W tym tygodniu wiadomość o masowej produkcji najnowocześniejszych tranzystorów IGBT w Chinach przyciągnęła uwagę szerokiego grona odbiorców. 7 lipca moduły IGBT klasy motoryzacyjnej firmy Zhixin Semiconductor weszły do ​​masowej produkcji. To pierwszy owocny rezultat strategicznej współpracy między Dongfeng Corporation i CRRC, mającej na celu utworzenie spółki Zhixin Semiconductor Company.

Według doniesień, moduł IGBT wprowadzony tym razem do produkcji charakteryzuje się dobrym odprowadzaniem ciepła i odpornością na zakłócenia elektromagnetyczne, a także spełnia wysokie wymagania dotyczące niezawodności stawiane produktom klasy motoryzacyjnej. W rezultacie chińskie firmy produkujące pojazdy elektryczne zyskują kolejną opcję, wzmacniając lokalny łańcuch dostaw półprzewodników mocy do samochodów.

Ostatnio, nie tylko w firmie Zhixin Semiconductor, ale także w czerwcu i na początku lipca, czyli w ciągu zaledwie miesiąca, lokalne chińskie układy scalone i moduły IGBT, w szczególności produkty dla motoryzacji, pojawiały się nieregularnie, wykazując masowy wybuch epidemii.

W czerwcu Huahong i Star Semiconductor podpisały umowę o strategicznej współpracy. Obie strony wspólnie ogłosiły, że opracowany wspólnie 12-calowy układ IGBT o dużej mocy, przeznaczony do zastosowań w motoryzacji, wszedł do masowej produkcji, przeszedł weryfikację produktu przez producentów samochodów i jest szeroko stosowany na rynku układów napędowych w zastosowaniach motoryzacyjnych.

21 czerwca firma Silan Micro ogłosiła, że ​​planuje zainwestować w budowę linii produkcyjnej modułów mocy klasy motoryzacyjnej i przemysłowej oraz zintegrowanego pakowania urządzeń mocy, faza I, za pośrednictwem swojej spółki zależnej Chengdu Jijia Technology Co., Ltd. Całkowita wartość inwestycji w projekt wynosi 758 milionów juanów. Okres budowy i produkcji tego projektu wynosi 2 lata. Po uruchomieniu produkcji, moduły IGBT będą głównymi produktami.

23 czerwca pierwsza linia produkcyjna IGBT firmy Sunking Technology została oficjalnie ukończona i uruchomiona, a linia weszła w fazę produkcji próbnej. Według doniesień, projekt IGBT firmy zakłada budowę dwóch linii produkcyjnych do produkcji układów IGBT z wykorzystaniem technologii backside oraz pięciu linii produkcyjnych do pakowania i testowania modułów IGBT. Po zakończeniu projektu roczna zdolność produkcyjna osiągnie 2 miliony modułów IGBT. Zastosowania produktów IGBT będą obejmować pola średniego i niskiego napięcia od 600 V do 1700 V, skierowane do takich rynków jak pojazdy elektryczne, fotowoltaiczna energetyka wiatrowa i przemysłowa konwersja częstotliwości.

5 lipca firma Wingtech Technology ogłosiła, że ​​przejmie wszystkie udziały brytyjskiego producenta półprzewodników Newport Wafer Fab za pośrednictwem swojej holenderskiej spółki zależnej Nexperia. Newport Wafer Fab została założona w 1982 roku i zajmuje się głównie produkcją wysokosprawnych półprzewodników mocy do samochodów. Nexperia jest ważnym producentem układów scalonych i komponentów samochodowych. W odniesieniu do przejęcia, Zhang Xuezheng, prezes Wingtech Technology, powiedział, że przejęcie Newport skutecznie wzmocni potencjał Nexperii w zakresie tranzystorów IGBT, tranzystorów MOSFET, półprzewodników analogowych i półprzewodników złożonych klasy motoryzacyjnej.

Niezależnie od tego, czy chodzi o otwieranie fabryk, rozpoczęcie masowej produkcji czy fuzje i przejęcia, producenci ci skupiają się na rynku produktów IGBT dla motoryzacji, co odzwierciedla popularność tego rynku.

Duży popyt na IGBT

W ciągu najbliższych kilku lat przewiduje się, że tempo wzrostu sprzedaży pojazdów elektrycznych przekroczy 50%. Dzięki wsparciu politycznemu i dotacjom sprzedażowym, przewiduje się, że skumulowany roczny wskaźnik wzrostu sprzedaży pojazdów elektrycznych zasilanych nowymi źródłami energii na świecie i w Chinach osiągnie 32%, co będzie napędzać szybki rozwój powiązanych łańcuchów dostaw w branży półprzewodników i elektroniki. Nie jest tajemnicą, że samochody są jednym z trzech głównych motorów napędowych przemysłu półprzewodników (technologia 5G, Internet Rzeczy i elektronika samochodowa są uważane za trzy główne motory napędowe przemysłu półprzewodników w kolejnej fali).

W zastosowaniach motoryzacyjnych zastosowanie półprzewodników mocy ustępuje jedynie mikrokontrolerom, a ich udział w rynku jest ogromny.

Większość nowych półprzewodników stosowanych w pojazdach o napędzie elektrycznym to półprzewodniki mocy. W tradycyjnych samochodach półprzewodniki mocy są wykorzystywane głównie w takich dziedzinach jak rozruch, wytwarzanie energii i bezpieczeństwo, stanowiąc 20% całkowitej liczby półprzewodników w tradycyjnych samochodach. Wartość jednego pojazdu wynosi około 60 dolarów amerykańskich.

Ponieważ nowe pojazdy energetyczne zazwyczaj wykorzystują obwody wysokiego napięcia, gdy akumulator generuje wysokie napięcie, wymagana jest częsta konwersja napięcia. W tym czasie znacząco wzrasta zużycie energii przez obwody konwersji napięcia (DC-DC). Dodatkowo, wymagana jest duża liczba falowników DC-AC, transformatorów, przetwornic itp. Zapotrzebowanie na elementy półprzewodnikowe, takie jak tranzystory IGBT, tranzystory MOSFET i diody, również znacznie wzrosło. Powyższe czynniki znacząco zwiększyły zapotrzebowanie na elementy mocy w samochodowych systemach elektronicznych.

Według statystyk McKinsey, koszt półprzewodników w pojazdach elektrycznych wynosi 704 USD, czyli dwa razy więcej niż 350 USD w pojazdach tradycyjnych. Wśród nich, koszt układów zasilania sięga aż 387 USD, co stanowi 55%. W porównaniu z pojazdami tradycyjnymi, koszt nowych półprzewodników w pojazdach elektrycznych wynosi około 269 USD, co stanowi 76% nowych kosztów.

Proces wytwarzania i przesyłu energii w pojazdach elektrycznych zasilanych nowymi źródłami energii znacznie różni się od procesu w przypadku silników benzynowych, wymagając częstej konwersji napięcia oraz konwersji prądu stałego na przemienny. Ponadto, wysokie zapotrzebowanie na zasięg pojazdów elektrycznych sprawiło, że wymagania dotyczące zarządzania energią stały się bardziej wyrafinowane. Zapotrzebowanie na dyskretne elementy mocy, takie jak tranzystory IGBT, MOSFET-y i diody, jest znacznie wyższe niż w pojazdach tradycyjnych. Napędzane popytem w branży motoryzacyjnej, tranzystory IGBT będą dynamicznie rosły.

Moduły mocy do samochodów (obecnie najpowszechniej stosowanymi są IGBT) decydują o kluczowych parametrach układu napędowego pojazdu elektrycznego i stanowią ponad 40% kosztów falownika silnika, który jest jego kluczowym elementem.

Tranzystor IGBT stanowi około jednej trzeciej kosztu sterownika silnika, a sam sterownik silnika odpowiada za około 15–20% kosztu całego pojazdu. Innymi słowy, tranzystor IGBT stanowi 5–7% kosztu całego pojazdu.

Na poziomie technicznym układy scalone IGBT przeszły szereg iteracyjnych procesów, w tym modernizację z PT do NPT, a następnie do FS, co spowodowało zmniejszenie grubości układu, zmniejszenie oporu cieplnego i poprawę Tj; wprowadzenie IEGT, CSTBT i MPT spowodowało dalszą redukcję Vce i zwiększenie gęstości mocy; dzięki optymalizacji metalu powierzchniowego i warstwy pasywacyjnej układ może spełniać wysokie wymagania dotyczące niezawodności w samochodach.

W ostatnich latach w tranzystorach IGBT zaszły innowacje pod względem konstrukcji, czego przykładem są tranzystory RC-IGBT oraz projekty integrujące FWD i IGBT; ponadto pojawiły się także integracje funkcjonalne, takie jak zintegrowane czujniki prądu i temperatury.

Tranzystory IGBT są szeroko stosowane w samochodowych systemach sterowania silnikami. Obecnie systemy sterowania silnikami samochodowymi wymagają kilkudziesięciu tranzystorów IGBT. Biorąc za przykład Teslę, tylny trójfazowy silnik asynchroniczny prądu przemiennego Tesli wykorzystuje 28 tranzystorów IGBT na fazę, co daje łącznie 84 tranzystory IGBT. Uwzględniając tranzystory IGBT w innych częściach silnika, Tesla wykorzystuje łącznie 96 tranzystorów IGBT (podwójne silniki plus 36 dla silnika przedniego). Przy cenie od 4 do 5 dolarów amerykańskich za sztukę, wartość dwusilnikowego tranzystora IGBT wynosi około 650 dolarów amerykańskich.

Chociaż tranzystory MOSFET z węglika krzemu (SiC) są bardziej zaawansowane niż tranzystory IGBT i mają duży potencjał rozwoju rynkowego (Tesla już wprowadziła tranzystory MOSFET z węglika krzemu, a NIO również będzie je wdrażać jeden po drugim), obecnie nadal występują pewne problemy w układach mocy z węglika krzemu, które objawiają się niską wydajnością i wysokimi kosztami; wieloma defektami na styku SiC i SiO2, a także długoterminową niezawodnością tlenku bramki; brakuje danych dotyczących długoterminowej niezawodności tranzystorów MOSFET z węglika krzemu.

Ponadto, obciążalność prądowa układów SiC jest niska, ale ich koszt jest zbyt wysoki. Koszt układów MOSFET SiC o tym samym poziomie jest od 8 do 12 razy wyższy niż w przypadku tranzystorów IGBT na bazie krzemu. Pod względem poboru mocy, tranzystor MOSFET SiC jest włączany przed tranzystorem IGBT na bazie krzemu, a następnie wyłączany po nim. IGBT może osiągnąć ZVS (przełączanie zerowego napięcia), co może znacznie zmniejszyć straty.

Ogólnie rzecz biorąc, charakterystyka elektryczna tranzystorów IGBT jest zbliżona do 90% charakterystyki układów MOSFET SiC, a ich koszt stanowi 25% kosztów tranzystorów MOSFET SiC. Dlatego hybrydowe moduły przełączające SiC i krzemowe będą miały duże perspektywy rynkowe, ale spopularyzowanie urządzeń SiC w układach zasilania pojazdów zajmie trochę czasu. IGBT nadal jest główną siłą napędową rynku.

Rynek chiński rośnie

Chiny są jednym z najważniejszych rynków zbytu dla nowych pojazdów elektrycznych. Sprzedaż nowych pojazdów elektrycznych w Chinach stanowi ponad połowę światowej sprzedaży.

W obliczu obecnej sytuacji rynkowej, główni międzynarodowi producenci półprzewodników nawiązali strategiczne partnerstwa z krajowymi producentami OEM z branży motoryzacyjnej. Na przykład, w marcu 2018 roku SAIC i Infineon utworzyły spółkę joint venture – SAIC Infineon Semiconductor Company. SAIC Infineon Semiconductor koncentruje się na segmencie obudów modułów IGBT, dążąc do obsługi SAIC i innych krajowych producentów pojazdów o nowych źródłach energii, i planuje osiągnąć roczną zdolność produkcyjną na poziomie 1 miliona zestawów.

Ponadto, Wingtech Technology nabył pakiet kontrolny w firmie Nexperia, która posiada znaczące udziały w sektorze półprzewodnikowych układów zasilania dla motoryzacji. Ponad 50% jej produktów jest wykorzystywanych w przemyśle motoryzacyjnym. Zgodnie z planem, Nexperia będzie stopniowo rozszerzać produkcję w Chinach kontynentalnych.

Porównując sytuację konkurencyjną na rynku półprzewodników samochodowych i historię rozwoju zagranicznych producentów, chińscy producenci krajowi mają dwie główne ścieżki rozwoju: pierwsza polega na pozyskiwaniu technologii i zasobów klientów poprzez przejęcia w sektorze tradycyjnych układów scalonych, druga zaś na opracowywaniu półprzewodników mocy do nowych pojazdów elektrycznych i inteligentnych układów scalonych w samochodach.

Chociaż elektryfikacja przyniosła nowe zapotrzebowanie na rynku półprzewodników samochodowych, stworzyła również wiele możliwości dla krajowych producentów półprzewodników samochodowych. Obecnie coraz więcej krajowych producentów rozpoczyna opracowywanie półprzewodników mocy do pojazdów o nowych źródłach energii. Do reprezentatywnych producentów należą BYD, CRRC, Silan Microelectronics i producenci wymienieni powyżej.

Jednak chińscy producenci półprzewodników mocy dla przemysłu samochodowego są nadal stosunkowo słabi i mają stosunkowo niski udział w rynku. Trudno będzie im w krótkim czasie zbudować realną konkurencyjną relację z dużymi producentami międzynarodowymi i muszą nadal się rozwijać.

Zastrzeżenie: Niniejszy artykuł pochodzi z publikacji „Semiconductor Industry Observation”. Artykuł ten przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sacco Micro ani branży. Jest on przeznaczony wyłącznie do przedruku i udostępniania w celu ochrony praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia artykułu.

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