodowi producenci borykają się z niedoborami podaży i oczywistymi niedoborami.

Popyt gwałtownie wzrósł, a niewystarczające moce produkcyjne 8-calowych tranzystorów spowodowały niedobory i wzrost cen. Elektryfikacja samochodów przyniosła ogromny wzrost zapotrzebowania na tranzystory MOSFET. Zapotrzebowanie na energooszczędność i ochronę środowiska w urządzeniach elektronicznych nie tylko napędzało wzrost popytu, ale także doprowadziło do szybkiej modernizacji struktury produktu. Początek procesu komercjalizacji 5G spowodował wykładniczy wzrost popytu na tranzystory MOSFET. Prognozuje się, że w dziedzinie zasilania akumulatorów i zasilania komunikacji 5G popyt wzrośnie w tym roku o 20-30%. Skumulowany popyt w pierwszej połowie roku na komputery, urządzenia gospodarstwa domowego i szybkie ładowanie został stopniowo zaspokojony. Od strony podaży, MOSFET opiera się głównie na odlewniach płytek 8- i 6-calowych, przy czym 12-calowe i mniejsze stanowią ponad 80%. Według informacji z badań branżowych, moce produkcyjne głównych odlewni płytek 8-calowych są obecnie pełne. Na przykład wskaźniki wykorzystania mocy produkcyjnych krajowych odlewni płytek 8-calowych, takich jak Huahong i China Resources Micro, są bliskie pełnego wykorzystania mocy produkcyjnych, a odlewnia płytek 8-calowych UMC będzie w pełni obciążona do drugiej połowy 2021 r.

Firma Diodes (USA i Tajwan) zacznie podnosić ceny niektórych produktów od 1 stycznia 2021 r. W powiadomieniu o podwyżce cen dla klientów firma Diodes (USA i Tajwan) poinformowała, że ​​w związku z epidemią COVID-19 firma boryka się z problemami związanymi ze wzrostem kosztów i wydłużonym czasem dostaw od dostawców. W związku z tym od 1 stycznia 2021 r. nastąpi podwyższenie cen niektórych produktów.

Produkty Silan Micro SGT MOS wzrosły o 20%. 9 grudnia firma Hangzhou Silan Microelectronics poinformowała, że ​​ze względu na rosnące ceny płytek półprzewodnikowych MOS i materiałów opakowaniowych, a także wpływ ograniczenia mocy produkcyjnych, koszty produktów powiązanych z naszą firmą nadal rosną. Aby zapewnić dostawy produktów i utrzymać dobre relacje biznesowe, firma dokładnie przeanalizowała sytuację i podjęła decyzję, że od 9 grudnia 2020 r. cena naszych produktów SGT MOS wzrośnie o 20% w tym miesiącu.

Xinjie Energy podniesie ceny niektórych produktów od 1 stycznia 2021 roku. 21 grudnia 2020 roku Wuxi New Clean Energy również wydało klientom zawiadomienie o korekcie cen. W zawiadomieniu stwierdzono, że ze względu na ciągły wzrost kosztów surowców i opakowań w górnym biegu łańcucha dostaw, ograniczone moce produkcyjne i wydłużone cykle produkcyjne, koszty produktów znacznie wzrosły, a pierwotna cena jest trudna do zaspokojenia potrzeb podażowych.

Oczekuje się, że w 2021 roku półprzewodniki mocy rozpoczną okres intensywnego wzrostu. W 2018 roku, napędzany gwałtownym wzrostem popytu na pojazdy elektryczne i popytem na inne układy scalone, które zajmowały moce produkcyjne w segmencie 8-calowych matryc, półprzewodniki mocy doświadczyły serii niedoborów i wzrostów cen. W 2019 roku, pod wpływem spadku popularności smartfonów i samochodów tradycyjnych oraz stałego rozwoju pojazdów elektrycznych, półprzewodniki mocy utrzymały się na stabilnym poziomie. W 2020 roku, pod wpływem epidemii, popyt na półprzewodniki mocy w pierwszej połowie roku nie był wysoki, ale po trzecim kwartale, pod wpływem zasilaczy 5G, smartfonów, szybkiego ładowania, przemysłu, pojazdów elektrycznych oraz urządzeń IoT (Internet Rzeczy) popyt znacznie wzrósł, a niektóre produkty odnotowały niedobory i wzrosty cen. Przewidujemy, że w 2021 roku półprzewodniki mocy rozpoczną okres intensywnego wzrostu.

3. Duży popyt na pojazdy elektryczne + napędzany popytem w wielu dziedzinach + zastąpienie krajowe, IGBT ma obiecującą przyszłość

3.1 IGBT – klejnot w koronie urządzeń mocy, procesorów w urządzeniach i systemach elektroniki mocy

IGBT to zintegrowany półprzewodnikowy element mocy o złożonej zasadzie działania. Strukturalnie IGBT integruje niemal wszystkie podstawowe struktury elementów półprzewodnikowych, takich jak diody, tranzystory BJT, tranzystory polowe złączowe, tranzystory JFET, tranzystory MOSFET i tyrystorowe SCR. Zmiany parametrów strukturalnych IGBT powodują odpowiednie zmiany w jego wydajności. Pod względem technologii procesowej, IGBT wykorzystuje technologię układów scalonych MOS do integracji mocy na dużym obszarze. Konstrukcja pokazuje, że rozmiar komórki elementarnej jest zmniejszony. Im więcej komórek zintegrowanych równolegle, tym spadek napięcia w stanie przewodzenia (straty przewodzenia) stopniowo maleje.

Technologia IGBT jest opracowywana od ponad 30 lat i przeszła głównie przez 6 generacji udoskonaleń technologicznych i procesowych. Pod względem strukturalnym, IGBT można podzielić na tranzystory o strukturze pionowej, tranzystory o strukturze bramki IGBT oraz tranzystory z technologią przetwarzania płytek krzemowych. Głównym trendem rozwojowym jest redukcja strat.

IGBT nadaje się do zastosowań wysokonapięciowych: IGBT to kompozytowy element półprzewodnikowy mocy składający się z tranzystora bipolarnego (BJT) i tranzystora MOSFET. Posiada on nie tylko zalety tranzystora MOSFET, takie jak wysoka prędkość przełączania, wysoka impedancja wejściowa, mała moc sterowania, prosty układ sterowania i małe straty przełączania, ale także zalety tranzystora BJT, takie jak niskie napięcie włączenia, duży prąd w stanie włączenia i małe straty. Nie ma sobie równych wśród innych elementów mocy pod względem wysokiego napięcia, dużego prądu i dużej prędkości. Dlatego jest to idealny element przełączający w dziedzinie elektroniki mocy i główny kierunek rozwoju przyszłych zastosowań. Stabilność tranzystora IGBT jest nieco gorsza niż tranzystora MOSFET i wyższa niż tranzystora BJT. Jednak napięcie wytrzymywane tranzystora IGBT jest łatwiejsze do zwiększenia niż tranzystora MOSFET i nie jest on łatwy do uszkodzenia z powodu przebicia wtórnego, co czyni go odpowiednim do zastosowań wysokonapięciowych.

Jako podstawowe urządzenie w dziedzinie sterowania i automatyki przemysłowej, moduły IGBT są szeroko stosowane w wielu dziedzinach, takich jak energooszczędność silników, transport kolejowy, inteligentne sieci energetyczne, przemysł lotniczy i kosmiczny, urządzenia gospodarstwa domowego, elektronika samochodowa, wytwarzanie energii z nowych źródeł, pojazdy z nowymi źródłami energii itp. Wraz z rozwojem pojazdów z nowymi źródłami energii i popularnością białych urządzeń o zmiennej częstotliwości, rynek tranzystorów IGBT stale się rozwija. Moduły te nie tylko poprawiają poziom automatyzacji i dokładność sterowania urządzeniami w zastosowaniach przemysłowych, ale także znacznie zwiększają wydajność energetyczną, jednocześnie zmniejszając objętość i wagę produktów oraz oszczędzając materiały.

IGBT ma znaczące zalety powyżej 600 V i obecnie może być stosowany do wysokiego napięcia 6500 V. W dziedzinie wysokich napięć, tranzystory MOSFET SiC stanowią konkurencję dla IGBT, ale ich koszt jest nadal wysoki.

Wraz z ciągłą modernizacją aplikacji pojawiły się nowe wymagania dotyczące układów i modułów IGBT. Układy te muszą mieć mniejszy rozmiar i zapewniać szybkie przełączanie. Wymagane jest, aby układy IGBT przenosiły wyższe napięcie i prąd, a także charakteryzowały się niskimi stratami i wysoką niezawodnością.

Moduły mocy klasy samochodowej wymagają wyższej niezawodności działania elektrycznego, dłuższej żywotności, większej oszczędności energii, silnych właściwości przeciwzakłóceniowych, małej wagi, kompaktowych rozmiarów itp.

Aby sprostać różnorodnym potrzebom aplikacji, technologia obudów modułów mocy również ciągle się rozwija, głównie obejmując nowe technologie dla urządzeń krzemowych, zmniejszanie oporu cieplnego, nowe metody spawania układów scalonych, dwustronne rozpraszanie ciepła, poprawę integracji itp.

3.2 Pojazdy napędzane nowymi źródłami energii są główną siłą napędową rozwoju modułów IGBT

Wartość półprzewodników mocy w pojazdach zasilanych nowymi źródłami energii znacznie wzrosła: wartość nowych urządzeń mocy pochodzi głównie z „trzech układów zasilania” w samochodach, obejmujących sterowanie mocą, napęd elektryczny i systemy akumulatorowe. W jednostce sterowania mocą moduły IGBT lub SiC przetwarzają prąd stały wysokiego napięcia na prąd przemienny, który napędza silnik trójfazowy; w pokładowych ładowarkach, przetwornicach AC/DC i DC/DC, stosuje się pojedyncze tranzystory IGBT lub SiC, MOS i SBD; w wysokonapięciowych sterownikach pomocniczych, takich jak elektryczne wspomaganie kierownicy, pompy wody, pompy oleju, PTC i sprężarki klimatyzacji, stosuje się pojedyncze tranzystory IGBT lub moduły; w systemach start-stop ISG w pojazdach elektrycznych, pojedyncze tranzystory MOS są stosowane w sterownikach niskonapięciowych, takich jak wycieraczki szyb.

(1) Elektryczny układ sterowania prędkością: W nowym systemie sterowania prędkością silnika pojazdu energetycznego występują dwa główne rodzaje urządzeń mocy: przetwornice (choppery) dla silników prądu stałego i falowniki (falowniki) dla silników prądu przemiennego. (1) Przetwornice (choppery): W systemach sterowania prędkością silnika prądu stałego zazwyczaj stosuje się przetwornice (choppery). Obwód mocy jest stosunkowo prosty, a sprawność stosunkowo wysoka. Wraz z rozwojem urządzeń mocy, częstotliwość przetwornicy (chopperów) może sięgać kilku tysięcy herców, dlatego doskonale nadają się one do regulacji prędkości w trakcji prądu stałego. Pojazdy energetyczne napędzane są silnikami prądu stałego. Niezależnie od tego, czy są to silniki szeregowe, czy silniki obcowzbudne, przetwornice (choppery) służą jako przetwornice mocy. Urządzenia mocy przetwornic (chopperów) wykorzystują głównie tranzystory MOSFET i tranzystory BJT. (2) W trybie konwersji DC/DC falownika istnieją zazwyczaj dwie metody: przetwornica DC z przetwornicą oraz przetwornica DC/DA. Ponieważ napięcie zasilania pojazdów energetycznych jest niskie, zastosowanie pierwszej metody spowoduje zbyt dużą liczbę połączeń przesyłowych, co obniży sprawność całego systemu. Przetwornica napięcia PWM charakteryzuje się prostym obwodem, niewielką liczbą połączeń i wysoką sprawnością. Ponadto pojawiły się rezonansowe przetwornice DC i wysokoczęstotliwościowe rezonansowe przetwornice AC. Dzięki zastosowaniu technologii przełączania przy zerowym napięciu lub zerowym prądzie, przetwornica rezonansowa charakteryzuje się małymi stratami przełączania, niskim poziomem zakłóceń elektromagnetycznych, niskim poziomem szumów, wysoką gęstością mocy i wysoką niezawodnością.

(2) Przetwornica energii: Głównym elementem przetwornicy energii w pojazdach elektrycznych jest element mocy. Obecnie powszechnie stosowane elementy mocy to tranzystory CTO, tranzystory BJT, tranzystory MOSFET, tranzystory IGBT, tranzystory SITSITH i tranzystory MCT. Spośród nich tranzystory CTO i MCT charakteryzują się dużą szybkością przełączania, wysoką zdolnością przesyłu energii, doskonałymi właściwościami dynamicznymi i wysoką niezawodnością. Doskonale nadają się do napędzania pojazdów elektrycznych. Jednocześnie elementy mocy mogą wpływać na strukturę przetwornicy energii. Przetwornice DC-DC i DC-AC są stosowane odpowiednio w silnikach prądu stałego i przemiennego.

(3) Ładowarka pokładowa: Rozwój ładowarek pokładowych jest niezbędnym warunkiem rozwoju pojazdów elektrycznych, ponieważ mogą one skutecznie uzupełniać zasilanie z sieci prądu przemiennego do akumulatora każdego pojazdu elektrycznego. Funkcją ładowarki jest konwersja prądu przemiennego na prąd stały, co wymaga zastosowania urządzeń zasilających, takich jak tranzystory IGBT. Pojazdy elektryczne stawiają nowe wymagania tym urządzeniom. Wymagają one nie tylko dwuetapowego ładowania prądem stałym i stałym napięciem, ale także wysokiej wydajności, niewielkiej masy, licznych funkcji zabezpieczających, takich jak samokontrola i automatyczne ładowanie, a także możliwości programowania krzywej ładowania, monitorowania temperatury akumulatora i braku zanieczyszczenia sieci energetycznej.

(4) Kolumny ładowania: Jako niezbędna podstawowa infrastruktura wspomagająca pojazdy zasilane nowymi źródłami energii, branża kolumn ładowania w moim kraju również znajduje się w fazie dynamicznego rozwoju, a przyszła przestrzeń rynkowa jest szeroka. Statystyki firmy Infineon wskazują, że kolumna ładowania o mocy 100 kW wymaga urządzenia o wartości 200–300 USD, a moduł IGBT jest kluczowym elementem kolumny ładowania.

Różne pojazdy elektryczne wymagają różnej ilości półprzewodników mocy. Wraz ze wzrostem liczby pojazdów elektrycznych, półprzewodniki mocy do samochodów będą rosły zarówno pod względem ilości, jak i cen.

Według danych Infineon, w 2020 roku pojazdy z łagodnym napędem hybrydowym 48 V będą musiały wydać 90 dolarów na półprzewodniki mocy, a pojazdy elektryczne i hybrydy będą musiały wydać 330 dolarów na półprzewodniki mocy.

W 2019 roku globalna liczba pojazdów elektrycznych osiągnęła 2.21 miliona, co oznacza wzrost o 10% w ujęciu rok do roku. Sprzedaż nowych pojazdów elektrycznych w Chinach wyniosła 1.206 miliona, co oznacza spadek o 4.0% w ujęciu rok do roku.

W listopadzie 2020 r. produkcja i sprzedaż nowych pojazdów energetycznych wyniosły odpowiednio 198 000 i 200 000 sztuk, co oznacza wzrost rok do roku o 75.1% i 104.9%. Od stycznia do listopada 2020 r. produkcja i sprzedaż nowych pojazdów energetycznych wyniosły odpowiednio 1.119 mln i 1.109 mln, z czego produkcja spadła o 0.1% rok do roku, a sprzedaż wzrosła o 3.9% rok do roku.

BloombergNEF prognozuje, że globalna liczba nowych pojazdów elektrycznych osiągnie 11 milionów w 2025 roku, z czego 50% przypadnie na Chiny. Oczekuje się, że w 2030 roku liczba ta osiągnie 28 milionów, a w 2040 roku 56 milionów. Do tego czasu sprzedaż pojazdów elektrycznych będzie stanowić 57% całkowitej sprzedaży nowych samochodów.

Półprzewodniki mocy dla motoryzacji są trudne w produkcji i silnie skoncentrowane, a kluczową przewagę mają producenci europejscy i amerykańscy. W 2019 roku globalny rynek półprzewodników dla motoryzacji osiągnął wartość 37.2 mld USD. Infineon zajął pierwsze miejsce z udziałem w rynku wynoszącym 13.4%, a pięć największych firm łącznie odpowiadało za 49.1%. Największą firmą na świecie w branży półprzewodników mocy dla motoryzacji jest Infineon z udziałem w rynku wynoszącym 25.5%. Drugą co do wielkości firmą jest STMicroelectronics z udziałem w rynku wynoszącym 13.9%. Pięć największych firm odpowiada łącznie za 62.1% rynku, co wskazuje na wysoki stopień koncentracji.

? Firma Star Semiconductor dynamicznie się rozwija. Chińskie samochody mają słabe podstawy i powolny rozwój w dziedzinie półprzewodników mocy dla motoryzacji. Jednak chińskie pojazdy elektryczne rozwijały się dynamicznie w ostatnich latach, co również napędzało rozwój branży IGBT. Według danych Zos Automotive Research, w 2019 roku Infineon zajął pierwsze miejsce w chińskim segmencie IGBT dla nowych pojazdów energetycznych, odpowiadając za 49.3% sprzedaży. Na kolejnym miejscu znalazła się firma BYD, która dostarcza głównie własne produkty, z 20% udziałem. Star Semiconductor zajęła trzecie miejsce z udziałem w rynku na poziomie 16.6%.

3.3 Kontrola przemysłowa, nowa energia, konwersja częstotliwości urządzeń gospodarstwa domowego i inne dziedziny sprzyjają stabilnemu rozwojowi IGBT

Półprzewodniki mocy są coraz częściej wykorzystywane w branży zarządzania energią. W przyszłości sterowanie przemysłowe, nowe źródła energii, urządzenia gospodarstwa domowego o zmiennej częstotliwości, centra danych, 5G, IoT i inne dziedziny będą głównymi obszarami dynamicznego rozwoju półprzewodników mocy, a popyt na tranzystory IGBT będzie nadal rósł.

3.3.1 Sterowanie przemysłowe to największy obszar zastosowań IGBT, na który zapotrzebowanie stale rośnie

Moduły IGBT stanowią podstawowe komponenty w tradycyjnych przemysłowych systemach sterowania i zasilania, takich jak przetwornice częstotliwości i spawarki inwertorowe, i są szeroko stosowane w tej dziedzinie. Wraz ze stopniowym ożywieniem na rynkach przemysłowych systemów sterowania i zasilania, oczekuje się, że rynek modułów IGBT w tej dziedzinie również będzie stopniowo rósł.

1) Branża przetwornic częstotliwości: Moduły IGBT pełnią nie tylko rolę tradycyjnych tranzystorów w przetwornicach częstotliwości, ale również zawierają element prostowniczy. Sygnał sinusoidalny generowany przez sterownik jest izolowany przez sprzężenie optyczne, a następnie trafia do tranzystora IGBT. Tranzystor IGBT przekształca wyprostowany prąd stały o napięciu 380 V (220 V) w prąd przemienny, który jest następnie ponownie przetwarzany na wyjściu, zgodnie ze zmianą sygnału.

? Rynek przetwornic częstotliwości w moim kraju generalnie rośnie. Przetwornice częstotliwości wkroczyły do ​​sektora nowych źródeł energii i będą utrzymywać stały wzrost w takich gałęziach przemysłu, jak hutnictwo, wydobycie węgla i petrochemia. W obliczu rosnącej urbanizacji, popyt na przetwornice częstotliwości w przedsiębiorstwach użyteczności publicznej, takich jak administracja miejska i transport kolejowy, będzie nadal rósł, co będzie sprzyjać ekspansji rynku. W ciągu najbliższych kilku lat rynek falowników wysokiego napięcia o wysokiej sprawności i funkcjach oszczędzania energii będzie nadal rósł, napędzany polityką. Do 2023 roku wartość rynku falowników wysokiego napięcia osiągnie około 17.5 miliarda juanów.

2) Branża spawarek inwertorowych: Inwertorowy zasilacz do spawania łukowego, znany również jako inwertorowy zasilacz do spawania łukowego, to nowy typ zasilacza do spawania. Ten typ zasilacza zazwyczaj przetwarza trójfazowe napięcie sieciowe prądu przemiennego o częstotliwości (50 Hz) na prąd stały poprzez prostowanie i filtrowanie przez prostownik wejściowy, a następnie przekształca je na napięcie przemienne o częstotliwości pośredniej, od kilku tysięcy herców do dziesiątek tysięcy herców, poprzez przemienne działanie przełączające tranzystorów elektronicznych dużej mocy (IGBT). Jednocześnie jest ono redukowane do napięcia kilkudziesięciu woltów, odpowiedniego do spawania, za pośrednictwem transformatora, a następnie ponownie prostowane i filtrowane przez reaktancję, aby uzyskać dość stabilny prąd stały do ​​spawania.

Według danych Narodowego Urzędu Statystycznego (NIU), produkcja spawarek elektrycznych w moim kraju w 2018 roku wyniosła 8.533 mln sztuk, co stanowi wzrost o 584 600 sztuk w porównaniu z rokiem 2017. Ciągłe ożywienie na rynku spawarek zapewni również stopniowy wzrost popytu na tranzystory IGBT.

3.3.2 Produkcja energii fotowoltaicznej i wiatrowej rozwija się szybko, a IGBT wita nowe czynniki wzrostu

? Ponieważ energia elektryczna produkowana przez nową generację energii nie spełnia wymagań sieci, musi zostać przekształcona w prąd stały za pomocą falownika fotowoltaicznego lub falownika wiatrowego, a następnie przekształcona w prąd przemienny, który spełnia wymagania sieci, zanim zostanie do niej wprowadzona. Moduły IGBT są podstawowymi komponentami falowników fotowoltaicznych i falowników wiatrowych. Szybki rozwój branży wytwarzania nowej energii stanie się kolejną siłą napędową dalszego wzrostu branży modułów IGBT. Globalna produkcja energii w 2015 r. wyniosła 6414 GW i oczekuje się, że globalna produkcja energii osiągnie 8647 GW w 2025 r., przy 10-letnim CAGR na poziomie 3.0%, z czego wytwarzanie energii ze źródeł odnawialnych ma szybsze tempo wzrostu, ze CAGR na poziomie 5.9%; W dalszej analizie, tempo wzrostu wytwarzania energii słonecznej i wiatrowej jest wyższe niż skumulowany wskaźnik wzrostu wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych, a 15-25-letni roczny wskaźnik wzrostu (CAGR) wytwarzania energii słonecznej wynosi 16.4%, co jest znacznie wyższym wskaźnikiem niż średni wskaźnik wzrostu w branży. Z perspektywy regionalnej, energetyka wiatrowa rozwija się dynamicznie w Chinach, Europie i Stanach Zjednoczonych, podczas gdy energetyka słoneczna rozwija się dynamicznie w Chinach, Europie, Stanach Zjednoczonych i innych regionach Azji i Pacyfiku.

Energetyka wiatrowa: Energetyka wiatrowa jest aktywnie rozwijana głównie przez Chiny i Stany Zjednoczone. W perspektywie średnio- i długoterminowej produkcja energii wiatrowej stale rośnie. W porównaniu z produkcją energii cieplnej, zapotrzebowanie na półprzewodniki w elektrowniach wiatrowych na 1 MW jest 30 razy większe niż w elektrowniach cieplnych. Moc turbin wiatrowych wynosiła 1.5 MW w 2011 roku i wzrosła do 2-3 MW w 2017 roku. Stały wzrost produkcji energii wiatrowej będzie generował nowe zapotrzebowanie na półprzewodniki mocy.

? Wytwarzanie energii słonecznej: IHS prognozuje, że skumulowana stopa wzrostu popytu na moduły IGBT w sektorze wytwarzania energii słonecznej wyniesie 9.0% w latach 2016–2021. Aby skutecznie sprostać potrzebom w zakresie wytwarzania zielonej energii słonecznej i podłączenia falowników do sieci, niezbędne jest odpowiednie połączenie elementów sterujących, sterowników i urządzeń mocy wyjściowej. IGBT to nieunikniony wybór w zakresie przełączników mocy, a falownik fotowoltaiczny będzie również jedną z pierwszych partii urządzeń opartych na węgliku krzemu (SiC), co znacząco zwiększy wartość IGBT.

Chińscy producenci falowników fotowoltaicznych, a także IGBT, notują wzrost. Obecnie lokalni producenci, głównie Huawei i Sungrow, nadal dokonują przełomów na rynku falowników fotowoltaicznych. Według statystyk SolarEdge, w 2018 roku udział Huawei w globalnym rynku falowników osiągnął 22%, zajmując pierwsze miejsce na świecie pod względem udziału w rynku, a udział Sungrow wyniósł 15%, zajmując drugie miejsce na świecie. Szczególnie na rynku falowników trójfazowych, udział Huawei w 2017 roku osiągnął 56%, co zapewniło mu znaczącą przewagę rynkową. Szybki rozwój chińskich producentów falowników fotowoltaicznych przyniósł znaczące korzyści lokalizacyjne w zakresie zastępowania krajowych IGBT.

3.3.3 Przetwarzanie częstotliwości w urządzeniach gospodarstwa domowego na całym świecie przyspiesza penetrację, a IGBT stoi przed dobrymi możliwościami rozwoju

Moduł IGBT jest kluczowym elementem falownika o zmiennej częstotliwości do urządzeń domowych. Funkcja otwierania i zamykania IGBT o wysokiej częstotliwości zapewnia następujące korzyści: 1. Małe straty przewodzenia i przełączania; 2. Doskonała wydajność EMI, która może spełnić wymagania EMI poprzez zmianę rozmiaru rezystora sterującego, przy jednoczesnym utrzymaniu strat przełączania w rozsądnym zakresie; 3. Wysoka odporność na zwarcia; 4. Małe skoki napięcia (w celu ochrony urządzeń domowych). Jako największy na świecie rynek i baza produkcyjna urządzeń gospodarstwa domowego, Chiny rozwijają również rynek IGBT na dużą skalę. Biorąc za przykład branżę klimatyzacyjną, Chiny, jako największy na świecie rynek i baza produkcyjna urządzeń gospodarstwa domowego, również rozwijają rynek IPM na dużą skalę.

Konwersja częstotliwości w urządzeniach gospodarstwa domowego może znacząco oszczędzać energię. W porównaniu z tradycyjnymi urządzeniami gospodarstwa domowego, urządzenia o zmiennej częstotliwości mają oczywiste, wrodzone zalety w zakresie efektywności energetycznej, wydajności i inteligentnego sterowania. W ostatnich latach urządzenia gospodarstwa domowego z konwersją częstotliwości znajdują się w fazie kompleksowego rozwoju i są stosowane głównie w klimatyzatorach, kuchenkach mikrofalowych, lodówkach, podgrzewaczach wody i innych urządzeniach o dużym poborze mocy. Na przykład, w porównaniu z lodówkami bez zmiennej częstotliwości, lodówki o zmiennej częstotliwości charakteryzują się dłuższą żywotnością, niższym poziomem hałasu i pozwalają zaoszczędzić 40% zużycia energii.

? Prognozuje się, że wskaźnik penetracji konwersji częstotliwościowej urządzeń gospodarstwa domowego w 2022 roku wyniesie 65%. Według statystyk IHS, globalna sprzedaż urządzeń gospodarstwa domowego w 2017 roku wyniosła około 711 milionów sztuk, z czego 467 milionów stanowiły urządzenia o stałej częstotliwości, co stanowi 66%, podczas gdy liczba urządzeń o zmiennej częstotliwości wyniosła 244 miliony sztuk, co stanowi 34%. Oczekuje się, że wolumen sprzedaży urządzeń gospodarstwa domowego o zmiennej częstotliwości osiągnie 585 milionów sztuk do 2022 roku, co stanowi 65%, a skumulowany roczny wskaźnik wzrostu sprzedaży z 17 do 22 roku wyniesie 19.1%, podczas gdy wolumen sprzedaży urządzeń gospodarstwa domowego o stałej częstotliwości spadnie do 317 milionów sztuk, co stanowi 35%.

Wartość jednostkowa półprzewodników mocy do urządzeń gospodarstwa domowego z konwersją częstotliwości znacznie wzrosła. Gwałtowny wzrost wolumenu urządzeń gospodarstwa domowego o zmiennej częstotliwości znacznie zwiększy wartość półprzewodników w przeliczeniu na jednostkę urządzenia. Infineon przewiduje, że wartość półprzewodników wzrośnie z 0.7 euro za urządzenia gospodarstwa domowego o stałej częstotliwości do 9.5 euro. Wzrost dotyczy głównie półprzewodników mocy. Zakładając, że średnia wartość półprzewodników w przeliczeniu na jednostkę urządzeń gospodarstwa domowego o zmiennej częstotliwości wynosi 9.5 euro, oczekuje się, że rynek półprzewodników do urządzeń gospodarstwa domowego wzrośnie z 2.645 mld euro w 2017 r. do 2.645 mld euro w 2022 r., co oznacza wzrost o 5.779 mld juanów, ze średnioroczną stopą wzrostu (CAGR) na poziomie 16.9% w okresie od 17 do 22 lat.

Według danych IHS oczekuje się, że wartość rynku półprzewodników mocy dla gospodarstw domowych wzrośnie z 1.44 mld USD w 2017 r. do 2.67 mld USD w 2021 r., przy średniorocznej stopie wzrostu wynoszącej 1

Dzięki energicznej promocji globalnego oszczędzania energii i ochrony środowiska, wskaźnik penetracji konwersji częstotliwości w białych urządzeniach gospodarstwa domowego będzie stopniowo wzrastał, a półprzewodniki mocy, jako główne elementy przetwornic częstotliwości, odniosą z tego znaczące korzyści.

3.4 Wzrost w różnych dziedzinach: Oczekuje się, że moduły IGBT do samochodów będą miały średnioroczną stopę wzrostu na poziomie 23.5% w latach 2018–2023

Wartość globalnego rynku IGBT osiągnęła 6.21 mld USD w 2018 r. Według danych IHS, wartość globalnego rynku IGBT wyniosła 5.255 mld USD w 2017 r., co oznacza wzrost o 16.5% w porównaniu z rokiem poprzednim w 2016 r. Wartość globalnego rynku IGBT w 2018 r. wyniosła około 6.21 mld USD.

4. W odpowiedzi na zapotrzebowanie na pojazdy elektryczne węglik krzemu staje przed nowymi możliwościami rozwoju

4.1 Doskonała wydajność, trzecia generacja półprzewodników pojawiła się w historycznym momencie

? Tranzystory MOSFET na bazie SiC i GaN przełamały granice wydajności, a modernizacje technologiczne są konieczne: W porównaniu z materiałami półprzewodnikowymi pierwszej i drugiej generacji, materiały półprzewodnikowe trzeciej generacji mają szeroką przerwę energetyczną, wysokie pole elektryczne przebicia, wysoką przewodność cieplną, wysoki współczynnik nasycenia elektronów i wyższą odporność na promieniowanie, a zatem są bardziej odpowiednie do wytwarzania urządzeń wysokotemperaturowych, wysokoczęstotliwościowych, odpornych na promieniowanie i dużej mocy. W pogoni za mniejszym rozmiarem urządzenia i lepszą wydajnością producenci urządzeń mocy stopniowo promują rozwiązania technologiczne nowej generacji dla tranzystorów MOSFET na bazie SiC i GaN. Na przykład, 1) Tranzystory MOSFET na bazie SiC mają wysoce stabilną strukturę krystaliczną w porównaniu z tranzystorami MOSFET na bazie krzemu, a temperatura pracy może osiągnąć 600°C; 2) Natężenie pola przebicia SiC jest ponad dziesięciokrotnie większe niż krzemu, więc napięcie blokowania tranzystorów MOSFET na bazie SiC jest wyższe; 3) Straty przewodzenia w SiC są znacznie mniejsze niż w przypadku urządzeń krzemowych i zmieniają się nieznacznie wraz z temperaturą; 4) Przewodność cieplna SiC jest prawie 2.5 razy większa niż w przypadku materiałów krzemowych. Szybkość dryfu elektronów nasyconych jest 2 razy większa niż w przypadku Si, dzięki czemu urządzenia SiC mogą pracować z wyższymi częstotliwościami.

? SiC jest stosowany głównie w sprzęcie AGD, nowych źródłach energii (pojazdy elektryczne, elektrownie wiatrowe, fotowoltaika), zastosowaniach przemysłowych itp.

4.2 Oczekuje się, że węglik krzemu będzie odgrywał ważną rolę w dziedzinie pojazdów elektrycznych

W zastosowaniach motoryzacyjnych, tranzystory MOSFET SiC zdecydowanie przewyższają pod względem wydajności, co pozwala na redukcję strat oraz redukcję objętości i masy modułu. Tranzystory IGBT oferują wyższą niezawodność i wytrzymałość. Elementy z węglika krzemu są stosowane w systemach ładowania pojazdów i układach konwersji energii, co pozwala skutecznie zmniejszyć straty przełączania, zwiększyć temperaturę pracy i poprawić sprawność systemu.

Model 3 był pierwszym modelem, w którym zastosowano SiC MOSFET, co zapoczątkowało zastosowanie SiC w pojazdach elektrycznych.

Moduł inwertera Tesli był pierwszym, w którym zastosowano 24 tranzystory MOSFET z węglika krzemu SiC, dostarczone przez STMicroelectronics. Później Infineon stał się również dostawcą półprzewodników mocy SiC dla Tesli. Cały moduł mocy składa się z modułów jednorurowych, wykorzystujących standardową topologię inwertera z 6 przełącznikami. Każdy przełącznik składa się z 4 modułów jednorurowych, co daje łącznie 24 moduły jednorurowe. Urządzenie charakteryzuje się napięciem wytrzymywanym 650 V. Konstrukcja modułu jednorurowego SiC w Modelu 3 jest zgodna z ideą jednorurowych tranzystorów IGBT Infineon w Modelu S/X. Zaletą jest skalowalność przy różnych poziomach mocy, a jednocześnie poprawa wydajności obudowy modułu i obniżenie kosztów układów półprzewodnikowych.

? BYD Han wykorzystuje tranzystory MOSFET SiC w celu poprawy przyspieszenia, mocy i wytrzymałości.

W 2020 roku sterownik silnika Han EV firmy BYD po raz pierwszy wykorzystał niezależnie opracowany i wyprodukowany przez firmę BYD moduł sterujący SiC MOSFET, co znacznie poprawiło wydajność silnika.

Węglik krzemu zapewnia dobre parametry przyspieszania. Najbardziej bezpośrednią zaletą szerokiej przerwy energetycznej jest wyższa siła pola przebicia, co oznacza, że ​​może on wytrzymać wysokie napięcie, a co za tym idzie, kontrolować wyższe napięcie systemu. BYD Han może wykorzystać platformę napięciową 650 V, co również jest zasługą węglika krzemu. Wysokie napięcie oznacza niski prąd, co zmniejsza straty na rezystorach w urządzeniach. W przypadku konstrukcji silników łatwiej jest również uzyskać większą moc przy niewielkich rozmiarach. Dlatego BYD Han może z łatwością osiągnąć przyspieszenie 0–100 V na poziomie 3.9 S.

Węglik krzemu pozwala osiągnąć wysokie prawdopodobieństwo i długą żywotność baterii. Oprócz zalet wynikających z szerokiej przerwy energetycznej, węglik krzemu ma również dwie główne zalety: pierwszą jest wyższa prędkość elektronów nasyconych, a drugą wyższa przewodność cieplna i wyższa odporność na temperaturę. Elektrony nasycone są szybkie, co oznacza, że ​​mogą przepuszczać większe prądy. Prędkość nasycenia elektronów w węgliku krzemu jest dwukrotnie większa niż w krzemie. Dlatego podczas projektowania urządzenia łatwiej jest dopasować natężenie prądu do prądu nasycenia urządzenia, uzyskując w ten sposób niższą rezystancję w stanie włączenia. Może to zmniejszyć straty mocy, pomóc w redukcji ciepła wytwarzanego przez urządzenie i uprościć projektowanie rozpraszania ciepła. Szczególnie w warunkach chwilowego wysokiego prądu, akumulacja temperatury w urządzeniu ulega zmniejszeniu, co w połączeniu ze zwiększoną odpornością temperaturową i lepszą przewodnością cieplną samego materiału, ułatwia również rozpraszanie ciepła. Pojazd może również eksplodować z większą mocą. To właśnie dlatego BYD Han może osiągnąć moc 363 kW. Dzięki zastosowaniu fosforanu litowo-żelazowego zasięg łodzi może wynieść 605 kilometrów, co jest oczywiście zasługą węglika krzemu.

? Model Mirai, pojazd Toyota z ogniwami paliwowymi, wykorzystuje moduły z węglika krzemu

Firma Denso rozpoczęła masową produkcję nowej generacji modułów boost power wyposażonych w półprzewodniki mocy SiC (węglik krzemu), które zostaną wykorzystane w modelu Mirai, samochodzie Toyota z ogniwami paliwowymi. Moduły SiC Denso i Toyoty były już stosowane w pojazdach hybrydowych (HEV), autobusach z ogniwami paliwowymi i samochodach osobowych z ogniwami paliwowymi. Rdzeń ogniwa paliwowego ze stałym elektrolitem nowej generacji w nowym Mirai, układ Toyota FC Stack, jest połączony z przetwornicą podwyższającą napięcie FC wykorzystującą wiele półprzewodników mocy SiC. Zadaniem przetwornicy podwyższającej napięcie jest generowanie napięcia wyjściowego wyższego niż napięcie wejściowe.

Rozmiar modułu mocy został zmniejszony o 30%, a straty o 70%. Według obliczeń Denso, w porównaniu z produktami wykorzystującymi półprzewodniki mocy na bazie krzemu, nowy moduł mocy boost wyposażony w półprzewodniki mocy SiC (w tym diody i tranzystory) jest o około 30% mniejszy i redukuje straty o około 70%. Osiąga on miniaturyzację modułu mocy, jednocześnie poprawiając efektywność paliwową pojazdu.

Nowy Mirai wyposażony w moduły SiC oferuje o 30% większy zasięg. Toyota poinformowała, że ​​dzięki zastosowaniu półprzewodników SiC w transformatorze podwyższającym napięcie w układzie paliwowym (FC) oraz niskonapięciowych akumulatorów litowo-jonowych, możliwe jest zmniejszenie strat energii w systemie. Jednocześnie, dzięki poprawie wydajności stosów ogniw paliwowych (FC), wydajność wytwarzania energii została zwiększona dzięki zastosowaniu technologii aktywnego sterowania regeneracją katalizatora. W rezultacie Toyota osiągnęła maksymalny zasięg wynoszący około 850 km w nowym Mirai w trybie WLTC, czyli o około 30% więcej niż w modelu poprzedniej generacji.

4.3 Przewiduje się, że w 2027 roku wartość urządzeń energetycznych z węglika krzemu przekroczy 10 miliardów dolarów amerykańskich

Przewiduje się, że wartość rynku urządzeń mocy z węglika krzemu przekroczy 10 miliardów dolarów w 2027 roku. W 2018 roku wartość rynku urządzeń mocy z węglika krzemu wynosiła około 390 milionów dolarów. W związku z ogromnym popytem na nowe pojazdy energetyczne, urządzenia energetyczne i inne sektory, IHS przewiduje, że wartość rynku urządzeń mocy z węglika krzemu przekroczy 10 miliardów dolarów do 2027 roku. Począwszy od 2021 roku, napędzany przez pojazdy elektryczne, tranzystory MOSFET z węglika krzemu (SiC) utrzymają szybki wzrost i staną się najlepiej sprzedającym się dyskretnym urządzeniem mocy z węglika krzemu (SiC).

5. Ponad 80% półprzewodników mocy pochodzi z importu, a krajowe firmy starają się nadrobić zaległości.

5.1 Firmy europejskie, amerykańskie i japońskie mają oczywistą przewagę w dziedzinie półprzewodników mocy

Według statystyk Infineon, globalna wartość rynku półprzewodników mocy i modułów w 2019 roku wyniosła 21 miliardów dolarów. Europa, Stany Zjednoczone i Japonia wykazały trójstopniowy trend. Infineon zajął pierwsze miejsce z 19% udziałem, a następnie ON Semiconductor z 8.4%. Dziesięć największych firm miało łączny udział w rynku na poziomie 58.3%.

W 2019 roku globalny rynek MOSFET osiągnął wartość 8.1 mld USD. Infineon zajął pierwsze miejsce z absolutną przewagą, z udziałem w rynku na poziomie 24.6%, a udział w rynku pięciu największych firm wyniósł 59.8%. Nexperia Semiconductor, przejęta przez Wingtech, oraz China Resources Microelectronics, firma z Chin, znalazły się w pierwszej dziesiątce, osiągając odpowiednio 4.1% i 3.0%.

W 2019 roku wartość rynku modułów IGBT wyniosła 3.31 mld USD. Infineon zajął pierwsze miejsce z udziałem w rynku na poziomie 35.6%, a pięć największych firm odpowiadało łącznie za 68.8%. Star Semiconductor, wiodąca firma IGBT z siedzibą w Chinach, rozwijała się dynamicznie w ostatnich latach i znalazła się w pierwszej dziesiątce. W 2019 roku zajęła ósme miejsce z udziałem w rynku na poziomie 2.5%.

W 2019 roku wartość rynku dyskretnych tranzystorów IGBT wyniosła 1.44 mld USD. Infineon zajął pierwsze miejsce z udziałem w rynku wynoszącym 32.5%. Pięć największych firm odpowiadało łącznie za 63.9%. Chiński producent Silan Micro znalazł się w pierwszej dziesiątce z udziałem w rynku wynoszącym 2.2%.

W 2019 roku wartość rynku IPM wyniosła 1.59 mld USD. Japońskie Mitsubishi zajęło pierwsze miejsce z udziałem w rynku wynoszącym 32.7%. Pięć największych firm odpowiadało łącznie za 76.9%. Chińscy producenci Silan Microelectronics i China Microelectronics znaleźli się w pierwszej dziesiątce, z udziałami w rynku odpowiednio 1.1% i 0.8%.

5.2 Chińskie firmy produkujące półprzewodniki mocy nadrabiają zaległości i wkraczają w okres szybkiego rozwoju

Chiny to największy na świecie rynek półprzewodników mocy. Duża część przychodów wiodących międzynarodowych firm pochodzi z Chin. Biorąc za przykład Dal Technology i NXP, ponad 50% i 40% ich przychodów pochodzi z Chin kontynentalnych. Chiny to kraj, w którym produkuje się wiele pojazdów elektrycznych. Tranzystory IGBT firmy Infineon stanowią ponad 60% chińskiego rynku pojazdów elektrycznych. Widać, że rynek półprzewodników mocy w moim kraju charakteryzuje się ogromnym popytem, ​​a lokalni producenci mają bardzo duże możliwości substytucji importu.

Wskaźnik samowystarczalności IGBT w Chinach stale rośnie. Według danych Zhiyan Consulting, od 2015 roku wskaźnik samowystarczalności IGBT w moim kraju przekroczył 10% i stopniowo wzrasta. Przewiduje się, że wskaźnik samowystarczalności wzrośnie z 10.1% w 2015 roku do 18.4% w 2020 roku. Oczekuje się, że produkcja IGBT w moim kraju osiągnie 78 milionów jednostek w 2024 roku, przy popycie wynoszącym około 196 milionów jednostek, a wskaźnik samowystarczalności osiągnie 40%. Ogólnie rzecz biorąc, w chińskim przemyśle IGBT nadal istnieje ogromna luka między podażą a popytem, ​​a „krajowa substytucja” będzie ważnym kierunkiem rozwoju tego przemysłu w przyszłości.

Produkty półprzewodnikowe mocy średniej i wysokiej klasy są uzależnione od rynków zagranicznych. Chińskie firmy, takie jak BYD, Huawei, CRRC i Sungrow, są wiodącymi na świecie klientami półprzewodników mocy. Jednak te firmy nadal w dużym stopniu polegają na dostawcach zagranicznych, takich jak Infineon, Fuji Electric i Mitsubishi Electric, w zakresie zaopatrzenia w półprzewodniki mocy. Chiny są największym rynkiem zbytu dla pojazdów elektrycznych i hybrydowych, ale zagraniczne łańcuchy dostaw nadal dostarczają moduły półprzewodników mocy dla większości systemów w Chinach. Na globalnym rynku półprzewodników mocy producenci produktów średniej i wysokiej klasy koncentrują się głównie w Europie, Stanach Zjednoczonych i Japonii. Większość producentów półprzewodników mocy w Europie, Stanach Zjednoczonych i Japonii to producenci IDM. Infineon, ON Semiconductor, STMicroelectronics, Mitsubishi, Toshiba itp. są wiodącymi firmami w branży. Tajwan w Chinach jest również stosunkowo dużym producentem półprzewodników mocy. Większość producentów to producenci bezobsługowi, a ich produkty koncentrują się głównie w obszarze niskiej klasy. Rynek półprzewodników mocy w moim kraju odpowiada za około 36% światowego popytu. W sektorze produktów wysokiej klasy około 80% opiera się na imporcie.

Chiński przemysł półprzewodników mocy rozwija się dynamicznie. Producenci półprzewodników w moim kraju bazują głównie na modelu IDM, a łańcuch produkcyjny jest stosunkowo kompletny. Produkty koncentrują się głównie na dziedzinach niskiej klasy, takich jak diody, tranzystory MOS niskiego napięcia i tyrystory. Tranzystory IGBT stopniowo osiągają przełomy. Technologia produkcji jest dojrzała i oferuje przewagę kosztową. Rentowność wiodących firm w branży jest znacznie wyższa niż producentów na Tajwanie w Chinach. W sektorach produktów wysokiej klasy, takich jak nowe źródła energii, energia elektryczna i transport kolejowy, tylko garstka krajowych producentów dysponuje mocami produkcyjnymi. Rynek produktów wysokiej klasy jest zmonopolizowany głównie przez producentów europejskich, amerykańskich i japońskich, takich jak Infineon, ON Semiconductor, Renesas i Toshiba.

Obecnie rynki krajowe i zagraniczne IGBT są nadal w dużej mierze zajęte przez firmy zagraniczne. Krajowe firmy IGBT, na czele z Star Semiconductor, rozwijają się dynamicznie, stopniowo dokonując przełomów w dziedzinie sterowania przemysłowego, pojazdów elektrycznych, energetyki wiatrowej, fotowoltaiki, elektryczności i kolei dużych prędkości, stale zwiększając swój udział. W 2019 roku, według wolumenu dostaw, Infineon posiadał największy udział w rynku IGBT dla pojazdów elektrycznych w Chinach, z udziałem rynkowym wynoszącym 49.3%, a następnie BYD z 20%. (Głównie utrzymując się), Star Semiconductor zajmuje trzecie miejsce z 16.6% udziałem. Star Semiconductor może pochwalić się wysokim wskaźnikiem samowystarczalności chipów w dziedzinie IGBT dla pojazdów elektrycznych, przekraczającym 90%.

Na rynku półprzewodników mocy w moim kraju lokalni producenci zaczęli zastępować import w dziedzinie produktów niskiej klasy. Nexperia, Star Semiconductor, China Resources Micro, Xinjie Neng, Lion Micro, China Microelectronics, Yangjie Technology, Silan Micro, Sanan Optoelectronics, Jiejie Microelectronics itp., przejęte przez Wingtech Technology, to wysokiej jakości przedsiębiorstwa w branży, ale ich udział w rynku jest nadal niski.

6. Optymizm wobec liderów segmentów branży

Obecnie krajowy łańcuch przemysłu półprzewodników mocy staje się coraz doskonalszy, a technologia również dokonuje przełomów. Chiny są największym konsumentem półprzewodników mocy na świecie, odpowiadając za 35.9% globalnego popytu w 2019 r., a tempo wzrostu jest znacznie wyższe niż na świecie. W przyszłości, wraz z popytem na nowe źródła energii (pojazdy elektryczne, fotowoltaika, energia wiatrowa), sterowanie przemysłowe, urządzenia gospodarstwa domowego z konwersją częstotliwości, sprzęt IoT (Internet Rzeczy) itp., tempo wzrostu popytu w Chinach będzie nadal wyższe niż na świecie, a branża będzie się stale rozwijać. Jeśli chodzi o substytucję krajową, jesteśmy optymistycznie nastawieni do liderów w segmentowanych branżach: Star Semiconductor, China Resources Micro, Hua Hong Semiconductor, Silan Micro, New Clean Energy, Leon Micro, Sanan Optoelectronics, Wingtech Technology i CRRC Times Electric.

Numer telefonu firmy: +86-0755-83044319
Faks/FAKS: +86-0755-83975897
E-mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Menedżer Li

QQ: 332496225 Menedżer Qiu

Adres: Pokój 809, Budynek C, Budynek Technologii Zhantao, nr 1079 Minzhi Avenue, Nowa Dzielnica Longhua, Shenzhen