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Ataque ao mercado interno de carboneto de silício em 2021!
2022-03-17
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A indústria de semicondutores é conhecida como "uma geração de materiais, uma geração de tecnologia, uma geração da indústria". A primeira geração foi o silício, a segunda geração foi o arseneto de gálio, e o que vamos estudar hoje é a cadeia produtiva da terceira geração da indústria de semicondutores.
O nitreto de gálio (GaN) e o carbeto de silício (SiC) são considerados a dupla de semicondutores de terceira geração. Neste artigo, focamos no carbeto de silício (SiC).
Atualmente, quando o material de silício está próximo do limite teórico de desempenho, os dispositivos de potência de SiC são considerados "dispositivos ideais" e muito aguardados devido à sua alta tensão suportável, baixas perdas, alta eficiência e outras características.
Com o rápido desenvolvimento de indústrias estratégicas emergentes, como o 5G, veículos de novas energias, geração de energia fotovoltaica e aeroespacial, empresas a montante e a jusante da cadeia produtiva correram para entrar no mercado.Com o enorme potencial de crescimento da demanda de mercado, o ambiente favorável aos investimentos e o apoio político, a indústria de semicondutores de silício (SIC) do meu país concluiu seu planejamento básico..
Do ponto de vista dos campos de aplicação, os veículos de novas energias representam o maior mercado para dispositivos de SiC, respondendo por mais de 50%. No futuro, a China se tornará o maior mercado de SiC.
À medida que os processos de fabricação de materiais semicondutores de primeira e segunda geração se aproximam gradualmente dos limites físicos, os materiais semicondutores de terceira geração, que prometem superar os obstáculos da tecnologia semicondutora tradicional, tornaram-se a grande promessa do desenvolvimento industrial.
Na verdade, a razão pela qual os materiais semicondutores são divididos em "gerações" na China deve-se, em parte, às três revoluções industriais que se seguiram à aplicação em larga escala desses materiais.
A primeira geração de materiais semicondutores é representada pelo silício (Si), que substituiu os volumosos tubos eletrônicos e impulsionou o rápido desenvolvimento da indústria microeletrônica, tendo os circuitos integrados como núcleo.
Os materiais semicondutores de segunda geração são principalmente arseneto de gálio (GaAs), antimoneto de índio (InSb), etc. Os lasers semicondutores de fosfeto de índio são componentes essenciais dos sistemas de comunicação óptica, e os dispositivos de alta velocidade de arseneto de gálio abriram novas oportunidades para as indústrias de fibra óptica e comunicação móvel.
Os materiais semicondutores de terceira geração, representados pelo carbeto de silício (SiC) e pelo nitreto de gálio (GaN), estão impulsionando efetivamente o desenvolvimento de novas energias, da energia fotovoltaica, de veículos elétricos e de outras indústrias.
Analisando os três parâmetros importantes dos materiais semicondutores, os materiais semicondutores de terceira geração apresentam melhor desempenho do que os dispositivos de silício em três indicadores: mobilidade eletrônica (desempenho em alta frequência sob condições de baixa tensão), taxa de deriva de saturação (desempenho em alta frequência sob condições de alta tensão) e largura da banda proibida (resistência à tensão, temperatura máxima de operação e desempenho óptico do dispositivo).
Dentre eles, o mais chamativo é o "WideBand-Gap (WBG)" da terceira geração de semicondutores. A vantagem de um gap de banda elevado é que o dispositivo é resistente a alta tensão e alta temperatura, possui alta potência, resistência à radiação, forte condutividade, alta velocidade de operação e baixa perda operacional.
Do ponto de vista nacional, a China é o maior mercado mundial de veículos de novas energias, com vendas que superam em muito as de todos os outros países e representando mais de 40% da participação global.Do ponto de vista dos campos de aplicação, os veículos de novas energias representam o maior mercado para dispositivos de SiC, respondendo por mais de 50%. No futuro, a China se tornará o maior mercado de SiC.
Segundo dados da IHS, o mercado total de SiC (carboneto de silício) atingirá US$ 50 milhões este ano e deverá crescer para US$ 160 milhões até 2028. Dentre esses segmentos, o mercado de carregadores para veículos elétricos apresenta uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 59% nos próximos anos; o mercado de energia fotovoltaica e armazenamento de energia registra 26% de CAGR; e o setor de fontes de alimentação também apresenta 16% de CAGR. A taxa de crescimento anual composta geral também é de 16%.
O governo desempenha o papel de capital de risco e participa no investimento e na construção de um grande número de projetos de SiC.
A maioria dos projetos de SiC são financiados e construídos em conjunto por governos locais e empresas. Os governos locais investem relativamente mais e assumem mais riscos.
Ao contrário dos projetos tradicionais baseados em silício, que se concentram em cidades de primeiro e segundo escalão na China, os projetos de carboneto de silício (SiC) estão espalhados por todo o país.
Em comparação com projetos baseados em silício, o investimento total em projetos de carbeto de silício (SiC) é relativamente baixo, e muitas administrações municipais de pequeno e médio porte estão interessadas em melhorar a imagem da cidade e aumentar a presença da indústria de semicondutores.
Resumo de alguns projetos de SiC nos quais os governos locais estão especificamente envolvidos.
O entusiasmo dos investidores está crescendo e uma grande quantidade de dinheiro está sendo investida na indústria de SiC.
Os governos central e locais promulgaram uma série de políticas para promover o desenvolvimento da indústria de SiC.
Além disso, no programa "Made in China 2025", o país também estabeleceu metas específicas para a taxa de nacionalização das comunicações 5G e para a gestão eficiente de energia. A meta exige que a taxa de nacionalização de materiais semicondutores avançados atinja 50% até 2025. Essas políticas favoráveis contribuirão significativamente para o desenvolvimento e o crescimento do mercado de SiC.
Durante a participação da Lujing Semiconductor na Feira de Eletrônicos de Munique de 2021, o grupo de colunistas de TV "Qualidade" entrevistou o gerente geral da empresa, Sr. Xu Wenhui, sobre o programa "Made in China 2025" e o desenvolvimento de semicondutores de terceira geração. A aplicação de dispositivos de potência de carbeto de silício será amplamente difundida nos próximos 3 a 5 anos, podendo inclusive substituir completamente os produtos à base de silício em alguns setores.
Em comparação com os mercados estrangeiros, meu país iniciou a pesquisa em materiais e dispositivos de SiC relativamente tarde. Impulsionada por diversos fatores, a cadeia produtiva de SiC na China completou seu planejamento básico e alcançou certos resultados, reduzindo gradualmente a diferença em relação às tecnologias avançadas estrangeiras. Diversas empresas líderes emergiram em cada elo da cadeia.
Existe uma clara discrepância entre os indicadores técnicos e os fabricantes internacionais, e a consistência dos produtos é uma deficiência difícil de superar.
Os motivos para a lacuna tecnológica e os problemas de consistência dos substratos nacionais podem ser resumidos, de forma geral, nas duas categorias seguintes:
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Aspectos técnicos como a compatibilidade de materiais, a precisão dos equipamentos e o controle do campo térmico exigem um longo período de acúmulo de conhecimento. Os fabricantes nacionais começaram relativamente tarde e investiram menos, deixando uma clara lacuna em relação aos principais fabricantes estrangeiros.
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Os fabricantes nacionais têm menos clientes e estes estão mais dispersos, o que resulta em um feedback mais lento e incompleto. As linhas de produtos da CREE abrangem substratos, epitaxia, dispositivos e até módulos, e o feedback da equipe de produção é suficiente e oportuno.
A lacuna tecnológica leva diretamente ao baixo desempenho geral do substrato e à sua incapacidade de ser utilizado em linhas de produção com requisitos mais elevados.
O problema da consistência significa que a proporção de substratos de alta qualidade é baixa, o que leva diretamente a um aumento significativo no custo dos substratos.
Principalmente devido aos dois pontos acima, os substratos nacionais estão atualmente impossibilitados de entrar na cadeia de suprimentos principal.
As barreiras técnicas são baixas e o nível técnico geral não difere muito do de outros países.
A tecnologia epitaxial é relativamente simples, e o processo principal consiste em cultivar uma nova camada de monocristal sobre o substrato de SiC original. Trata-se de uma etapa com menor valor agregado e menor barreira técnica em toda a cadeia industrial.
O processo epitaxial depende de equipamentos consolidados (atualmente, os equipamentos mais utilizados na indústria são os de CVD fornecidos pela Aixtron e outras empresas). O processo de deposição de vapor é rigorosamente controlado por medidores de fluxo. A indústria e os fornecedores de equipamentos possuem tecnologias relativamente maduras.
Tomando como exemplo a fabricante nacional Han Tiantian, o nível técnico não difere muito do da japonesa Showa Denko, uma empresa líder internacional em extensão de sistemas. De acordo com pesquisas, Hantian Tiancheng e Showa Denko competem em diversos mercados ao redor do mundo.
Existe uma clara discrepância entre os indicadores técnicos e os fabricantes internacionais. A consistência dos produtos é uma deficiência difícil de superar. Ainda é difícil para os substratos nacionais ingressarem na cadeia de suprimentos principal.
projeto:O projeto de dispositivos SiC é relativamente simples, e a diferença em relação a outros países é relativamente pequena.
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Não existem barreiras de patentes para o projeto de dispositivos SiC SBD. As principais empresas nacionais já iniciaram a pesquisa e o desenvolvimento de SiC SBD de sexta geração, e a diferença em relação aos países estrangeiros é relativamente pequena.
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Em relação aos dispositivos MOSFET de SiC, muitas empresas nacionais afirmam ter concluído a pesquisa e o desenvolvimento, mas ainda não iniciaram a produção em massa. Ao mesmo tempo, a patente mais recente do MOSFET de SiC de quarta geração com tecnologia Trench está em posse de empresas estrangeiras, o que pode gerar problemas de patente no futuro.
fabricação:Existe uma clara lacuna entre a fabricação de dispositivos de SiC em países estrangeiros.
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A maioria das linhas de produção de dispositivos SiC SBD encontra-se em fase inicial de implantação. Ainda precisam passar por etapas como o aumento da capacidade produtiva, e existe um longo caminho entre a produção em larga escala e a produção em massa estável.
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Atualmente, todas as plataformas de fabricação de dispositivos MOSFET de SiC no mercado interno ainda estão em construção, e as linhas de produção de algumas empresas ainda estão em fase de planejamento, havendo um longo caminho a percorrer antes do início da produção em massa formal.
A concorrência de mercado é acirrada e a maturidade geral da indústria nacional ainda é baixa.
Situação competitiva atual das empresas nacionais nos módulos SIC:
Muitos fabricantes nacionais de veículos de novas energias realizaram mudanças radicais e construíram suas próprias linhas de produção de módulos de SiC para atender às suas necessidades e abranger todo o processo, do início ao fim. Ao mesmo tempo, alguns fabricantes tradicionais de módulos também estão conduzindo pesquisa e desenvolvimento de módulos de SiC de forma horizontal, aproveitando a experiência com módulos à base de silício para acelerar o progresso da pesquisa e desenvolvimento.
No entanto, a maior parte da construção de linhas de produção de módulos para fabricantes nacionais de veículos de novas energias teve início em 2019/20 e levará pelo menos 22 anos para atingir a capacidade máxima. A maioria dos fabricantes de módulos emergentes na China são pequenos e ainda não alcançaram a produção em massa em larga escala. A maturidade da indústria nacional ainda é baixa.
Além da competição entre fabricantes nacionais, a verdadeira pressão competitiva no setor de SiC ainda vem de gigantes estrangeiros. Atualmente, diodos Schottky de carbeto de silício (SBD) e MOSFETs de 600-1700V de grandes fabricantes internacionais, como Infineon, ST e Rohm, já estão em produção em massa. Os fabricantes nacionais de carbeto de silício estão lançando principalmente diodos. Apenas alguns fabricantes de MOSFETs estão produzindo em massa, e ainda há espaço para avanços significativos. Em termos de linhas de produção, Cree, Infineon, etc., começaram a instalar linhas de 8 polegadas, enquanto os fabricantes nacionais ainda estão em transição para linhas de 6 polegadas. A Cree sozinha detém cerca de 40% do mercado de substratos.
Por muito tempo, o caminho de ataque para as empresas nacionais da cadeia produtiva de SiC permanecerá no horizonte. Ainda há um longo percurso a percorrer! Mas, felizmente, o SiC tem apresentado um desempenho excepcional em diversos campos, como 5G, veículos de novas energias e energia fotovoltaica. O mercado é grande o suficiente e a demanda por substitutos nacionais continua a crescer, permitindo que as empresas nacionais continuem competitivas!
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