За пять лет площадь, занимаемая автомобильными силовыми полупроводниками, увеличится почти в 7 раз, при этом наибольшую выгоду получат IGBT-транзисторы.

Благодаря государственной поддержке, энергосбережению и сокращению выбросов, распространение автомобилей на новых источниках энергии ускоряется. Ожидается, что к 2025 году доля автомобилей на новых источниках энергии в отечественном сегменте достигнет 20%, а в ЕС — 40% к 2030 году. Тенденция к электрификации автомобилей значительно повысила стоимость силовых полупроводников, используемых в автомобилях. По статистике Infineon, средняя цена продажи силовых полупроводников значительно вырастет с 71 доллара США для автомобилей с традиционным топливом до 330 долларов США для полностью подключаемых гибридных/чисто электрических автомобилей, что в 4.6 раза выше, чем у автомобилей с традиционным топливом. По нашим расчетам, объем мирового рынка автомобильных силовых полупроводников, как ожидается, достигнет 8 миллиардов долларов США в 2025 году. Объем мирового рынка силовых полупроводников для автомобилей на новых источниках энергии достигнет 5.3 миллиарда долларов США в 2025 году, что в 7.3 раза больше, чем в 2020 году, при среднегодовом темпе роста в 48.8%. В ближайшие десять лет рынок IGBT-транзисторов для зарядных устройств электромобилей в Китае, США и Европе увеличится на 9.4 миллиарда долларов США. В настоящее время IGBT и MOSFET в основном используются в автомобильных силовых полупроводниках. IGBT является основным компонентом главного инвертора системы электропривода в электромобилях и может использоваться во вспомогательных инверторных схемах, схемах DC/DC-преобразователей, бортовых зарядных устройствах (зарядка/инвертор) и т. д. Стоимость одного автомобиля достигает 273 долларов США, что составляет 83% от средней цены продажи автомобильных силовых полупроводников, что является абсолютным большинством. Мы прогнозируем, что мировой рынок IGBT-транзисторов для электромобилей достигнет 4.4 миллиарда долларов США к 2025 году, с совокупным годовым темпом роста около 48.8%. Это наиболее выгодный тип автомобильных силовых полупроводников в условиях тенденции электрификации.

Три основных барьера — продукт, процесс и преимущество первопроходца — создают прочную защиту от конкуренции.

1) Производственные барьеры: Автомобильные IGBT-транзисторы должны соответствовать строгим требованиям, таким как длительный срок службы, низкий уровень отказов и высокая сейсмостойкость. Они должны адаптироваться к суровым условиям эксплуатации, таким как «экстремально высокие» и «экстремально низкие» температуры, пыль и солево-щелочные среды. Они должны выдерживать частые изменения тока, вызванные частыми запусками и остановками, и соответствовать чрезвычайно высоким производственным требованиям.

2) Технологические барьеры: При проектировании автомобильных IGBT-транзисторов необходимо обеспечить баланс между временем включения и выключения, сопротивлением короткого замыкания и падением напряжения проводимости, а оптимизация параметров является особенно сложной задачей. В процессе производства тонколистовой процесс подвержен фрагментации, а ограниченная температура плавления переднего металла затрудняет контроль температуры отжига. Кроме того, к пайке и соединению корпусов IGBT-модулей предъявляются высокие технические требования.

3) Цикл сертификации длительный, стоимость замены высока, и присутствует эффект кривой обучения. Это дает очевидные преимущества первопроходца в отрасли.

а) Для того чтобы получить право на использование в цепочке поставок ведущих автопроизводителей, автомобильные IGBT-транзисторы должны соответствовать стандартам надежности, стандартам управления качеством и стандартам функциональной безопасности. Срок действия сертификации обычно составляет не менее 2 лет.

б) Поскольку модули IGBT являются ключевыми компонентами в автомобилях, производители, работающие с ними на последующих этапах производства, часто проявляют осторожность при их замене из-за соображений безопасности и надежности. Только после проведения большого количества проверочных испытаний и всесторонней оценки принимаются решения о крупномасштабных закупках. Стоимость замены высока.

c) Для достижения высокого уровня знаний в сфере производства IGBT-транзисторов требуется накопление многолетнего опыта.

d) Индустрия IGBT — капиталоемкая отрасль, и производственное и испытательное оборудование, как правило, приходится импортировать. Кроме того, потребность в оборотном капитале у компаний, занимающихся производством IGBT, также велика. Новые участники рынка часто сталкиваются с крупными инвестициями и низкими объемами производства на начальном этапе. Им необходима мощная финансовая поддержка для продолжения исследований и разработок, производства и продаж продукции. В совокупности, компании-первопроходцы в индустрии IGBT обладают очевидными преимуществами первопроходца.

Конкурентная среда превратилась в «высококачественный путь» для быстрорастущих отраслей, однако текущий уровень локализации по-прежнему низок.

Согласно статистике Omdia за 2019 год, на долю десяти ведущих мировых производителей IGBT-модулей приходится 76% рынка. Рыночная доля сконцентрирована, а конкуренция высока. Что касается автомобильных IGBT-модулей, то из-за высоких отраслевых барьеров доля китайских IGBT-модулей CR4 на рынке электромобилей в 2019 году составила 81%, что свидетельствует об олигополии. Среди них Infineon занимает первое место с долей рынка 58.2%, BYD — второе с долей 18%, Mitsubishi Electric и Semikron — третье и четвертое места соответственно. Автомобильные IGBT-модули стали «высококачественным направлением» в растущей отрасли благодаря широкому потенциалу роста и благоприятной конкурентной среде. Однако среди десяти ведущих производителей IGBT-модулей для электромобилей Китая в 2019 году только три отечественных производителя — BYD, Star Semiconductor и CRRC Times Electric — вошли в число лидеров, их общая рыночная доля составила 20.4%. Существует широкий простор для внутреннего замещения.

Множество факторов ускоряют замещение отечественной продукции, и отечественные производители обладают огромным потенциалом для дальнейшего развития.

Ускоряется замещение отечественных компонентов множеством факторов: 1) Китай уже является крупнейшим в мире рынком потребительских товаров для автомобилей, и спрос на автомобили будет продолжать расти в будущем, предоставляя хорошие возможности для развития отечественным производителям IGBT-транзисторов. 2) По мере усиления торговых трений потребность в независимых и управляемых полупроводниках становится все более актуальной. 3) Отечественные производители занимают лидирующие позиции в развитии индустрии электромобилей и используют преимущество первопроходца. По мере увеличения доли отечественных производителей электромобилей ожидается, что в связи с соображениями безопасности цепочки поставок будет использоваться больше продукции отечественных производителей полупроводников. 4) Отечественные производители IGBT-транзисторов обладают преимуществами местного сервиса, такими как высокая себестоимость и скорость отклика, что отвечает потребностям электромобилей в снижении затрат и повышении эффективности, и ожидается увеличение их доли. 5) Государственная поддержка и финансовая помощь способствуют быстрому развитию отечественной индустрии IGBT-транзисторов. Что касается внутреннего рынка, то, согласно нашим расчетам, объем китайского рынка силовых полупроводников для электромобилей к 2025 году, как ожидается, достигнет 17.7 млрд юаней, что в 6 раз больше, чем в 2020 году, с среднегодовым темпом роста до 44%. Ожидается, что объем китайского рынка IGBT для электромобилей к 2025 году достигнет 14.7 млрд юаней с среднегодовым темпом роста около 44%. В 2025 году объем китайского рынка IGBT для зарядных устройств достигнет 10.9 млрд юаней с среднегодовым темпом роста 35%. На основе вышеизложенного анализа мы считаем, что процесс замещения автомобильных IGBT в стране ускорится. В сочетании с нынешней низкой долей рынка и широким пространством для роста отрасли, отечественные производители IGBT обладают огромным потенциалом роста в будущем.

Ограниченные производственные мощности трудно преодолеть в краткосрочной перспективе, и бум в сфере силовых полупроводников продолжает набирать обороты.

Коммерческое использование 5G и эпидемия экономики, предполагающей работу из дома, ускоряют цифровую трансформацию общества. Рынки электромобилей, бытовой техники, цифрового и другого терминального оборудования становятся все более востребованными, что стимулирует спрос на полупроводники. Кроме того, производителям полупроводников необходимо увеличивать страховые запасы в связи с обеспечением безопасности цепочки поставок. Сочетание множества факторов привело к дефициту производственных мощностей по выпуску полупроводников. В настоящее время все основные заводы по производству кремниевых пластин работают на полную мощность. В глобальном масштабе ICinsight прогнозирует, что в 2021 году в мире будет введено в эксплуатацию 20.8 млн эквивалентных 8-дюймовых кремниевых пластин. На внутреннем рынке строящиеся мощности по производству эквивалентных 8-дюймовых пластин составляют приблизительно 27.96 млн пластин в год, большая часть которых будет введена в производство в 2022 году. Однако, учитывая, что после ввода в эксплуатацию новой производственной линии потребуется около 3-5 лет для наращивания объемов производства, в краткосрочной перспективе сложно смягчить дефицит производственных мощностей. Благодаря быстрому росту спроса на электромобили и зарядные станции, ожидается, что мировой спрос на 8-дюймовые кремниевые пластины только для автомобильных IGBT-модулей достигнет 1.69 миллиона штук в 2025 году, что в 5.4 раза больше по сравнению с 2020 годом. Наблюдается огромный дефицит предложения на рынке кремниевых пластин. С начала года крупные производители микросхем как в стране, так и за рубежом повысили цены на свою продукцию или увеличили сроки поставок. Ожидается, что процветание полупроводниковой производственной цепочки продолжит расти.

  1    Распространение электромобилей ускоряется, а площадь рынка автомобильных силовых полупроводников за 5 лет увеличилась вдвое.

1.1. Распространение электромобилей ускоряется, и объемы производства и цены на автомобильные силовые полупроводники растут.

Поддержка со стороны государственной политики, энергосбережение и сокращение выбросов способствуют ускоренному внедрению автомобилей на новых источниках энергии. В «Плане развития индустрии автомобилей на новых источниках энергии (2021-2035)» моей страны изложена концепция развития этой отрасли. Планируется, что к 2025 году доля отечественных автомобилей на новых источниках энергии достигнет 20%.

На международном уровне многие европейские страны приняли двойную политику: ограничение выбросов углекислого газа и субсидирование электромобилей для борьбы с глобальным потеплением, и путь электрификации автомобилей становится все более очевидным. В ЕС соглашение ACEA о выбросах парниковых газов транспортными средствами предусматривает, что к 2030 году выбросы углекислого газа от транспортных средств должны быть менее 59 граммов на километр. По расчетам Infineon, к 2030 году доля электромобилей в ЕС достигнет 40%.

Электрификация привела к значительному увеличению стоимости велосипедов с силовыми полупроводниками. Средняя цена продажи силовых полупроводников для полностью электрических транспортных средств достигает 330 долларов США, что в 4.6 раза выше, чем у традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Новые энергетические транспортные средства, использующие электрическую систему в качестве источника энергии, предъявляют более высокие требования к возможностям управления питанием и преобразования энергии электронных компонентов.

В традиционных автомобилях силовые полупроводники в основном используются в системах запуска двигателя, выработки электроэнергии и обеспечения безопасности, а низковольтные и маломощные электронные компоненты могут удовлетворить их потребности. В электромобилях высокое напряжение, выдаваемое батареей, требует частого преобразования напряжения и инверсии тока. Эти схемы значительно увеличили спрос на силовые полупроводники, такие как IGBT и MOSFET. По данным Infineon, стоимость силовых полупроводников в традиционных автомобилях с двигателями внутреннего сгорания составляет 71 доллар США, а в полностью подключаемых гибридных/чисто электрических автомобилях — 330 долларов США, что в 4.6 раза больше, чем в традиционных автомобилях с двигателями внутреннего сгорания.

Объем мирового рынка силовых полупроводников для автомобильной промышленности достигнет 8 миллиардов долларов США в 2025 году. По данным Yole, к 2025 году объем мирового рынка силовых полупроводников составит 22.5 миллиарда долларов США. Согласно статистике Zhiyan Consulting, в 2019 году на автомобильный сектор приходилось 35.4% мирового рынка силовых полупроводников. Предполагая, что эта доля останется неизменной, ожидается, что к 2025 году объем мирового рынка силовых полупроводников для автомобильной промышленности достигнет 7.965 миллиарда долларов США.

Ожидается, что мировой рынок силовых полупроводников для электромобилей достигнет 5.3 млрд долларов США в 2025 году, что в 7.3 раза больше, чем в 2020 году, при среднегодовом темпе роста в 48.8%. Согласно прогнозу AlixPartners, мировые продажи автомобилей увеличатся с 70.5 млн единиц в 2020 году до 94 млн единиц в 2025 году. EVTank прогнозирует, что мировые продажи электромобилей вырастут с 2.21 млн единиц в 2019 году до 12 млн единиц в 2025 году. Мировой уровень проникновения электромобилей на рынок достигнет 13% в 2025 году, что на 10.36% больше по сравнению с 2019 годом.

Как упоминалось выше, согласно последним статистическим данным Infineon за 2020 год, стоимость велосипеда с силовыми полупроводниковыми компонентами для электромобилей составляет 330 долларов США. Учитывая текущую ограниченность производственных мощностей мировых заводов по выпуску полупроводниковых пластин, ожидается, что цена на силовые полупроводники для электромобилей останется на высоком уровне в этом году, а стоимость велосипеда в будущем будет постепенно расти по мере развития электрификации и увеличения доли двухмоторных автомобилей. На основе приведенных данных мы прогнозируем, что мировой рынок силовых полупроводников для электромобилей достигнет 5.3 млрд долларов США в 2025 году, что в 7.3 раза больше, чем в 2020 году, при среднегодовом темпе роста в 48.8%.

1.2. Мировой рынок IGBT-транзисторов для зарядных устройств для транспортных средств быстро растет.

Количество зарядных станций на важных вспомогательных объектах для электромобилей будет быстро расти, что приведет к быстрому увеличению спроса на IGBT-транзисторы, являющиеся ключевым компонентом. По мере постепенного роста доли электромобилей в рынке, одновременно необходимо увеличивать и количество зарядных станций, которые являются важными вспомогательными объектами для электромобилей. Согласно статистике McKinsey, потребность в зарядке электромобилей в Китае, США и Европе в 2020 году составит приблизительно 18 миллиардов киловатт-часов. Ожидается, что к 2030 году эта потребность достигнет 271 миллиарда киловатт-часов, при среднегодовом темпе роста в 31.2%. Быстрый рост спроса на зарядные станции для электромобилей также приведет к значительному увеличению использования IGBT-транзисторов, ключевого компонента зарядных станций.

Ожидается, что рынок зарядных устройств на основе IGBT-транзисторов в Китае, США и Европе увеличится на 9.4 миллиарда долларов США в течение десяти лет, с 2020 по 2030 год. По оценкам McKinsey, Китаю, США и Европейскому союзу необходимо инвестировать 19,11 и17 миллиардов долларов США соответственно в десятилетие 2020-2030 годов для строительства 20 миллионов, 20 миллионов и 25 миллионов зарядных устройств для электромобилей, чтобы удовлетворить растущий спрос на зарядку электромобилей. На долю IGBT-транзисторов приходится около 20% от общей стоимости одного зарядного устройства. Из этого можно сделать вывод, что рынок IGBT-транзисторов для зарядных устройств электромобилей в Китае, США и Европе увеличится на 9.4 миллиарда долларов США в течение следующих десяти лет.

  2  Среди автомобильных силовых полупроводников IGBT-транзисторы получают наибольшую выгоду.

IGBT и MOSFET являются основными компонентами автомобильных силовых полупроводников. IGBT находят применение в автомобилях в четырех различных областях. Первая — это основной компонент главного инвертора. Главный инвертор преобразует постоянный ток, выходящий из батареи, в переменный для привода двигателя автомобиля; вторая используется во вспомогательной схеме инвертора для питания другой автомобильной электроники; третья используется в схеме DC/DC-преобразователя для выдачи токов с различными напряжениями; четвертая используется в OBC (зарядном устройстве/инверторе) для преобразования внешнего входного переменного тока в постоянный для зарядки аккумулятора электромобиля.

В автомобилях с низкой степенью электрификации, из-за низкого выходного напряжения батареи и малого диапазона мощности силовых устройств, для снижения затрат можно использовать MOSFET-транзисторы вместо вспомогательной инверторной схемы, схемы DC/DC-преобразователя и IGBT в бортовом зарядном устройстве.

2.1. IGBT является основным элементом системы привода электродвигателя электромобиля.

Благодаря превосходным характеристикам, IGBT является ключевым компонентом силовых полупроводников в электромобилях. IGBT — это аббревиатура от InsulatedGateBipolarTransistor (биполярный транзистор с изолированным затвором), представляющий собой биполярный транзистор с изолированным затвором. Это комбинированный силовой полупроводниковый прибор, состоящий из биполярного транзистора (BJT) и полевого транзистора (MOSFET). Он сочетает в себе преимущества MOSFET: высокую скорость переключения, высокое входное сопротивление, малую мощность управления, простую схему управления, малые потери при переключении, а также низкое напряжение проводимости, большой ток в открытом состоянии и малые потери биполярного транзистора (BJT). В электромобилях модули IGBT в основном используются в мощных инверторах для преобразования постоянного тока в переменный для привода электродвигателя автомобиля; они также используются во вспомогательных силовых инверторах для питания автомобильного электронного оборудования, такого как автомобильные кондиционеры.

В зависимости от условий применения IGBT-транзисторы можно разделить на одноканальные IGBT-транзисторы, IGBT-модули и интеллектуальные IPM-модули. Одноканальный IGBT-транзистор представляет собой N-канальный биполярный транзистор с изолированным затвором и усилением, который проводит ток через всю схему, подавая базовый ток на PNP-транзистор. Поскольку его рабочий ток невелик, обычно ниже 100 А, его рабочая мощность низка. Однако внешняя схема одноканального IGBT-транзистора сложна и трудна в упаковке, что отражает уровень технологий и технологических процессов производителя IGBT-транзисторов.

Модуль IGBT — это модульный полупроводниковый продукт, состоящий из микросхемы IGBT и быстродействующего диода (FWD), объединенных с помощью специальной схемной конструкции. В модуль интегрировано и упаковано несколько микросхем с помощью изоляции. Это значительно повышает безопасность и надежность модуля, а также делает его более подходящим для работы в условиях высокого напряжения и больших токов. Интеллектуальный модуль IPM объединяет IGBT-устройства, схемы управления и схемы защиты в одном модуле. Благодаря функциям самодиагностики и защиты, он более интеллектуален, чем обычные модули IGBT, и часто используется в бытовых приборах с частотным преобразователем.

В настоящее время IGBT-транзисторы Infineon достигли седьмого поколения, и отечественные производители постепенно догоняют мировой уровень. За более чем 30 лет, с 1988 по 2019 год, Infineon выпустила в общей сложности 7 поколений IGBT-транзисторов. Технический уровень развивался в направлении уменьшения площади кристалла, ширины технологического процесса, падения напряжения насыщения в открытом состоянии, времени выключения, потерь мощности и увеличения напряжения в выключенном состоянии. Хотя в настоящее время внутренний рынок IGBT в основном занят иностранными компаниями, благодаря постоянным инвестициям в НИОКР со стороны отечественных производителей, технологии производства продолжают догонять мировой передовой уровень.

Например, разработанный компанией Star Semiconductor чип IGBT второго поколения сравнивается с чипом IGBT шестого поколения от Infineon (FS-Trench) и запущен в серийное производство в 2016 году. В 2019 году было собрано в общей сложности 160 000 комплектов автомобильных модулей IGBT; продукция BYD IGBT4.0 обладает меньшими потерями при переключении, более высокими выходными токами и более длительным сроком службы при различных температурных циклах, чем представленные на рынке IGBT четвертого поколения от Infineon.

Объем мирового рынка IGBT-транзисторов для электромобилей в 2025 году достигнет 4.4 млрд долларов США, при среднегодовом темпе роста 48.8%. По данным Yole, в 2019 году объем мирового рынка IGBT-транзисторов для электромобилей составил 600 млн долларов США. По данным EVSalesBlog, мировые продажи подключаемых гибридных автомобилей и полностью электрических автомобилей в 2019 году составили приблизительно 2.2 млн единиц. Из этого можно сделать вывод, что средняя стоимость IGBT-транзисторов для электромобилей составляет 273 млн долларов США (что составляет 83% от стоимости силовых полупроводников для электромобилей). Учитывая текущую ограниченность производственных мощностей на мировом рынке полупроводниковых пластин, ожидается, что в этом году будет использоваться больше силовых полупроводников для электромобилей. Цены останутся на высоком уровне, а стоимость электромобилей в будущем будет постепенно расти по мере увеличения тенденций электрификации и распространения двухмоторных автомобилей. Если умножить этот показатель на прогнозируемый компанией EVtank объем продаж новых энергетических автомобилей в мире на ближайшие несколько лет, то ожидается, что мировой рынок IGBT-транзисторов для новых энергетических автомобилей вырастет с приблизительно 600 миллионов долларов в 2020 году до 4.4 миллиарда долларов США в 2025 году, при среднегодовом темпе роста около 48.8%.

2.2. SiC обладает лучшими характеристиками и, как ожидается, станет технологией следующего поколения.

Силовые приборы на основе полупроводниковых материалов третьего поколения обладают лучшими эксплуатационными характеристиками. По сравнению с полупроводниковыми материалами на основе кремния, полупроводниковые материалы третьего поколения, представленные GaN и SiC, имеют более широкую запрещенную зону, более высокое электрическое поле пробоя, более высокую теплопроводность, более высокие скорости насыщения электронов и более высокую радиационную стойкость, и больше подходят для создания высокотемпературных, высокочастотных, радиационно-стойких и мощных устройств.

Согласно данным Infineon, инверторы на основе SiC в 3 раза меньше по объему и весу, чем инверторы на основе Si; данные Rohm показывают, что в практическом применении частота переключения SiCMOSFET может достигать более 50 кГц (в то время как частота переключения основных IGBT составляет до 20 кГц), а потери энергии на 73% ниже, чем у IGBT на основе Si. SiC-MOSFET обладают преимуществами в производительности и меньших размерах по сравнению с IGBT.

В некоторых моделях высокого класса используются SiC-транзисторы на основе MOSFET, что, как ожидается, станет будущим направлением развития. Tesla Model 3 стала первой моделью, в которой интегрирован полностью SiC-модуль питания. Он был разработан инженерным отделом Tesla в сотрудничестве с STMicroelectronics. Сразу же компания Infineon стала поставщиком SiC-модулей питания для Tesla Model 3. Кроме того, полноприводная версия электромобиля BYD Han стала первой отечественной моделью, оснащенной компонентами SiCMOSFET в серийном производстве, а общая эффективность управления SiC-электроникой в ​​ней превышает 97%.

В настоящее время отечественные производители также активно внедряют технологии производства SiC. Например, компания China Resources Micro в июле 2020 года запустила первую в Китае коммерческую линию по производству 6-дюймовых SiC-диодов с планируемой производственной мощностью 1,000 штук в месяц. Компания New Clean Energy также имеет ряд патентов, связанных с полупроводниками третьего поколения, и планирует запустить серию продуктов на основе SiC-диодов. В будущем она сосредоточится на применении в транспортных средствах на новых источниках энергии.

В настоящее время использование SiC ограничено факторами стоимости и выхода годной продукции, и для его широкого распространения в больших масштабах потребуется время. В настоящее время наиболее распространенные размеры подложек из SiC в мире составляют 4 и 6 дюймов. Из-за малой площади пластины и низкой эффективности резки чипа стоимость подложек из SiC высока. Низкий выход годной продукции при производстве и упаковке на последующих этапах производства также приводит к сохранению высокой стоимости устройств на основе SiC.

Согласно данным Китайской академии наук, цена SiCMOSFET в 4 раза выше, чем у SiIGBT того же уровня. Электронные устройства управления автомобильного класса должны соответствовать более строгим показателям производительности и обеспечивать стабильную работу в экстремальных температурах и условиях сильной вибрации. Поэтому перед внедрением в конечную продукцию SiCMOSFET необходимо пройти долгосрочную сертификацию надежности. Как правило, срок сертификации для модулей IGBT автомобильного класса составляет около 2 лет.

  3  Три основных барьера — продукт, процесс и преимущество первопроходца — создают прочную защиту.

3.1. Сложные условия эксплуатации предъявляют чрезвычайно высокие требования к безопасности и надежности автомобильных IGBT-транзисторов.

1) Необходимо адаптироваться к условиям работы при «экстремально высоких» и «экстремально низких» температурах: автомобильные IGBT-транзисторы имеют широкий диапазон рабочих температур, и для разных мест установки требуются разные температурные диапазоны, например, для моторного отсека — от -40℃ до 155℃, для элементов управления кузовом — от -40℃ до 125℃, в то время как для обычных потребительских микросхем и компонентов достаточно температур от 0℃ до 70℃.

2) Необходимость выдерживать частые изменения тока, вызванные частыми запусками и остановками: Транспортные средства часто сталкиваются с частыми запусками и остановками в условиях плотного дорожного движения. В это время рабочий ток модуля IGBT повышающего преобразователя и инвертора будет часто колебаться, что приводит к быстрым изменениям температуры перехода IGBT, требуя от IGBT высокой термостойкости и эффективности теплоотвода.

3) Необходимость высокой сейсмостойкости: Из-за непредсказуемости условий движения транспортного средства, таких как горы, грязь, гравийные дороги и т. д., автомобильные IGBT-транзисторы могут подвергаться сильным вибрациям и ударам во время движения. Каждый вывод модуля IGBT должен обладать достаточной механической прочностью, чтобы нормально функционировать в условиях сильной вибрации.

4) Способность адаптироваться к суровым условиям эксплуатации: Учитывая плесень, пыль, воду, соле-щелочную природную среду (море, снег, дождь и т. д.), электромагнитную совместимость и эрозию от вредных газов, к характеристикам безопасности IGBT предъявляются чрезвычайно высокие требования, такие как водонепроницаемость, пылезащита и антикоррозионная защита. При таких воздействиях IGBT не должен неконтролируемо влиять на свою работу или создавать помехи для другого оборудования в транспортном средстве (шина управления, микроконтроллер, датчики).

5) Необходимо обеспечить длительный срок службы и низкий уровень отказов. Расчетный срок службы обычного автомобиля составляет около 15 лет или 600 000 километров. На протяжении всего жизненного цикла основное требование автопроизводителей к уровню отказов автомобильных полупроводников составляет однозначное число частей на миллион (PPM). Большинство автопроизводителей требуют, чтобы этот показатель был на уровне частей на миллиард (PPB), что практически обеспечивает нулевую допустимую погрешность отказов.

3.2. Процесс проектирования, изготовления и упаковки автомобильных IGBT-транзисторов сложен.

При проектировании автомобильных IGBT-транзисторов необходимо обеспечить баланс между включением и выключением, сопротивлением короткого замыкания и падением напряжения проводимости, а оптимизация параметров является очень специфической и сложной задачей. Автомобильные IGBT-чипы обычно работают в условиях высоких токов, высокого напряжения и высокой частоты. При проектировании чипа необходимо обеспечить сбалансированное состояние включения и выключения, сопротивления короткого замыкания и падения напряжения проводимости (контроль тепловыделения). Проектирование чипа, а также настройка и оптимизация параметров являются очень специфическими и сложными задачами.

Основные трудности в процессе проектирования микросхем заключаются в следующем:

(1) Конструкция клемм должна обеспечивать высокую надежность при малых размерах и высоком выдерживаемом напряжении;

(2) Конструкция ячейки должна обеспечивать высокую плотность тока при одновременном обеспечении широкой безопасной рабочей зоны, что требует чрезвычайно высокой способности рассеивания тепла;

(3) Конструкция ячейки должна обеспечивать высокую плотность тока при одновременном обеспечении достаточной устойчивости к короткому замыканию;

Производственный процесс сложен: листы легко ломаются, а температура плавления переднего металла ограничена, что затрудняет контроль температуры отжига. Когда IGBT включен, его можно рассматривать как провод, и ток проходит вертикально через IGBT сверху вниз, пока не достигнет приводного двигателя.

1) Чем тоньше чип, тем меньше тепловое сопротивление, но он легко ломается. Процесс утонения: чем тоньше чип, тем короче путь для протекания тока, и, соответственно, уменьшаются потери энергии на чипе, что увеличивает срок службы батареи автомобиля. В конце 2018 года компания BYD объявила о возможности утонения пластин до 120 мкм, а чипы IGBT от Infineon — до 40 мкм. Последующая обработка пластин и чипов такой толщины технически очень сложна и легко ломается.

2) Обработка обратной стороны должна проводиться при низкой температуре, иначе это легко приведет к расплавлению металла на лицевой стороне. Обработка обратной стороны включает в себя ионную имплантацию обратной стороны, активацию отжигом, металлизацию обратной стороны и другие этапы процесса. Из-за ограничения температуры плавления металла на лицевой стороне и непрерывного истончения IGBT-чипов эти процессы обработки обратной стороны должны выполняться при низких температурах (не превышающих 450 °C), иначе это легко приведет к расплавлению металла на лицевой стороне и чрезвычайно затруднит активацию отжига.

Технические барьеры для сварки и соединения при упаковке IGBT-модулей высоки. Автомобильные IGBT-транзисторы в основном используются в виде модулей. Структура упаковки модуля заключается в размещении дискретных полупроводниковых устройств внутри модуля с помощью какого-либо интегрированного метода. Для вывода на рынок IGBT-модуль обычно проходит в общей сложности девять этапов: соединение, сварка, плазменная очистка, рентгеновский контроль, соединение, заполнение и отверждение клея, формование, тестирование и маркировка. Среди них сварка и соединение являются наиболее сложными аспектами технологии упаковки модулей.

(1) Сварка: Параметры новейшего процесса низкотемпературного спекания серебра для межсоединений сложно освоить, а стоимость материалов и оборудования высока, что стало препятствием для внедрения. В настоящее время основной технологией сварки является пайка. Но эта технология дает менее стабильные и надежные результаты. С этой целью был разработан процесс низкотемпературного спекания серебра для межсоединений. Паяльное покрытие этого процесса обладает преимуществами высокой теплопроводности, высокой электропроводности и высокой надежности. Однако эта технология очень сложна. Настройка параметров процесса, высокая стоимость приобретения оборудования и высокая стоимость используемого в производстве серебряного порошка стали барьерами, ограничивающими производителей в использовании этой технологии. В настоящее время только передовые компании, такие как Infineon и Mitsubishi, используют низкотемпературное спекание серебра для сварки некоторых своих высокопроизводительных модулей IGBT.

(2) Сварка: Этот процесс сопряжен со значительными трудностями. В настоящее время для внутренней сварки поверхностей IGBT-модулей обычно используются алюминиевые и медные проволоки. Медная проволока обладает низким сопротивлением, высокой теплопроводностью и низким коэффициентом расширения, что делает ее более подходящей для автомобильных модулей с высокой удельной мощностью и эффективным теплоотводом. Однако сложность процесса сварки медной проволокой заключается в необходимости обработки поверхности чипа медью и высокой ультразвуковой энергии, что может повредить сам IGBT-чип. 1) Медь обладает сильным сродством к кислороду и требует строгой герметизации и быстрой работы. Медные проволоки мгновенно окисляются при контакте с воздухом. В принципе, упаковку можно завершить в течение 48 часов после распаковки. Окисленная медная проволока тверже, ее сложнее сваривать, она склонна к отслоению паяных соединений или имеет низкую прочность на разрыв. 2) В процессе сварки трудно контролировать поток защитного инертного газа. Для снижения степени окисления меди необходимо добавлять защитный газ в зону нагрева микросхемы, подверженную окислению. Слишком большой поток повлияет на температуру нагрева, а слишком малый — ослабит защитный эффект. 3) Требования к материалам для изготовления приспособлений для сварки под давлением очень строгие. Поверхность приспособления должна быть гладкой, чтобы гарантировать, что держатель и штифты не будут болтаться, иначе это напрямую повлияет на ряд проблем со сварочной проволокой, таких как плохое прожигание шариков, короткие проволоки и деформация проволоки в процессе сварки изделия. 4) При настройке параметров сварочного оборудования необходимо всесторонне учитывать такие факторы, как усилие сварки, мощность в режиме ожидания и возможность образования кратеров, которые трудно сбалансировать и контролировать. Проблемы на любом этапе приведут к сбою сварки.

3.3. Очевидное преимущество первопроходца: длительный цикл сертификации и высокие затраты на замену.

Из-за высоких требований к надежности автомобильных IGBT-транзисторов цикл их сертификации длительный, а затраты на замену высоки. Компании-первопроходцы обладают очевидными преимуществами первопроходцев.

1) Сертификация строгая, а цикл сертификации длительный. Дискретные IGBT-устройства или модули должны соответствовать стандартам надежности AECQ100 (IC)/101 (дискретные устройства), стандарту управления качеством ISO/TS1649 и стандарту функциональной безопасности ISO26262ASILB (D), прежде чем они смогут попасть в цепочку поставок ведущих автопроизводителей. Цикл сертификации обычно составляет не менее 2 лет.

2) Высокая стоимость замены. Модуль IGBT является ключевым компонентом в последующих продуктах, отвечающим за регулирование напряжения, тока, частоты, фазы и т. д. в цепи. Его производительность, стабильность и надежность имеют решающее значение для конечных потребителей. Клиенты, как правило, с осторожностью относятся к новым поставщикам IGBT. Они не только всесторонне оценивают надежность поставщика в теории, но и принимают решения о крупных закупках после индивидуального тестирования продукции, полного тестирования оборудования, многочисленных мелкосерийных испытаний и т. д. Стоимость замены высока, а цикл принятия решения о покупке длительный.

3) Для достижения высокого уровня знаний в области IGBT-технологий требуется многолетний опыт. IGBT-чипы и чипы быстровосстанавливающихся диодов являются ключевыми звеньями в IGBT-модулях. Их производство включает множество этапов и требует большого количества оборудования. Организация производства, контроль, отладка оборудования и другие работы сложны. Например, выбор и обработка теплоотводящих материалов, степень истончения, концентрация, количество и скорость двух этапов впрыскивания ионов фосфора, контроль температуры обработки обратной стороны и оборудование на каждом этапе — все это требует многолетнего соответствующего опыта для освоения проектирования и производственного процесса чипов.

В новых энергетических транспортных средствах часто требуется массовое производство IGBT-модулей с высокой надежностью и стабильностью. Для этого необходим длительный период накопления опыта, чтобы понять характеристики оборудования и материалов, а также освоить производственный процесс. Взяв в качестве примера процесс установки компонентов, можно выделить определение положения чипа, коэффициентов теплового расширения и характеристик различных материалов, настройку кривой оплавления в печи и другие параметры. Эти производственные процессы требуют длительных исследований и разработок для поиска оптимального решения.

4) Высокие финансовые барьеры. Индустрия IGBT — капиталоемкая отрасль. Производственная цепочка охватывает проектирование микросхем, производство микросхем, производство модулей и тестирование. Производственное и испытательное оборудование в основном импортируется, и его стоимость высока. В то же время, исследования и разработки продукции, а также развитие рынка занимают много времени. Кроме того, потребность в оборотном капитале для компаний, занимающихся производством IGBT, также велика. Новые участники рынка часто сталкиваются с большими инвестициями и низкими объемами производства на начальном этапе. Им необходима мощная финансовая поддержка для продолжения исследований и разработок, производства и продаж.

В целом, даже если новая компания производит продукцию на основе IGBT, ей потребуется много времени, чтобы завоевать признание клиентов и достичь высокого уровня знаний. Одновременно с этим она столкнется с трудностями, связанными с долгосрочными крупными капиталовложениями и развитием рынка. Компании-первопроходцы обладают очевидными преимуществами первопроходцев.

  4  Конкурентная среда в автомобильной отрасли IGBT-транзисторов отличная, но уровень локализации по-прежнему низок.

Конкурентная среда концентрирована, доля CR4 составляет 81%; однако уровень локализации низок: в ТОП-10 вошли всего три отечественные компании. Согласно статистике Omdia за 2019 год, на долю десяти ведущих мировых поставщиков IGBT-модулей приходится 75.6% рынка. Структура рынка концентрирована, а конкуренция благоприятная.

Согласно данным NE Times, в 2019 году в Китае было собрано в общей сложности 1.08 миллиона комплектов автомобильных IGBT-модулей, из которых на долю Infineon приходилось 58.2% (628 000 комплектов), что является лидерством на рынке. BYD Microelectronics заняла второе место с 194 000 собранными единицами, что составляет 18%. Mitsubishi Electric и Semikron заняли третье и четвертое места соответственно, с долями 5.2% и 3%. Star Semiconductor занимает пятое место с долей 1.6%. Другой отечественный производитель, CRRC Times Electric, занял девятое место с долей 0.8%. В 2019 году совокупная доля четырех ведущих производителей IGBT-модулей для электромобилей составила 81.4%, что свидетельствует об олигополии. Среди отечественных производителей только три компании — BYD Microelectronics, Star Semiconductor и CRRC Times Electric — входят в десятку лидеров по доле рынка, занимая 20.4%, при низком уровне локализации.

С точки зрения охвата напряжения, линейка продукции IGBT-транзисторов, предлагаемая отечественными предприятиями, становится все более полной. В настоящее время отечественный производитель Star Semiconductor обладает одной из самых обширных линеек модулей IGBT в стране, охватывающей широкий спектр областей применения от высокого напряжения (3300 В) до среднего и низкого напряжения (600 В); компания CRRC Times Electric в основном специализируется на высокоскоростных железных дорогах, высокоскоростных поездах и других областях, и в настоящее время обладает определенной конкурентоспособностью, главным образом, в высоковольтной области выше 4500 В.

Продукция Infineon полностью охватывает все области применения на всех уровнях напряжения, в то время как ABB в основном ориентируется на высоковольтные и самые высоковольтные продукты. В целом, продукция IGBT от отечественных предприятий охватывает весь рынок от низкого до высокого напряжения, и структура в низковольтной области достаточно полная. Однако по сравнению с зарубежными производителями, в высоковольтной области нашей страны все еще необходимо усилить позиции в производстве силовых дискретных устройств.

  5    Множество факторов ускоряет внутреннее замещение и способствует увеличению доли рынка.

По мере усиления торговых трений потребность в автономных и управляемых полупроводниках становится все более актуальной. В последние годы наблюдается тенденция к усилению торговых трений между Китаем и США.

В марте 2016 года и апреле 2018 года компания ZTE дважды была включена в американский «список организаций, подпадающих под санкции». 15 мая 2019 года компания Huawei также была включена в этот список, и ей было запрещено вести деловое сотрудничество с американскими компаниями или закупать у них телекоммуникационное оборудование. В связи с этим Google прекратил предоставление услуг компании Huawei.

15 мая 2020 года США вновь ввели запрет на деятельность Huawei, потребовав, чтобы чипы, произведенные с использованием американских технологий и оборудования, были одобрены США, прежде чем их можно будет продавать Huawei. 17 августа 2020 года в санкционный список были включены 38 дочерних компаний Huawei, а полный вступление запрета в силу состоялось 15 сентября того же года.

В декабре 2020 года компания SMIC была включена Соединенными Штатами в список китайских компаний, связанных с военной промышленностью. В условиях усиления технологической блокады Китая со стороны США, Китай сталкивается с рисками усиления торговых трений, перебоев в поставках и ослабления международного сотрудничества. Все более актуальной становится задача создания независимой и контролируемой цепочки поставок полупроводников и ускорения внутреннего замещения.

Китай стал крупнейшим в мире рынком потребительских автомобилей, что открывает хорошие возможности для развития автомобильных IGBT-транзисторов. В 2019 году продажи новых автомобилей в Китае достигли 25.75 млн единиц, что составляет приблизительно 28.5% от мировых продаж новых автомобилей, делая его крупнейшим в мире рынком потребительских автомобилей. Хотя в моей стране сейчас насчитывается более 260 миллионов автомобилей, показатель владения автомобилем на душу населения все еще значительно отстает от показателей развитых стран.

Согласно данным Всемирного банка, в 2019 году в моей стране показатель владения автомобилем на душу населения составлял 0.173; в США — 0.837, что в 4.8 раза выше, чем в Китае; в Японии — 0.591, что в 3.4 раза выше, чем в Китае. Ожидается, что продажи автомобилей в Китае будут продолжать расти в будущем. Обширный автомобильный потребительский рынок предоставляет широкие возможности для развития китайских компаний, занимающихся производством IGBT-технологий, и закладывает хорошую основу для дальнейшего развития.

Доля отечественных производителей электромобилей увеличилась, что ускорило замещение отечественных IGBT-транзисторов. Что касается автомобилей на топливе, то из-за позднего старта конкурентоспособность нашей страны в традиционной отрасли автомобилей на топливе слаба. В первых трех кварталах 2020 года продажи легковых автомобилей в нашей стране составили 13.38 млн единиц, из которых на легковые автомобили китайских марок пришлось лишь около 36%. В отрасли электромобилей наша страна занимает лидирующие позиции и добилась значительных технологических и рыночных преимуществ.

В первых трех кварталах 2020 года в Китае было продано 620 000 легковых автомобилей на новых источниках энергии, из которых на долю независимых брендов/новых автопроизводителей/иностранных совместных предприятий пришлось 55%, 15% и 30% соответственно. На долю отечественных производителей пришлось 70%, что значительно выше, чем у автомобилей с традиционным топливом. В будущем, по мере постепенного увеличения доли автомобилей на новых источниках энергии, ожидается рост рыночной доли отечественных автопроизводителей, что приведет к их доминированию на рынке. В условиях усиления торговых трений ожидается, что отечественные производители автомобилей на новых источниках энергии будут использовать больше отечественных IGBT-транзисторов из-за опасений по поводу безопасности цепочки поставок, что приведет к увеличению доли отечественных IGBT-транзисторов.

Отечественные производители обладают преимуществами в плане экономичности и быстроты реагирования, что соответствует тенденции снижения затрат и повышения эффективности электромобилей. По сравнению с зарубежными конкурентами, отечественные производители IGBT-транзисторов имеют низкие затраты на взаимодействие с автопроизводителями, быструю доставку, развитые сервисные возможности и способность оперативно реагировать на потребности конечных потребителей, что дает им преимущество в оперативности. Кроме того, отечественные производители силовых полупроводников также обладают преимуществами в плане соотношения цены и качества, а также низкими логистическими и трудовыми затратами, что отвечает потребностям производителей электромобилей в снижении затрат и повышении эффективности по мере увеличения доли рынка и проникновения на рынок.

Политика и финансирование поддерживают развитие отечественной отрасли IGBT. IGBT имеет огромный внутренний и международный рынок и играет незаменимую и важную роль в модернизации промышленной структуры, энергосбережении и сокращении выбросов, развитии новых источников энергии и других областях. В последние годы страна разработала ряд мер поддержки развития полупроводниковой промышленности, включая IGBT, в таких областях, как промышленное развитие, исследования и разработки, а также налоговые и бюджетные инвестиции.

В августе 2020 года Государственный совет издал «Ряд мер по содействию высококачественному развитию индустрии интегральных схем и программного обеспечения в новую эпоху», направленных на всестороннюю поддержку развития полупроводниковой промышленности в таких областях, как финансы и налогообложение, инвестиции и финансирование, исследования и разработки и т. д. Комплексная политическая поддержка станет эффективным стимулом для быстрого развития индустрии IGBT-транзисторов.

Кроме того, государство также оказывает активную финансовую поддержку. Первый и второй этапы Национального фонда развития индустрии интегральных схем (далее — «Большой фонд») были созданы в 2014 и 2019 годах соответственно. В рамках первого этапа Большого фонда было привлечено 138.7 млрд юаней, а уставной капитал второго этапа составил 204.15 млрд юаней.

Согласно статистике Jiwei.com, в рамках первого этапа привлечения средств крупным фондом инвестиции были направлены в следующие области: производство интегральных схем (67%), проектирование (17%), упаковка и тестирование (10%), а также материалы и оборудование (6%). Благодаря инвестициям крупных фондов и привлеченному ими социальному капиталу, индустрия интегральных схем, включая IGBT-транзисторы, достигла хороших результатов.

В целом, ожидается, что внутреннее замещение автомобильных IGBT-транзисторов ускорится, что поможет отечественным производителям увеличить свою долю. Во-первых: моя страна является крупнейшим в мире рынком потребительских товаров для автомобилей, и спрос на автомобили будет продолжать расти в будущем, что создаст хорошие возможности для развития отечественных производителей автомобильных IGBT-транзисторов. Во-вторых: торговые трения усилились, и потребность в автономных и управляемых полупроводниках стала все более актуальной. В-третьих: отечественные производители в индустрии электромобилей лидируют, создавая преимущество первопроходца, и, как ожидается, смогут обогнать конкурентов на отдельных участках. По мере увеличения доли отечественных компаний, производящих электромобили, и в связи с соображениями безопасности цепочки поставок, ожидается, что все больше отечественных производителей полупроводников будут стремиться использовать продукцию отечественных производителей, и доля отечественных IGBT-транзисторов, как ожидается, увеличится. В-четвертых: отечественные производители IGBT-транзисторов обладают преимуществами местного сервиса, такими как высокая стоимость и производительность, а также высокая скорость отклика, что отвечает потребностям электромобилей в снижении затрат и повышении эффективности, и, как ожидается, увеличит их долю на рынке в будущей конкуренции. В-пятых: национальная политика и финансирование поддерживают развитие индустрии IGBT-транзисторов. На основании вышеизложенного анализа мы считаем, что процесс замещения автомобильных IGBT-транзисторов на внутреннем рынке ускорится и приведет к увеличению их доли.

Помимо увеличения своей доли, отечественные производители IGBT также в полной мере выиграют от быстрого роста внутреннего рынка автомобильных IGBT. Согласно нашим расчетам, ожидается, что рынок IGBT для электромобилей в Китае достигнет 17.7 млрд юаней в 2025 году, при среднегодовом темпе роста в 43.45%. Рынок IGBT для зарядных устройств электромобилей в Китае достигнет 14.7 млрд юаней в 2025 году, при среднегодовом темпе роста в 43.45%.

Ожидается, что рынок IGBT-транзисторов для электромобилей в Китае достигнет 17.7 млрд юаней в 2025 году, что в 6 раз больше, чем в 2020 году, при среднегодовом темпе роста в 43.45%. По данным Китайской автомобильной ассоциации, в 2020 году в Китае было продано 25.3 млн автомобилей. Предполагается, что к 2025 году объем продаж автомобилей в Китае достигнет 30 млн автомобилей, из которых 1.32 млн единиц будут проданы на электромобилях, а доля электромобилей на рынке составит 5.22%.

Если уровень проникновения электромобилей в Китай к 2025 году достигнет 20%, предложенных в «Плане развития индустрии электромобилей (2021-2035)», то продажи электромобилей в Китае в 2025 году увеличатся с 1.32 млн единиц в 2020 году до 6 млн единиц в 2025 году. Согласно расчетам стоимости силовых полупроводников для электромобилей, которые мы привели выше, ожидается, что рынок силовых полупроводников для электромобилей в Китае достигнет 17.7 млрд юаней в 2025 году, что в 6 раз больше, чем в 2020 году, с совокупным темпом роста в 43.45%.

По оценкам, объем китайского рынка IGBT-транзисторов для электромобилей достигнет 14.7 млрд юаней к 2025 году, при этом среднегодовой темп роста составит 43.45%, и наибольшую выгоду получит именно IGBT-транзисторы. Согласно данным Yole, объем мирового рынка IGBT-транзисторов для электромобилей в 2019 году составил 600 млн долларов США. По данным EVSalesBlog, мировые продажи подключаемых гибридных электромобилей и электромобилей с полностью электрическими батареями в 2019 году составили приблизительно 2.2 млн единиц. Из этого можно рассчитать, что средняя стоимость IGBT-транзисторов для электромобилей составляет 273 млн долларов США (что составляет 83% от стоимости силовых полупроводников для электромобилей), что обусловлено дефицитом производственных мощностей на заводах по производству полупроводниковых пластин. Учитывая текущий дефицит производственных мощностей на мировых заводах по производству полупроводниковых пластин, ожидается, что цены на силовые полупроводники для электромобилей останутся на высоком уровне в этом году, а стоимость полупроводников для электромобилей в будущем будет постепенно расти в соответствии с тенденцией электрификации и увеличением доли двухмоторных автомобилей. Если умножить этот показатель на объем продаж новых энергетических автомобилей в моей стране, составляющий 6 миллионов единиц в 2025 году, то ожидается, что объем рынка IGBT-транзисторов для новых энергетических автомобилей в Китае вырастет с приблизительно 2.4 миллиарда в 2020 году до 14.7 миллиарда в 2025 году, при среднегодовом темпе роста в 43.45%.

Ожидается, что объем китайского рынка зарядных устройств для электромобилей на базе IGBT-транзисторов достигнет 10.9 млрд юаней к 2025 году, при этом среднегодовой темп роста составит 35%. В настоящее время цикл утилизации электромобилей составляет от 8 до 10 лет. Согласно расчетам продаж электромобилей за каждый из вышеупомянутых лет, ожидается, что к 2025 году их количество достигнет 22.46 млн.

С учетом развития новой инфраструктуры, если предположить, что соотношение количества автомобилей к зарядным станциям увеличится до 2:1 к 2025 году, можно рассчитать, что к 2025 году количество зарядных станций составит приблизительно 11.23 миллиона. Поскольку новая инфраструктурная политика ориентирована на строительство общественных зарядных станций, ожидается, что их доля увеличится с 48% в 2020 году до 50% в 2025 году. Кроме того, в связи с ростом спроса на быструю зарядку, ожидается, что доля зарядных станций постоянного тока в общем количестве общественных зарядных станций увеличится с 38% в 2020 году до 50% в 2025 году.

Согласно данным тендеров, объявленных Государственной электросетевой компанией за прошедшие годы в рамках проекта по строительству зарядных станций для электромобилей, мы подсчитали, что средняя цена за ватт на общедоступной зарядной станции постоянного тока мощностью 60 кВт, являющейся основным фактором в тендерах, снизилась с 1.15 юаня/Вт в 2017 году до 0.9 юаня/Вт в 2019 году (цена за одну машину снизилась с 69 000 юаней в 2017 году до 54 000 юаней в 2019 году); средняя цена за одну машину на общедоступных зарядных станциях переменного тока снизилась с 9 500 юаней в 2017 году до 5 400 юаней в 2019 году.

На основе нашего исследования цен на частные зарядные станции ведущих производителей электромобилей на рынке мы подсчитали, что цена на них снизилась с 12 700 юаней/единица в 2017 году до 7 800 юаней/единица в 2020 году. Учитывая, что на долю IGBT приходится около 20% стоимости зарядных станций, ожидается, что объем внутреннего рынка IGBT для зарядных станций достигнет 10.9 млрд юаней в 2025 году, увеличившись в 3.4 раза по сравнению с 2.5 млрд юаней в 2020 году, при среднегодовом темпе роста в 34.5%.

  6    Ограниченные производственные мощности трудно преодолеть в краткосрочной перспективе, и бум в сфере силовых полупроводников продолжает набирать обороты.

Производственные мощности по выпуску 8-дюймовых микросхем ограничены, и завод работает на полную мощность. В 2020 году коммерциализация 5G и «экономика самоизоляции», вызванная эпидемией, ускорили цифровую трансформацию общества. Рынок терминального оборудования, такого как автомобили, бытовая техника и цифровые устройства, продолжает восстанавливаться, значительно стимулируя рост спроса на полупроводники.

Кроме того, эпидемия в Европе и США еще не полностью взята под контроль, а такие факторы, как неопределенные перспективы китайско-американских торговых отношений, вынудили производителей микросхем увеличить страховые запасы. Сочетание множества факторов привело к тому, что предложение производственных мощностей на заводах по производству кремниевых пластин превысило спрос, и производственные мощности крупных производителей 8-дюймовых пластин близки к полной загрузке. В третьем квартале 2020 года коэффициент использования мощностей ведущей мировой компании Huahong Hongli превысил 100%, а у UMC и SMIC этот показатель также достиг высокого уровня в 95%.

Период, необходимый для выхода на полную производственную мощность новых мировых производственных мощностей по выпуску новых кремниевых пластин, в основном приходится на 2023-2025 годы, и в краткосрочной перспективе решить проблему нехватки производственных мощностей сложно. С точки зрения мировых производственных мощностей, согласно данным ICInsights, ожидается, что в 2020 году объем производства новых (в 8-дюймовом эквиваленте) пластин составит приблизительно 17.9 млн штук, а в 2021 году будет добавлено 20.8 млн штук. Однако из-за закупки оборудования, отладки, проверки заказчиками и других причин период наращивания производственных мощностей на заводах по выпуску пластин относительно длительный, обычно около 3-5 лет. Ожидается, что эта часть новых производственных мощностей выйдет на полную мощность в 2023-2025 годах, что затрудняет решение проблемы нехватки производственных мощностей в краткосрочной перспективе.

В настоящее время в стране строятся производственные мощности по выпуску полупроводников, что эквивалентно примерно 27.96 миллионам 8-дюймовых пластин в год, большая часть которых будет введена в эксплуатацию в 2022 году. Однако, учитывая, что после ввода в эксплуатацию новых производственных линий потребуется длительный период наращивания производства, в краткосрочной перспективе сложно смягчить дефицит производственных мощностей. Согласно нашим неполным статистическим данным, текущие мощности по производству полупроводников в стране составляют приблизительно 2.88 миллиона пластин в месяц (эквивалентно 8-дюймовым пластинам, включая кремниевые и полупроводниковые пластины), а общая мощность строящихся производственных мощностей по выпуску полупроводников составляет приблизительно 2.33 миллиона пластин в месяц (27.96 миллиона пластин в год). Большая часть новых производственных линий будет введена в эксплуатацию в 2022 году. Однако, учитывая, что после ввода в эксплуатацию новых линий потребуется еще 3-5 лет наращивания производственных мощностей, достижение полной мощности в короткие сроки невозможно. Ожидается, что в краткосрочной перспективе дефицит производственных мощностей по-прежнему будет трудно преодолеть.

По оценкам, к 2025 году количество 8-дюймовых пластин, необходимых для производства автомобильных IGBT-модулей по всему миру, составит 1.69 миллиона, что в 5.4 раза больше, чем в 2020 году. В настоящее время на рынке представлены два типа электромобилей: с одним двигателем и с двумя двигателями. В настоящее время в основном используются электромобили с одним двигателем. Однако с улучшением технологий производства электромобилей в будущем доля электромобилей с двумя двигателями, способных обеспечить более высокую производительность, возрастет.

В электромобилях каждый двигатель использует инвертор, а каждый инвертор — модуль IGBT. Учитывая отличные характеристики двухдвигательных систем, мы предполагаем, что их доля на рынке достигнет 20% к 2025 году. Можно оценить, что к 2025 году миру потребуется собрать модули IGBT для 12 миллионов электромобилей и 14.4 миллионов электродвигателей. В настоящее время в один автомобильный модуль IGBT упаковывается 10-18 микросхем IGBT (количество микросхем варьируется в зависимости от уровня напряжения модулей IGBT). Рассчитывая в среднем на 15 216 миллионов микросхем IGBT, можно предположить, что из каждой 8-дюймовой кремниевой пластины можно вырезать примерно 128 микросхем IGBT. Таким образом, ожидается, что мировой спрос на 8-дюймовые пластины только для автомобильных модулей IGBT достигнет 1.69 миллиона штук к 2025 году, что в 5.4 раза больше по сравнению с 2020 годом.

Рост цен на кремниевые пластины отразился на всех звеньях производственной цепочки, и полупроводниковый бум продолжает набирать обороты. Конечный спрос продолжает расти, существующие производственные мощности заводов уже работают на полную мощность, и в краткосрочной перспективе быстрое наращивание новых мощностей невозможно. Противоречие между спросом и предложением привело к росту цен на кремниевые пластины.

Компания TSMC отменила 3% скидку на производство 12-дюймовых кремниевых пластин для крупных клиентов. Компания UMC последовательно повысила цены на производство 8-дюймовых пластин, а затем и 12-дюймовых. Повышение цен на производство немедленно отразилось на производителях нижнего звена производственной цепочки, при этом большинство производителей увеличили цены более чем на 10%. Среди них компания Renesas Electronics объявила о повышении цен на некоторые аналоговые и силовые компоненты на 15–100%. Благодаря росту цен на продукцию, такие компании, как Infineon, увеличили сроки поставки. Ожидается, что процветание полупроводниковой промышленности продолжит расти.

Предупреждение: Данная статья воспроизведена из «Future Think Tank», организации, поддерживающей защиту прав интеллектуальной собственности. При перепечатке, пожалуйста, указывайте первоисточник и автора. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.