1.1 O mercado interno de dispositivos de energia é enorme, e a aceleração da substituição de importações é o tema central do desenvolvimento do setor.

Os produtos semicondutores podem ser divididos em circuitos integrados, dispositivos discretos e outras categorias, sendo os dispositivos de potência semicondutores uma parte importante dos dispositivos discretos. Os circuitos integrados integram uma variedade de componentes de circuito básicos em um pequeno chip e os encapsulam para formar uma unidade multifuncional, que realiza principalmente o processamento, armazenamento e conversão de informações; os dispositivos discretos referem-se a componentes de circuito básicos com uma única função, que realizam principalmente o processamento e a conversão de energia elétrica. Os dispositivos discretos incluem principalmente diodos de potência, transistores de potência, tiristores, MOSFETs, IGBTs e outros produtos. Os produtos das séries MOSFET e IGBT produzidos pela empresa são dispositivos discretos semicondutores com tecnologia de ponta no mercado nacional.

O desenvolvimento da tecnologia de dispositivos discretos é impulsionado pelas necessidades do mercado consumidor, com melhorias e iterações em desempenho, estrutura, materiais, etc., para atender a uma gama mais ampla de cenários de aplicação. Os primeiros diodos e transistores eram usados ​​principalmente em sistemas industriais e de energia; os tiristores melhoraram a controlabilidade; dispositivos como MOSFETs de potência e IGBTs alcançaram melhorias significativas em desempenho de alta frequência e baixa perda; os MOSFETs de superjunção romperam o tradicional "limite do silício" para atender às necessidades de aplicações de alta potência e alta frequência; os dispositivos baseados em silício foram gradualmente desenvolvidos até seus limites, e os materiais semicondutores de terceira geração, SiC e GaN, começaram a ser usados ​​para substituir o silício.

Os dispositivos semicondutores discretos são um dos componentes básicos e essenciais dos produtos eletrônicos de potência. O mercado de dispositivos discretos na China atinge 270 bilhões de yuans. De acordo com dados do Departamento Nacional de Estatísticas, a participação da indústria de dispositivos discretos no total da indústria de semicondutores tem se mantido entre 22% e 25% nos últimos anos. A China é a base de fabricação de dispositivos semicondutores discretos mais importante do mundo e o maior mercado consumidor. Segundo dados da Associação da Indústria de Semicondutores da China, as vendas anuais de dispositivos discretos na China atingiram 266 bilhões de yuans em 2018, um aumento de 7.50% em relação a 2017. No mesmo período, a produção nacional de dispositivos discretos alcançou 747.1 bilhões de unidades.

Nos últimos anos, a tendência de substituição de importações na indústria de dispositivos discretos do meu país tem sido evidente, e a taxa de crescimento do volume de importações caiu significativamente. De acordo com as estatísticas da Associação da Indústria de Semicondutores da China, as importações de dispositivos discretos do meu país em 2018 foram de US$ 28.5 bilhões, praticamente o mesmo valor de 2017. Do ponto de vista do nível de desenvolvimento tecnológico, o nível técnico geral da indústria nacional ainda está aquém do nível de liderança internacional. A estrutura de produtos é composta principalmente por produtos de baixo valor agregado, de gama média a baixa, e as importações no segmento de gama média a alta representam mais de 70%.

Com um mercado de semicondutores de potência de 1.2 bilhão de dólares, os dispositivos nacionais estão migrando de aplicações de médio para baixo e, finalmente, para aplicações de ponta.

Os dispositivos de potência são um componente importante dos dispositivos semicondutores discretos e o principal motor do crescimento acelerado do mercado de dispositivos semicondutores discretos na China. Esses dispositivos incluem principalmente diodos de potência, transistores de potência, tiristores, MOSFETs, IGBTs, etc., utilizados em praticamente todos os setores da indústria eletrônica, como computadores, redes de comunicação, eletrônicos de consumo, eletrônica automotiva, eletrônica industrial e outras indústrias eletrônicas. Além disso, campos de aplicação emergentes, como veículos/recarregadores de novas energias, fabricação de equipamentos inteligentes, Internet das Coisas e energia fotovoltaica, tornaram-se gradualmente importantes mercados para dispositivos semicondutores de potência, impulsionando assim o crescimento da demanda.

O mercado doméstico de semicondutores de potência movimenta 100 bilhões de yuans, e as dez maiores empresas do mundo são monopolizadas por gigantes estrangeiros. De acordo com as estatísticas atuais da IHSMarkit, o mercado global de dispositivos de potência movimentou aproximadamente US$ 39.1 bilhões em 2018 e a expectativa é que cresça para US$ 44.1 bilhões até 2021. Atualmente, a cadeia produtiva de semicondutores de potência na China está em constante aprimoramento. Como o maior consumidor mundial de semicondutores de potência, a demanda do mercado chinês atingiu US$ 13.8 bilhões em 2018, representando 35% da demanda global. A expectativa é que o mercado alcance US$ 15.9 bilhões em 2021.

Os três principais produtos no mercado de semicondutores de potência da China são circuitos integrados de gerenciamento de energia (PMC), MOSFETs e IGBTs, representando 60.98%, 20.21% e 13.92% do mercado total de semicondutores de potência da China em 2018, respectivamente. Os mercados de MOSFETs e IGBTs de potência estão crescendo rapidamente, com taxas de crescimento compostas de 15% e 12%, respectivamente, de 2016 a 2018.

Os mercados de MOSFETs e IGBTs de potência estão crescendo rapidamente, e os veículos de novas energias são a principal força motriz nas aplicações subsequentes. De acordo com dados da Yole, os dois campos mais importantes para aplicações de IGBTs e MOSFETs são veículos de novas energias e indústria. Em 2023, o mercado de veículos de novas energias deverá atingir US$ 3.7 bilhões e o setor industrial, US$ 2.5 bilhões. Graças ao desenvolvimento acelerado de inversores para servomotores, inversores fotovoltaicos para energias renováveis ​​e conversores para energia eólica na automação industrial, bem como inversores para motores de veículos elétricos e instalações relacionadas a pontos de recarga, os mercados automotivo e industrial se tornarão os dois campos de crescimento mais rápido na indústria de semicondutores de potência, com taxas de crescimento anual composto atingindo 8.2% e 3.8%, respectivamente.

1.3 Novas aplicações auxiliam o desenvolvimento da indústria, e materiais de banda proibida larga enriquecem a direção da extensão tecnológica.

1.3.1 Espera-se que os veículos de novas energias criem um mercado adicional avaliado em dezenas de bilhões.

A transformação dos automóveis tradicionais em novas fontes de energia impulsionou o desenvolvimento da indústria de semicondutores de potência. O mercado de veículos de novas energias é impulsionado por políticas na fase inicial e pelos preços de mercado na fase posterior. Os principais países desenvolvidos estabeleceram planos de redução de emissões de CO2 para veículos, visando acelerar o desenvolvimento de veículos elétricos. A União Europeia prevê uma redução de 37.5% nas emissões de CO2 até 2030, e os principais países produtores de automóveis elaboraram planos para interromper a venda de veículos com motor de combustão interna. Nos próximos 10 anos, diversas regiões substituirão gradualmente parte da participação de mercado dos automóveis tradicionais, impulsionadas pela implementação de políticas e pela transição para o mercado.

A tendência de eletrificação de veículos, aliada ao aumento da penetração de veículos elétricos no mercado, impulsiona o rápido crescimento da demanda por semicondutores de potência para o setor automotivo. À medida que o grau de eletrificação dos automóveis aumenta gradualmente, desde modelos micro-híbridos utilizados apenas para funções start-stop até veículos totalmente elétricos que requerem recuperação de energia e carregamento a bordo, a demanda por dispositivos de potência cresce. Os dispositivos semicondutores de potência para veículos elétricos incluem principalmente inversores de motor, conversores CC/CC, acionamentos auxiliares, inversores de carregamento para computadores de bordo e circuitos integrados para gerenciamento de baterias veiculares.

Ao classificar os veículos em veículos a combustão, veículos híbridos plug-in e veículos totalmente elétricos, e comparar a proporção dos custos de materiais, constatou-se que, devido à introdução de sistemas elétricos como fontes de energia em veículos híbridos plug-in e totalmente elétricos, a proporção do custo dos sistemas de controle eletrônico aumentou significativamente. O consumo de componentes de energia em veículos a combustão tradicionais é de cerca de US$ 50 por veículo, enquanto o consumo de componentes de energia em veículos elétricos aumenta de US$ 75 por veículo para veículos híbridos leves de 48V para US$ 455 por veículo para veículos totalmente elétricos.

De acordo com o plano da indústria de veículos de nova energia do Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação, as vendas de veículos de nova energia representarão 25% do total em 2025 e 40% em 2030. A taxa de crescimento total das vendas do mercado automobilístico é lenta, com uma taxa de crescimento anual de apenas 1-2%. No entanto, espera-se que a taxa de penetração acelere impulsionada por políticas. Estima-se que as vendas de veículos de nova energia na China cheguem a 6.4 milhões de unidades em 2025 e 11 milhões de unidades em 2030. Os veículos de nova energia podem ser divididos em híbridos plug-in (PHEV) e veículos totalmente elétricos (EV), de acordo com as tecnologias utilizadas. Os EVs representam atualmente cerca de 80% do mercado, e espera-se que essa proporção aumente para 85% no futuro. No curto prazo, o mercado está sob pressão devido à pandemia. No médio e longo prazo, espera-se que os veículos de nova energia no mercado interno entrem em um período de rápido crescimento. A taxa de crescimento composta nos próximos 10 anos é estimada em 25.3%.

Como cada modelo de veículo é bastante diferente, presume-se que a quantidade de dispositivos de potência utilizados em um veículo elétrico puro (VE) aumentará da categoria A00 para a categoria C. Assume-se que o valor dos dispositivos de potência correspondentes seja de 800, 1000 e 3000-3500 yuans por veículo. Considerando que o híbrido plug-in (PHEV) possui um sistema elétrico conectado ao sistema de combustível, presume-se que o consumo de dispositivos de potência seja de 2,100 yuans por veículo. Resultados do cálculo: prevê-se que o mercado incremental de dispositivos de potência para veículos de nova energia na China alcance 16 bilhões de yuans em 2025 e 27.5 bilhões de yuans em 2030.

1.3.2 Infraestrutura de suporte para veículos de nova energia: pontos de recarga

"Estações de carregamento + veículos de novas energias" são análogas a "veículos a combustão tradicionais + postos de gasolina". O progresso da construção de estações de carregamento deve ser coordenado com o dos veículos de novas energias, caso contrário, a relação entre veículos e estações ficará desequilibrada. As estações de carregamento podem ser divididas em duas categorias de acordo com o tipo de interface: carregamento lento CA e carregamento rápido CC. Como a potência de saída das estações de carregamento CC é alta e o consumo de dispositivos semicondutores de potência é maior do que o das estações de carregamento CA, as estações de carregamento CC representam a principal direção do desenvolvimento futuro do setor, o que significa que se espera que impulsionem o desenvolvimento coordenado do mercado de semicondutores de potência.

Situação atual e tendências futuras do mercado de pontos de recarga no meu país: 1) A proporção atual entre o número de veículos em recarga e o número de pontos de recarga é de aproximadamente 3:1, e espera-se que diminua para 2:1 no futuro. 2) A maioria dos pontos de recarga privados utiliza o modo de carregamento CA. Devido à falta de vagas de estacionamento fixas e à dificuldade de gestão imobiliária por parte de alguns proprietários de veículos, espera-se que os pontos de recarga públicos se tornem predominantes no futuro, e que os pontos de recarga privados fiquem restritos a proprietários de veículos particulares com vagas de estacionamento fixas. 3) Os pontos de recarga públicos são divididos em CC e CA, de acordo com o tipo de carregamento. Atualmente, a proporção CA/CC dos pontos de recarga públicos é de aproximadamente 6:4. Considerando que o custo do carregamento CC de alta potência diminua gradualmente, espera-se que a proporção CA/CC se aproxime de 1:1 no futuro.

Os pontos de recarga públicos estão se desenvolvendo rapidamente e podem ser divididos em dois tipos: corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA). Entre eles, espera-se que os pontos de recarga CC sejam os que apresentarão o crescimento mais rápido no futuro. A proporção atual entre pontos de recarga CC e CA é de 4:6, e a previsão é de que chegue a 1:1 em 2030. De acordo com os cálculos, o número de pontos de recarga CC públicos atingirá 2.1 milhões em 2025 e 7.5 milhões em 2030.

O carregamento em corrente contínua (CC) utiliza alta potência. O sistema emprega mais semicondutores de potência do que o modo de corrente alternada (CA) convencional, e a demanda por IGBTs é muito grande. Calculando a escala da demanda por dispositivos de potência em pontos de recarga CC públicos com base apenas em estimativas de custo, a demanda acumulada do mercado de 2020 a 2025 é de aproximadamente 14 bilhões de yuans, e a demanda de mercado de 2025 a 2030 é de cerca de 40 bilhões de yuans. Nos próximos 10 anos, a demanda por dispositivos de potência na construção de pontos de recarga CC ultrapassará 50 bilhões de yuans.

1.3.3 Geração de energia renovável

A geração de energia fotovoltaica é o processo de conversão da energia solar em energia elétrica e sua inserção na rede elétrica. O sistema é composto por células solares, baterias e controladores. Como o processo de geração de energia fotovoltaica gera corrente contínua (CC), um inversor fotovoltaico é necessário para converter essa corrente contínua em corrente alternada (CA) que atenda aos requisitos da rede elétrica antes da conexão. O inversor fotovoltaico é um componente essencial de todo o sistema de geração de energia solar, sendo o IGBT o dispositivo principal. Os inversores fotovoltaicos têm duas funções básicas: 1) Realizar a conversão CC/CA da corrente e conectá-la à rede elétrica; 2) Melhorar e otimizar a eficiência de conversão de energia do sistema fotovoltaico. A escolha da topologia do inversor está relacionada à potência nominal de saída. Inversores fotovoltaicos de alta tensão e alta potência podem adotar a topologia multinível; inversores de média potência podem adotar as topologias ponte completa e meia ponte; e inversores de baixa potência podem adotar as topologias forward e flyback.

A tecnologia de geração de energia fotovoltaica apresenta um enorme potencial de redução de custos, rápido progresso tecnológico e forte certeza de industrialização. É um dos principais métodos de geração de energia limpa e de baixo custo a serem desenvolvidos no futuro. Em 2019, a capacidade fotovoltaica recém-instalada na China foi de 30 GW. De acordo com o roteiro de desenvolvimento da indústria fotovoltaica chinesa, a taxa de crescimento anual composta da capacidade recém-instalada nos próximos cinco anos é estimada em aproximadamente 9.9%. Em 2025, a capacidade recém-instalada é estimada, de forma conservadora, em 65 GW e, de forma otimista, em 80 GW.

Para maximizar os benefícios econômicos, a relação de capacidade projetada das usinas fotovoltaicas está aumentando gradualmente. Inicialmente, os sistemas fotovoltaicos eram projetados com uma relação de capacidade de 1:1. Posteriormente, com a inovação tecnológica, o aumento dessa relação contribuiu para melhorar a eficiência operacional do inversor e a receita da usina. Considerando um ciclo de substituição de inversores fotovoltaicos de 10 anos, a demanda anual por inversores fotovoltaicos é composta principalmente por novas instalações e substituições. Com base nessas estimativas, prevê-se que a demanda do mercado chinês por inversores fotovoltaicos atingirá 75 GW em 2025.

Os inversores fotovoltaicos são geralmente divididos em três categorias: centralizados, em string e distribuídos. Devido ao efeito de escala, o custo unitário do tipo centralizado é relativamente menor do que o do tipo em string. O custo unitário tenderá a cair à medida que a tecnologia amadurecer e a produção em massa for ampliada. De acordo com as previsões da CPIA (Associação Chinesa de Inversores Fotovoltaicos), o custo médio ponderado dos inversores fotovoltaicos domésticos em 2019 foi de aproximadamente 0.2 yuan/W, e espera-se que caia para 0.15 yuan/W em 2025. Supondo que o custo dos módulos de potência e dispositivos discretos represente de 9 a 10% do custo total, a demanda da China por semicondutores de potência para inversores fotovoltaicos é estimada em aproximadamente 390 milhões de yuans em 2019 e 961 milhões de yuans em 2025. A demanda doméstica acumulada nos próximos cinco anos é de aproximadamente 5 bilhões de yuans.

1.3.4 A demanda por maior desempenho impulsiona a industrialização acelerada de materiais de terceira geração.

Devido às características dos materiais de terceira geração, como maior bandgap, maior velocidade de deriva de saturação de elétrons, excelentes propriedades optoeletrônicas, alta velocidade, alta frequência, alta potência, resistência a altas temperaturas e alta resistência à radiação, os dispositivos apresentam grande potencial de desenvolvimento nas áreas de optoeletrônica, radiofrequência e eletrônica de potência. Atualmente, os materiais semicondutores à base de silício estão próximos dos limites físicos devido às suas propriedades. A terceira geração de materiais semicondutores compostos entrou rapidamente no processo de industrialização. A preparação, o processo de fabricação e a física de dispositivos de materiais semicondutores de bandgap amplo, como o SiC e o GaN, têm se desenvolvido rapidamente. O SiC possui características como alta resistência à temperatura, alta frequência, alta potência e alta tensão, sendo utilizado principalmente em aplicações de alta tensão e acionamento, como inversores fotovoltaicos, veículos de novas energias, estações de carregamento, etc.

O GaN apresenta maior potência de saída e menor área em altas frequências, sendo utilizado principalmente na área de radiofrequência. Espera-se que o GaN melhore significativamente aplicações como gerenciamento de energia, geração de energia e potência de saída em campos de média e baixa tensão. O mercado de energia baseado em GaN é impulsionado principalmente pelo carregamento rápido.

Beneficiando-se da forte demanda em veículos de novas energias, 5G e eletrônicos de consumo, o mercado global de dispositivos de SiC e GaN deverá crescer a uma taxa elevada de 25% a 40% nos próximos anos. De acordo com as estimativas da ASIACHEM Consulting, o mercado de dispositivos de potência de SiC atingirá aproximadamente US$ 500 milhões em 2019 e US$ 3.5 bilhões em 2025. Em 2019, o mercado de dispositivos de radiofrequência (RF) de GaN deverá ser de aproximadamente US$ 642 milhões, e o mercado de dispositivos de potência de GaN, de aproximadamente US$ 90 milhões. Em 2025, o mercado de dispositivos de RF ultrapassará US$ 3 bilhões e o mercado de dispositivos de potência atingirá US$ 400 milhões.

1.4 O setor nacional de dispositivos de energia entrou em um período áureo, com as empresas líderes sendo as primeiras a se beneficiarem.

Impulsionada por múltiplos fatores, como demanda de mercado, políticas públicas, talentos, capital e tecnologia, a indústria nacional de semicondutores de potência deverá entrar em um período de desenvolvimento excepcional nos próximos 3 a 5 anos. Independentemente de se analisar sob diversas perspectivas, como a dificuldade de acompanhar o ritmo da tecnologia, o progresso da industrialização e o impacto de fatores externos, os semicondutores de potência são um dos segmentos com a substituição de importações mais rápida no futuro previsível. Em um cenário onde o impacto do ambiente externo é relativamente pequeno, a redução da defasagem tecnológica e a expansão da capacidade produtiva têm sustentado a tendência de substituição de importações. Atualmente, os dispositivos de potência nacionais estão substituindo rapidamente os produtos de gama média e baixa, e essa expansão continuará a se estender aos segmentos de gama média e alta no futuro.

Existem quatro principais tendências de desenvolvimento em toda a indústria de dispositivos de potência:

(1) Aumento da concentração industrial, tendência de desenvolvimento endógeno + extensional. Atualmente, os principais fabricantes estrangeiros na indústria de dispositivos discretos representam metade do mercado global, e esse padrão é estável. O padrão da indústria nacional é de pequenas, grandes e dispersas empresas, com foco em tecnologia e produto únicos. A tendência inevitável no desenvolvimento da indústria nacional é que um pequeno número de empresas com vantagens competitivas essenciais expandirá a visibilidade de seus produtos e a participação de mercado por meio do acúmulo contínuo de tecnologia e inovação independente, estendendo-se também à fabricação e embalagem.

(2) Além da alta taxa de crescimento de novos mercados, espera-se que as empresas nacionais se beneficiem do enorme espaço potencial para substituição de importações. Nos últimos anos, meu país se desenvolveu rapidamente no segmento de produtos de gama média a baixa, e o mercado para produtos de gama média a alta ainda não se abriu. No futuro, as empresas nacionais de destaque no setor obterão mais oportunidades de desenvolvimento em virtude de suas vantagens geográficas, tecnológicas e de custo.

(3) Os requisitos de desempenho do produto impulsionam o desenvolvimento modular e integrado. O desenvolvimento da indústria de dispositivos discretos é impulsionado pela demanda. Para atender às necessidades de maior eficiência de conversão de energia, estabilidade, alta tensão, alta potência e complexidade, a modularização e a integração de montagem tornaram-se a principal tendência do desenvolvimento tecnológico, e o projeto é mais difícil.

(4) Os materiais emergentes de banda proibida larga encontram-se nos estágios iniciais de industrialização, sendo relativamente difícil para os países nacionais alcançá-los. Os materiais de banda proibida larga, representados pelo SiC e pelo GaN, têm a vantagem de romper os limites de desempenho dos dispositivos de silício tradicionais e são extremamente estratégicos e inovadores. A barreira técnica reside na preparação dos materiais, e a diferença tecnológica entre os países nacionais e estrangeiros está em constante redução.

Fonte: Observação da Indústria Central

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