Otomotiv güç yarı iletkenleri, 5 yıl içinde neredeyse 7 kat daha büyük bir pazar payına sahip olacak ve bu durumdan en çok IGBT faydalanacak.

Politika desteği, enerji tasarrufu ve emisyon azaltımı sayesinde yeni enerji araçlarının yaygınlaşması hızlanıyor. Yerli yeni enerji araçlarının yaygınlaşma oranının 2025 yılında %20'ye, AB'de ise 2030 yılında %40'a ulaşması bekleniyor. Otomobil elektrifikasyonu trendi, otomobillerde kullanılan güç yarı iletkenlerinin değerini büyük ölçüde artırdı. Infineon istatistiklerine göre, güç yarı iletkenlerinin ortalama satış fiyatı (ASP), geleneksel yakıtlı araçlar için 71 ABD dolarından, tamamen şarj edilebilir hibrit/saf elektrikli araçlar için 330 ABD dolarına önemli ölçüde artacak; bu da geleneksel yakıtlı araçların fiyatının 4.6 katı anlamına geliyor. Hesaplamalarımıza göre, küresel otomotiv güç yarı iletken pazarının 2025 yılında 8 milyar ABD dolarına ulaşması bekleniyor. Küresel yeni enerji araçları güç yarı iletken pazarının ise 2025 yılında 5.3 milyar ABD dolarına ulaşması, 2020 yılına göre 7.3 kat artması ve yıllık bileşik büyüme oranının %48.8 olması öngörülüyor. Önümüzdeki on yılda, Çin, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'daki yeni enerji araçları şarj istasyonları için IGBT pazarının 9.4 milyar ABD doları tutarında ek bir büyüme göstereceği öngörülüyor. Şu anda IGBT ve MOSFET, ağırlıklı olarak otomotiv güç yarı iletkenlerinde kullanılmaktadır. IGBT, yeni enerji araçlarındaki elektrikli tahrik sisteminin ana invertörünün temel bileşenidir ve yardımcı invertör devrelerinde, DC/DC kıyıcı devrelerinde, OBC'de (şarj/invertör) vb. kullanılabilir. Tek bir araç için değeri 273 ABD dolarına ulaşmakta olup, otomotiv güç yarı iletkenlerinin ortalama satış fiyatının %83'ünü oluşturmaktadır ki bu da mutlak çoğunluğu temsil etmektedir. Küresel yeni enerji araçları IGBT pazarının 2025 yılında 4.4 milyar ABD dolarına ulaşacağını ve yıllık bileşik büyüme oranının yaklaşık %48.8 olacağını tahmin ediyoruz. Elektrikli araç trendi altında en avantajlı otomotiv güç yarı iletkeni türüdür.

Ürün, süreç ve ilk hamle avantajı olmak üzere üç temel engel, güçlü bir rekabet avantajı oluşturur.

1) Ürün engelleri: Otomotiv sınıfı IGBT'lerin uzun hizmet ömrü, düşük arıza oranı ve yüksek deprem direnci gibi katı gereksinimlere sahip olması gerekir. "Aşırı sıcak" ve "aşırı soğuk" yüksek ve düşük sıcaklık çalışma koşulları, toz ve tuz-alkali gibi zorlu çalışma koşullarına uyum sağlayabilmelidirler. Sık sık başlatma ve durdurma nedeniyle oluşan akımdaki sık değişikliklere dayanabilmeli ve son derece yüksek ürün gereksinimlerine sahip olmalıdırlar.

2) Proses engelleri: Otomotiv sınıfı IGBT'ler tasarlanırken, açma-kapama, kısa devre direnci ve iletim gerilimi düşüşü arasındaki dengenin sağlanması gereklidir ve parametre optimizasyonu özellikle karmaşıktır. Üretim sırasında, ince levha işlemi parçalanmaya eğilimlidir ve ön metalin sınırlı erime noktası, tavlama sıcaklığının kontrolünü zorlaştırır. Ayrıca, IGBT modül paketlemesinin kaynak ve yapıştırma işlemlerine ilişkin teknik gereksinimler de yüksektir.

3) Sertifikasyon süreci uzun, değiştirme maliyeti yüksek ve deneyim eğrisi etkisi var. Sektörde belirgin ilk hamle avantajlarına sahip.

a) Otomotiv sınıfı IGBT'lerin, birinci sınıf otomobil üreticilerinin tedarik zincirine girebilmesi için güvenilirlik standartlarını, kalite yönetim standartlarını ve fonksiyonel güvenlik standartlarını karşılaması gerekir. Sertifikasyon süresi genellikle en az 2 yıldır.

b) IGBT modülleri otomobillerde önemli bileşenler olduğundan, alt kademe üreticiler güvenlik ve güvenilirlik hususları nedeniyle bunların değiştirilmesinde genellikle temkinli davranırlar. Çok sayıda doğrulama testi ve kapsamlı değerlendirme yapıldıktan sonra ancak büyük ölçekli tedarik kararları alınır. Değiştirme maliyetleri yüksektir.

c) IGBT iş kolunda iyi bir bilgi birikimi seviyesine ulaşmak için uzun vadeli deneyim birikimi gereklidir.

d) IGBT sektörü sermaye yoğun bir sektördür ve üretim ve test ekipmanlarının büyük ölçüde ithal edilmesi gerekmektedir. Ayrıca, IGBT üretim şirketlerinin işletme sermayesi ihtiyacı da yüksektir. Yeni giriş yapanlar genellikle ilk aşamada büyük yatırımlar ve düşük üretimle karşı karşıya kalırlar. Ürün araştırma ve geliştirme, üretim ve satış faaliyetlerine devam edebilmek için güçlü finansal desteğe ihtiyaç duyarlar. Tüm bunlar göz önüne alındığında, IGBT sektöründe öncü şirketlerin belirgin bir ilk hamle avantajı vardır.

Rekabet ortamı, büyüme sektörleri için "yüksek kaliteli bir pist" haline geldi, ancak mevcut yerelleşme oranı hala düşük.

Omdia'nın 2019 istatistiklerine göre, dünyanın en büyük on IGBT modülü üreticisi pazar payının %76'sını elinde bulunduruyor. Pazar payı yoğunlaşmış durumda ve rekabet yapısı güçlü. Otomotiv sınıfı IGBT'ler açısından, yüksek endüstri engelleri nedeniyle, Çin'in yeni enerji araçları IGBT modülü CR4 pazar payı 2019'da %81'e ulaşarak oligopol bir yapı sergiledi. Bunlar arasında Infineon %58.2'lik pazar payıyla birinci, BYD %18'lik pazar payıyla ikinci, Mitsubishi Electric ve Semikron ise sırasıyla üçüncü ve dördüncü sırada yer alıyor. Otomotiv IGBT, geniş büyüme alanı ve iyi rekabet ortamıyla büyüyen sektörde "yüksek kaliteli bir alan" haline geldi. Bununla birlikte, 2019'da Çin'in yeni enerji araçlarının en büyük on IGBT üreticisi arasında sadece üç yerli üretici, BYD, Star Semiconductor ve CRRC Times Electric, toplam %20.4'lük pazar payıyla yer aldı. Yerli ikame için geniş bir alan mevcut.

Yerli ürünlerin yerini almasını hızlandıran birçok faktör bulunmakta ve yerli üreticilerin gelecekteki gelişme potansiyeli oldukça yüksektir.

Yerli ikameyi hızlandıran birçok faktör bulunmaktadır: 1) Çin zaten dünyanın en büyük otomobil tüketim pazarıdır ve otomobil tüketim talebi gelecekte de artmaya devam edecek, bu da yerli IGBT üreticileri için iyi gelişim fırsatları sağlayacaktır. 2) Ticaret sürtüşmesi yoğunlaştıkça, bağımsız ve kontrol edilebilir yarı iletkenlere olan ihtiyaç giderek daha acil hale gelmektedir. 3) Yerli üreticiler yeni enerji araçları sektöründe öncü rol üstlenmekte ve ilk hamle avantajını kullanmaktadır. Yerli yeni enerji araçları üreticilerinin payı arttıkça, tedarik zinciri güvenliği hususları nedeniyle yerli yarı iletken üreticilerinden daha fazla ürünün kullanılacağı beklenmektedir. 4) Yerli IGBT üreticileri, yüksek maliyet performansı ve hızlı yanıt hızı gibi yerel hizmet avantajlarına sahiptir; bu da yeni enerji araçlarının maliyetleri düşürme ve verimliliği artırma ihtiyaçlarını karşılamakta ve paylarının artması beklenmektedir. 5) Politika teşvikleri ve mali destek, yerli IGBT sektörünün hızla gelişmesine yardımcı olmaktadır. Yurtiçi pazar alanına ilişkin hesaplamalarımıza göre, Çin'in yeni enerji araçları güç yarı iletken pazarının 2025 yılında 17.7 milyar yuan'a ulaşması bekleniyor; bu da 2020 yılına göre 6 kat artış ve %44'e varan bileşik yıllık büyüme oranı anlamına geliyor. Çin'in yeni enerji araçları IGBT pazarının ise 2025 yılında 14.7 milyar yuan'a ulaşması ve yaklaşık %44'lük bileşik yıllık büyüme oranı göstermesi bekleniyor. 2025 yılında, Çin'in şarj istasyonları için IGBT pazarının 10.9 milyar yuan'a ulaşması ve %35'lik bileşik büyüme oranı göstermesi öngörülüyor. Yukarıdaki analizlere dayanarak, otomotiv IGBT'lerinin yerli ikame sürecinin hızlanacağına inanıyoruz. Mevcut düşük pazar payı ve geniş sektör büyüme alanı ile birleştiğinde, yerli IGBT üreticilerinin gelecekte büyük bir büyüme potansiyeli bulunmaktadır.

Üretim kapasitesindeki darlığı kısa vadede hafifletmek zor ve güç yarı iletkenleri sektöründeki yükseliş devam ediyor.

5G'nin ticari kullanımı ve salgın nedeniyle evde kalma ekonomisi, toplumun dijital dönüşümünü hızlandırıyor. Yeni enerji araçları, ev aletleri, dijital ve diğer terminal ekipmanları pazarları ısınıyor ve yarı iletkenlere olan talebi artırıyor. Ayrıca, tedarik zinciri güvenliği nedeniyle yarı iletken üreticilerinin güvenlik stoklarını artırmaları gerekiyor. Birden fazla faktörün bir araya gelmesi, yarı iletken üretim kapasitesinde daralmaya yol açtı. Şu anda tüm büyük wafer dökümhaneleri tam kapasiteyle çalışıyor. Küresel perspektiften bakıldığında, ICinsight, 2021 yılında dünyanın 20.8 milyon eşdeğer 8 inç wafer üretim kapasitesi ekleyeceğini öngörüyor. Yurtiçi perspektiften bakıldığında ise, yapım aşamasında olan eşdeğer 8 inç wafer üretim kapasitesi yaklaşık 27.96 milyon wafer/yıl olup, bunun büyük bir kısmı 2022 yılında üretime geçecek. Ancak, yeni üretim hattının devreye alınmasından sonra yaklaşık 3-5 yıllık bir üretim artış dönemi olacağı göz önüne alındığında, kısa vadede üretim kapasitesindeki daralmayı hafifletmek zor. Yeni enerji araçlarına ve şarj istasyonlarına olan talebin hızla artmasından faydalanarak, yalnızca otomotiv sınıfı IGBT modülleri için 8 inçlik wafer'lara yönelik küresel talebin 2025 yılında 1.69 milyon adede ulaşması ve 2020 yılına kıyasla 5.4 kat artması bekleniyor. Wafer üretiminde büyük bir talep açığı mevcut. Yıl başından bu yana, yurt içi ve yurt dışındaki büyük çip üreticileri ürün fiyatlarını artırdı veya teslimat sürelerini uzattı. Yarı iletken endüstri zincirinin refahının artmaya devam etmesi bekleniyor.

  1    Yeni enerji araçlarının yaygınlaşması hızlanıyor ve otomotiv güç yarı iletkenleri alanı 5 yılda iki katına çıktı.

1.1. Yeni enerji araçlarının yaygınlaşması hızlanıyor ve otomotiv güç yarı iletkenlerinde hem hacim hem de fiyat artışı yaşanıyor.

Politika desteği, enerji tasarrufu ve emisyon azaltımı, yeni enerji araçlarının yaygınlaşmasının hızlanmasını sağlıyor. Ülkemizin "Yeni Enerji Araçları Sanayi Geliştirme Planı (2021-2035)", yeni enerji araçlarının geliştirilmesi için bir vizyon ortaya koyuyor. 2025 yılına kadar yerli yeni enerji araçlarının yaygınlaşma oranının %20'ye ulaşması planlanıyor.

Uluslararası alanda, birçok Avrupa ülkesi küresel ısınmanın baskısıyla başa çıkmak için iki yönlü karbondioksit emisyonu kısıtlama politikaları ve yeni enerji araçları sübvansiyon politikaları benimsemiştir ve otomobillerin elektrifikasyon yolu giderek daha belirgin hale gelmiştir. AB'de, ACEA araç sera gazı emisyonları anlaşması, araç karbondioksit emisyonlarının 2030 yılına kadar kilometre başına 59 gramdan az olması gerektiğini öngörmektedir. Infineon'un hesaplamalarına göre, AB'de yeni enerji araçlarının yaygınlık oranı 2030 yılında %40'a ulaşacaktır.

Elektrikli araçlara geçiş, güç yarı iletkenli bisikletlerin değerinde önemli bir artışa yol açmıştır. Tamamen elektrikli araçlar için güç yarı iletkenlerinin ortalama satış fiyatı 330 ABD dolarına ulaşarak geleneksel yakıtlı araçların fiyatının 4.6 katına çıkmıştır. Elektrik güç sistemini güç kaynağı olarak kullanan yeni enerji araçları, elektronik bileşenlerin güç yönetimi ve güç dönüştürme yetenekleri için daha yüksek gereksinimler ortaya koymaktadır.

Geleneksel otomobillerde, güç yarı iletkenleri esas olarak araç çalıştırma, güç üretimi ve güvenlik alanlarında kullanılır ve düşük voltajlı ve düşük güçlü elektronik bileşenler bu çalışma ihtiyaçlarını karşılayabilir. Yeni enerji araçlarında, bataryanın yüksek voltaj çıkışı, sık sık voltaj dönüştürme ve akım ters çevirme gerektirir. Bu devreler, IGBT'ler ve MOSFET'ler gibi güç yarı iletkenlerine olan talebi büyük ölçüde artırmıştır. Infineon verilerine göre, geleneksel yakıtlı araçlardaki güç yarı iletken içeriği 71 ABD doları iken, tam şarjlı hibrit/saf bataryalı elektrikli araçlardaki güç yarı iletkenlerinin değeri 330 ABD dolarıdır; bu da geleneksel yakıtlı araçlara göre 4.6 kat daha fazladır.

Küresel otomotiv güç yarı iletken pazarı 2025 yılında 8 milyar ABD dolarına ulaşacak. Yole'ye göre, küresel güç yarı iletken pazarı 2025 yılında 22.5 milyar ABD dolarına ulaşacak. Zhiyan Consulting istatistiklerine göre, otomotiv sektörü 2019 yılında küresel güç yarı iletken pazarının %35.4'ünü oluşturdu. Bu oranın değişmeden kalması varsayımıyla, küresel otomotiv güç yarı iletken pazarının 2025 yılında 7.965 milyar ABD dolarına ulaşması bekleniyor.

Küresel yeni enerji araçları güç yarı iletken pazarının 2025 yılında 5.3 milyar ABD dolarına ulaşması, 2020 yılına göre 7.3 kat artması ve %48.8'lik bir bileşik yıllık büyüme oranına (CAGR) sahip olması bekleniyor. AlixPartners'ın tahminine göre, küresel otomobil satışları 2020'deki 70.5 milyon adetten 2025'te 94 milyon adede yükselecek. EVTank, küresel yeni enerji araçları satışlarının 2019'daki 2.21 milyon adetten 2025'te 12 milyon adede yükseleceğini öngörüyor. Küresel yeni enerji araçlarının pazar payının 2025 yılında %13'e ulaşması, 2019 yılına kıyasla %10.36'lık bir artış anlamına geliyor.

Yukarıda belirtildiği gibi, Infineon'un 2020 yılındaki son istatistiklerine göre, yeni enerji araçlarında kullanılan yarı iletken bisikletlerin değeri 330 ABD dolarıdır. Küresel yarı iletken gofret üretim kapasitesinin mevcut darlığı göz önüne alındığında, yeni enerji araçlarında kullanılan yarı iletkenlerin fiyatının bu yıl yüksek seviyede kalması ve gelecekte elektrifikasyon eğilimi ve çift motorlu araçların yaygınlaşmasıyla birlikte bisikletlerin değerinin kademeli olarak artması beklenmektedir. Yukarıdaki verilere dayanarak, küresel yeni enerji araçlarında kullanılan yarı iletken pazarının 2025 yılında 5.3 milyar ABD dolarına ulaşacağını, 2020 yılına göre 7.3 kat artacağını ve yıllık bileşik büyüme oranının %48.8 olacağını tahmin ediyoruz.

1.2. Küresel araç şarj istasyonu IGBT pazar alanı hızla büyüyor.

Yeni enerji araçları için önemli destek tesislerindeki şarj istasyonlarının sayısı hızla artacak ve bu da temel bir bileşen olan IGBT'ye olan talebi hızla artıracaktır. Yeni enerji araçlarının yaygınlaşma oranı kademeli olarak arttıkça, yeni enerji araçları için önemli destek tesisleri olan şarj istasyonlarının sayısının da eş zamanlı olarak artırılması gerekmektedir. McKinsey istatistiklerine göre, Çin, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'da yeni enerji araçları için şarj talebi 2020 yılında yaklaşık 18 milyar kilowatt saat olacaktır. 2030 yılına kadar yeni enerji araçları için şarj talebinin yıllık bileşik büyüme oranı %31.2 ile 271 milyar kilowatt saate ulaşması beklenmektedir. Yeni enerji araçları şarj tesislerine olan talebin hızlı artışı, şarj istasyonlarının temel bir bileşeni olan IGBT kullanımında da önemli bir artışa yol açacaktır.

McKinsey'nin tahminlerine göre, Çin, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'daki IGBT şarj istasyonu pazarının 2020-2030 yılları arasında on yılda 9.4 milyar ABD doları tutarında ek bir büyüme potansiyeline sahip olması bekleniyor. Bu ülkeler, yeni enerji araçlarının şarj talebindeki açığı kapatmak için 2020-2030 on yılında sırasıyla 19 milyar, 11 milyar ve 17 milyar ABD doları yatırım yaparak 20 milyon, 20 milyon ve 25 milyon yeni enerji aracı şarj istasyonu kurmak zorunda kalacaklar. Tek bir şarj istasyonunda IGBT, toplam maliyetin yaklaşık %20'sini oluşturuyor. Buradan, Çin, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa'daki yeni enerji aracı şarj istasyonları için IGBT pazarının önümüzdeki on yılda 9.4 milyar ABD doları tutarında ek bir büyüme potansiyeline sahip olacağı sonucuna varabiliriz.

  2  Otomotiv güç yarı iletkenleri arasında IGBT en büyük faydayı sağlıyor.

IGBT ve MOSFET, otomotiv güç yarı iletkenlerinin ana bileşenleridir. IGBT'nin otomobillerde dört farklı uygulaması vardır. Birincisi, ana invertörün temel bileşenidir. Ana invertör, aküden gelen DC çıkışını AC'ye çevirerek araç motorunu çalıştırır; ikincisi, diğer otomotiv elektroniği bileşenlerine güç sağlamak için yardımcı invertör devresinde kullanılır; üçüncüsü, farklı voltajlarda akım üretmek için DC/DC kıyıcı devresinde kullanılır; dördüncüsü ise, yeni enerji araç aküsünü şarj etmek için harici giriş AC gücünü DC gücüne çeviren OBC'de (şarj/invertör) kullanılır.

Elektriklenme oranı düşük araçlarda, düşük batarya çıkış voltajı ve güç cihazlarının düşük güç aralığı nedeniyle, maliyetleri kontrol etmek için OBC'deki yardımcı invertör devresi, DC/DC kıyıcı devresi ve IGBT'nin yerine MOSFET'ler kullanılabilir.

2.1. IGBT, yeni enerji araçlarının motor tahrik sisteminin temel cihazıdır.

Üstün performansıyla, yeni enerji araçlarındaki güç yarı iletkenlerinin temel bileşenidir. IGBT, yalıtımlı kapılı bipolar transistörün kısaltmasıdır. BJT ve MOSFET'ten oluşan kompozit bir güç yarı iletken cihazıdır. MOSFET'in hızlı anahtarlama hızı, yüksek giriş empedansı, düşük kontrol gücü, basit sürücü devresi, düşük anahtarlama kaybı avantajlarını ve BJT'nin düşük iletim voltajı, yüksek açık durum akımı ve düşük kayıp avantajlarını birleştirir. Yeni enerji araçlarında, IGBT modülleri esas olarak yüksek güçlü invertörlerde doğru akımı alternatif akıma çevirerek araç motorunu çalıştırmak için kullanılır; ayrıca araç klimaları gibi otomotiv elektronik ekipmanlarına güç sağlamak için yardımcı güç invertörlerinde de kullanılırlar.

IGBT'ler, farklı uygulama ortamlarına göre IGBT tek tüp, IGBT modülü ve IPM akıllı modülü olarak sınıflandırılabilir. IGBT tek tüp, PNP tipi transistöre taban akımı sağlayarak tüm devreyi ileten N kanallı geliştirilmiş tipte yalıtımlı geçitli bipolar transistördür. Uygulanabilir akımı küçük olduğundan (genellikle 100A'nın altında), uygulanabilir gücü de düşüktür. Bununla birlikte, bir IGBT tek tüpünün dış devresi karmaşık ve paketlenmesi zordur; bu da IGBT üreticisinin teknoloji ve işlem seviyesini yansıtır.

IGBT modülü, belirli bir devre köprüsü aracılığıyla paketlenmiş bir IGBT çipi ve bir FWD'den (hızlı kurtarma diyotu) oluşan modüler bir yarı iletken üründür. Birden fazla çip, yalıtım yoluyla modül içinde entegre edilir ve paketlenir. Güvenliği ve güvenilirliği etkin bir şekilde artırılır ve yüksek voltaj ve yüksek akım senaryolarında çalışmaya daha uygundur. IPM akıllı modülü, IGBT cihazlarını, sürücü devrelerini ve koruma devrelerini tek bir modülde birleştirir. Kendi kendine devre teşhis ve koruma fonksiyonlarına sahip olduğu için, sıradan IGBT modüllerinden daha akıllıdır ve genellikle frekans dönüştürme ev aletlerinde kullanılır.

Şu anda Infineon IGBT ürünleri yedinci nesile ulaşmış durumda ve yerli üreticiler de yavaş yavaş dünyanın ileri seviyesine yetişiyor. 1988'den 2019'a kadar geçen 30 yılı aşkın sürede Infineon, toplam 7 nesil IGBT ürünü piyasaya sürdü. Teknik seviye, çip alanını, işlem hattı genişliğini, açık durum doygunluk voltaj düşüşünü, kapalı kalma süresini, güç kaybını azaltma ve kapalı durum voltajını artırma yönünde gelişti. Yerli IGBT pazarı şu anda ağırlıklı olarak yabancı şirketler tarafından işgal edilse de, yerli üreticilerin Ar-Ge'ye sürekli yatırım yapmasıyla ürün teknolojisi dünyanın ileri seviyesine yetişmeye devam ediyor.

Örneğin, Star Semiconductor tarafından bağımsız olarak geliştirilen ikinci nesil IGBT çipi, Infineon'un altıncı nesil IGBT çipi (FS-Trench) ile karşılaştırılmış ve 2016 yılında seri üretime geçmiştir. 2019 yılında toplam 160,000 adet otomotiv sınıfı IGBT modülü monte edilmiştir; BYD'nin IGBT4.0 ürünleri, piyasadaki ana akım Infineon dördüncü nesil IGBT'ye göre daha düşük anahtarlama kayıplarına, daha güçlü akım çıkış kapasitesine ve daha uzun sıcaklık döngüsü ömrüne sahiptir.

Küresel yeni enerji araçları IGBT pazarı, %48.8'lik yıllık bileşik büyüme oranıyla 2025 yılında 4.4 milyar ABD dolarına ulaşacak. Yole verilerine göre, küresel yeni enerji araçları IGBT pazarının büyüklüğü 2019 yılında 600 milyon ABD dolarıydı. EVSalesBlog verilerine göre, 2019 yılında küresel olarak yaklaşık 2.2 milyon adet şarj edilebilir hibrit ve tamamen elektrikli araç satışı gerçekleşti. Buradan, IGBT bisikletlerinin ortalama değerinin 273 ABD doları olduğu (bisiklet güç yarı iletkenlerinin değerinin %83'ünü oluşturduğu) sonucuna varılabilir. Mevcut küresel yarı iletken wafer üretim kapasitesinin darlığı göz önüne alındığında, yeni enerji araçları güç yarı iletkenlerinin bu yıl kullanılacağı, fiyatların yüksek seviyelerde kalacağı ve elektrifikasyon eğilimlerinin ve çift motor kullanımının artmasıyla birlikte gelecekteki bisikletlerin değerinin kademeli olarak artacağı tahmin edilmektedir. EVtank'ın önümüzdeki birkaç yıl için küresel yeni enerji araç satış tahminleriyle çarpıldığında, küresel yeni enerji araç IGBT pazarının 2020'deki yaklaşık 600 milyon dolardan 2025'te 4.4 milyar ABD dolarına ulaşması ve yaklaşık %48.8'lik bileşik büyüme oranı göstermesi bekleniyor.

2.2.SiC daha iyi performansa sahip ve yeni nesil teknoloji olması bekleniyor.

Üçüncü nesil yarı iletken malzemelere dayalı güç cihazları daha iyi performans avantajlarına sahiptir. Silikon bazlı yarı iletken malzemelerle karşılaştırıldığında, GaN ve SiC ile temsil edilen üçüncü nesil yarı iletken malzemeler daha geniş bant aralıklarına, daha yüksek kırılma elektrik alanlarına, daha yüksek termal iletkenliğe, daha yüksek elektron doygunluk oranlarına ve daha yüksek radyasyon direncine sahiptir ve yüksek sıcaklık, yüksek frekans, radyasyona dayanıklı ve yüksek güçlü cihazların yapımı için daha uygundur.

Infineon verilerine göre, SiC malzemeden üretilen invertörler, Si tabanlı malzemeden üretilen invertörlere göre hacim ve ağırlık olarak sırasıyla 3 ve 4 kat daha küçüktür; Rohm verileri, uygulamada SiCMOSFET'lerin anahtarlama frekansının 50 kHz'in üzerine çıkabildiğini (ana akım IGBT anahtarlama frekansı 20 kHz'e kadar çıkarken) ve enerji kaybının Si tabanlı IGBT'lere göre %73 daha düşük olduğunu göstermektedir. SiC tabanlı MOSFET'ler, IGBT'lere göre daha yüksek performans ve daha küçük boyut avantajlarına sahiptir.

Bazı üst düzey modeller SiC tabanlı MOSFET'leri benimsemiştir ve bunun gelecekteki gelişim yönü olması beklenmektedir. Tesla Model 3, tam bir SiC güç modülünü entegre eden ilk modeldir. Bu, Tesla'nın mühendislik tasarım departmanı tarafından STMicroelectronics ile işbirliği içinde tamamlanmıştır. Hemen ardından Infineon da Tesla Model 3 SiC güç modüllerinin tedarikçisi olmuştur. Buna ek olarak, BYD Han EV dört tekerlekten çekişli versiyonu, seri üretimde SiCMOSFET bileşenleriyle donatılan ilk yerli model olmuştur ve SiC elektronik kontrolünün genel verimliliği %97'nin üzerindedir.

Şu anda yerli üreticiler de aktif olarak SiC üretim uygulamalarını hayata geçiriyor. Örneğin, China Resources Micro, Temmuz 2020'de Çin'in ilk ticari 6 inçlik SiC üretim hattının seri üretimini gerçekleştirdi ve aylık 1,000 adet üretim kapasitesi planlıyor. New Clean Energy'nin de üçüncü nesil yarı iletkenlerle ilgili bir dizi patenti bulunuyor ve bir dizi SiC diyot ürünü piyasaya sürmesi bekleniyor. Gelecekte ise yeni enerji araçları uygulamalarına odaklanacak.

Şu anda SiC, maliyet ve verimlilik faktörlerine tabidir ve geniş ölçekte yaygın olarak benimsenmesi zaman alacaktır. Şu anda uluslararası alanda yaygın olarak kullanılan SiC alt tabaka boyutları 4 inç ve 6 inçtir. Küçük wafer alanı ve düşük çip kesme verimliliği nedeniyle SiC alt tabakalarının maliyeti yüksektir. Sonraki süreçlerdeki düşük üretim ve paketleme verimliliği, SiC cihazlarının maliyetinin yüksek kalmasına neden olmaktadır.

Çin Bilimler Akademisi'nin verilerine göre, aynı seviyedeki SiCMOSFET'lerin fiyatı SiIGBT'lerden 4 kat daha yüksek. Otomotiv sınıfı elektronik kontrol cihazları daha katı performans göstergelerini karşılamalı ve aşırı sıcaklık ve güçlü titreşim ortamlarında istikrarlı çalışmayı sürdürmelidir. Bu nedenle, son ürünlere dahil edilmeden önce SiCMOSFET'lerin uzun vadeli güvenilirlik sertifikasyonundan geçmesi gerekir. Genel olarak, otomotiv sınıfı IGBT modülleri için sertifikasyon süresi yaklaşık 2 yıldır.

  3  Ürün, süreç ve ilk hamle avantajı olmak üzere üç temel engel, güçlü bir rekabet avantajı oluşturur.

3.1. Karmaşık çalışma ortamı, otomotiv sınıfı IGBT'lerin güvenliği ve güvenilirliği konusunda son derece yüksek talepler ortaya koymaktadır.

1) "Aşırı sıcak" ve "aşırı soğuk" yüksek ve düşük sıcaklık çalışma koşullarına uyum sağlama gerekliliği: Otomotiv sınıfı IGBT'lerin geniş bir çalışma sıcaklığı aralığı vardır ve farklı kurulum yerlerinin farklı sıcaklık aralıkları vardır; örneğin motor bölmesi gereksinimleri -40℃-155℃, gövde kontrol gereksinimleri -40℃-125℃ iken, geleneksel tüketici çipleri ve bileşenlerinin yalnızca 0℃-70℃'ye ulaşması yeterlidir.

2) Sık kalkış ve duruşlardan kaynaklanan akımdaki sık değişimlere dayanma ihtiyacı: Araçlar, yoğun trafik koşullarında sıklıkla kalkış ve duruşlarla karşılaşır. Bu durumda, yükseltici ve invertörün IGBT modülünün çalışma akımı buna bağlı olarak sık sık yükselir ve düşer; bu da IGBT'nin bağlantı sıcaklığında hızlı değişimlere neden olur ve IGBT'nin yüksek sıcaklık dayanımı ve ısı dağıtım performansına sahip olmasını gerektirir.

3) Yüksek deprem dayanıklılığına sahip olması gerekir: Dağlık alanlar, çamur, çakıllı yollar vb. gibi araç koşullarındaki belirsizlikler nedeniyle, otomotiv IGBT'leri araç sürüş halindeyken büyük titreşimlere ve darbelere maruz kalabilir. IGBT modülünün her bir uç terminalinin, güçlü titreşim koşullarında normal şekilde çalışabilmesi için yeterince güçlü mekanik dayanıma sahip olması gerekir.

4) Zorlu çalışma ortamlarına uyum sağlayabilme: Küf, toz, su, tuzlu-alkali doğal ortam (deniz kenarı, kar, yağmur vb.), EMC ve zararlı gaz aşınması göz önüne alındığında, IGBT'lerin su geçirmezlik, toz geçirmezlik ve korozyona dayanıklılık gibi güvenlik performanslarına son derece yüksek gereksinimler getirilmektedir. Bu müdahaleler altında, IGBT ne kendi çalışmasını kontrolsüz bir şekilde etkileyebilir ne de araçtaki diğer ekipmanlarla (kontrol veri yolu, MCU, sensörler) etkileşime girebilir.

5) Uzun hizmet ömrüne ve düşük arıza oranına sahip olması gerekir. Genel bir otomobilin tasarım ömrü yaklaşık 15 yıl veya 600,000 kilometredir. Otomobil üreticilerinin otomotiv yarı iletken arıza oranları için temel gereksinimi, yaşam döngüsü boyunca tek haneli PPM (milyonda bir parça) seviyesindedir. Çoğu otomobil üreticisi, neredeyse sıfır arıza toleransına ulaşmak için PPB (milyarda bir parça) seviyesinde olmasını şart koşmaktadır.

3.2. Otomotiv sınıfı IGBT'lerin tasarım, üretim ve paketleme süreci zordur.

Otomotiv sınıfı IGBT'lerin tasarımı, açma-kapama, kısa devre direnci ve iletim gerilimi düşüşü arasındaki dengeyi sağlamalıdır ve parametre optimizasyonu çok özel ve karmaşıktır. Otomotiv sınıfı IGBT çipleri genellikle yüksek akım, yüksek voltaj ve yüksek frekanslı ortamlarda çalışır. Çip tasarımı, açma-kapama, kısa devre direnci ve iletim gerilimi düşüşünün (ısı kontrolü) dengeli bir durumda olmasını sağlamalıdır. Çip tasarımı, parametre ayarlaması ve optimizasyonu çok özel ve karmaşıktır.

Çip tasarım sürecindeki başlıca zorluklar şunlardır:

(1) Terminal tasarımı, küçük boyut ve yüksek dayanım gerilimine ulaşılırken yüksek güvenilirlik sağlamalıdır;

(2) Hücre tasarımı, geniş bir güvenli çalışma alanı sağlarken yüksek akım yoğunluğuna ulaşmayı hedeflemeli ve bu da son derece yüksek ısı dağıtım kapasitesini gerektirmelidir;

(3) Hücre tasarımı, yeterli kısa devre kapasitesini sağlarken yüksek akım yoğunluğuna ulaşmalıdır;

Üretim süreci zordur: levhalar kolayca kırılır ve ön metalin erime noktası sınırlıdır, bu da tavlama sıcaklığının kontrol edilmesini zorlaştırır. IGBT açıldığında, bir tel gibi düşünülebilir ve akım, tahrik motoruna ulaşana kadar IGBT'den yukarıdan aşağıya doğru dikey olarak geçer.

1) Çip ne kadar ince olursa, termal direnç o kadar düşük olur, ancak kolayca kırılır. İnceltme işlemi: Çip ne kadar ince olursa, akımın akması için yol o kadar kısalır ve çipte kaybedilen enerji buna bağlı olarak azalır ve aracın pil ömrü uzar. 2018'in sonunda BYD, yonga levhalarını 120 μm'ye kadar inceltebileceğini duyurdu; Infineon'un IGBT çipleri ise 40 μm'ye kadar inceltilebiliyor. Bu kalınlıktaki yonga levhaları ve çipler üzerinde daha sonraki işlemler teknik olarak çok zordur ve kolayca kırılabilir.

2) Arka yüzey işlemi düşük sıcaklıkta yapılmalıdır, aksi takdirde ön yüzey metalinin erimesine kolayca neden olur. Arka yüzey işlemi: arka yüzey iyon implantasyonu, tavlama aktivasyonu, arka yüzey metalizasyonu ve diğer işlem adımlarını içerir. Ön metalin erime noktasının sınırlı olması ve IGBT çiplerinin sürekli incelmesi nedeniyle, bu arka yüzey işlemleri düşük sıcaklıklarda (450°C'yi geçmeyecek şekilde) yapılmalıdır, aksi takdirde ön metalin erimesine ve tavlama aktivasyonunun son derece zorlaşmasına yol açar.

IGBT modül paketlemesinde kaynak ve yapıştırma işlemlerinin teknik engelleri yüksektir. Otomotiv IGBT'leri çoğunlukla modül formunda kullanılır. Modül paketleme yapısı, ayrık yarı iletken cihazların entegre bir yöntemle modül içine paketlenmesidir. Bir IGBT modülünün piyasaya sürülmeden önce genellikle yama, kaynak, plazma temizleme, X-ışını tespiti, yapıştırma, tutkal doldurma ve kürleme, kalıplama, test etme ve işaretleme olmak üzere toplam dokuz işlemden geçmesi gerekir. Bunlar arasında kaynak ve yapıştırma, modül paketleme teknolojisinin en zor yönleridir.

(1) Kaynak: En yeni düşük sıcaklıkta gümüş sinterlenmiş yama ara bağlantı proses parametrelerinin kontrol edilmesi zordur ve malzeme ve ekipman maliyeti yüksektir, bu da giriş engeli haline gelmiştir. Şu anda ana akım kaynak teknolojisi lehimlemedir. Ancak bu teknoloji daha az tutarlı ve güvenilir sonuçlar üretmektedir. Bu amaçla, düşük sıcaklıkta gümüş sinterlenmiş yama ara bağlantı prosesi geliştirilmiştir. Bu prosesin lehim tabakası yüksek termal iletkenlik, yüksek elektriksel iletkenlik ve yüksek güvenilirlik avantajlarına sahiptir. Bununla birlikte, bu teknoloji çok zordur. Proses parametrelerinin ayarlanması, ekipman satın alma maliyetinin yüksek olması ve üretimde kullanılan gümüş tozunun yüksek maliyeti, üreticilerin bu teknolojiyi kullanmasını kısıtlayan engeller haline gelmiştir. Şu anda, yalnızca Infineon ve Mitsubishi gibi gelişmiş şirketler, bazı yüksek performanslı IGBT modüllerinde kaynak için düşük sıcaklıkta gümüş sinterleme kullanmaktadır.

(2) Bağlama: İşlem zorluğu yüksektir. Şu anda, IGBT modüllerinin dahili çip yüzey ara bağlantısı için yaygın olarak kullanılan bağlama telleri alüminyum teller ve bakır tellerdir. Bakır tel, düşük direnç, yüksek ısı iletkenliği ve düşük genleşme katsayısına sahip olduğundan, yüksek güç yoğunluğuna ve verimli ısı dağılımına sahip otomotiv modülleri için daha uygundur. Bununla birlikte, bakır tel bağlama işleminin zorluğu, çip yüzeyinde bakır metalizasyon işlemi gerektirmesi ve daha yüksek ultrasonik enerji gerektirmesidir; bu da IGBT çipinin kendisine zarar verebilir. 1) Bakırın güçlü oksijen afinitesi vardır ve sıkı sızdırmazlık ve hızlı işlem gerektirir. Bakır teller havayla temas ettiklerinde hemen oksitlenirler. Prensip olarak, ambalajlama, ambalaj açıldıktan sonra 48 saat içinde tamamlanabilir. Oksitlenmiş bakır tel daha serttir, bağlanması zordur ve lehim bağlantılarının düşmesine veya düşük çekme dayanımına eğilimlidir. 2) Bağlama işlemi sırasında, koruyucu inert gaz akışını kontrol etmek zordur. Bakır oksidasyonunun derecesini azaltmak için, oksidasyona yatkın olan çip ısıtma alanına koruyucu gaz eklenmesi gerekir. Çok fazla akış ısıtma sıcaklığını etkilerken, çok az akış koruyucu etkiyi zayıflatır. 3) Basınçlı kaynak fikstürlerinin yapımında kullanılan malzeme gereksinimleri katıdır. Fikstürün yüzeyi, taşıyıcı ve pimlerin gevşek olmamasını sağlamak için pürüzsüz olmalıdır; aksi takdirde, ürün kaynak işlemi sırasında yetersiz kaynak teli yanması, kısa teller ve bükülmüş teller gibi bir dizi kaynak teli sorununu doğrudan etkiler. 4) Bağlama ekipmanı parametre ayarları, kaynak kuvveti, bekleme gücü ve krater olasılığı gibi dengelenmesi ve kontrol edilmesi zor olan faktörleri kapsamlı bir şekilde dikkate almalıdır. Herhangi bir adımda sorun olması, bağlama başarısızlığına yol açacaktır.

3.3. İlk hamle avantajı: uzun sertifikasyon süreci ve yüksek değiştirme maliyetleri

Otomotiv IGBT'lerinin yüksek güvenilirlik gereksinimleri nedeniyle, sertifikasyon süreçleri uzundur ve değiştirme maliyetleri yüksektir. Öncü şirketler, ilk harekete geçmenin getirdiği belirgin avantajlara sahiptir.

1) Sertifikasyon süreci katı ve zaman döngüsü uzundur. IGBT ayrık cihazları veya modülleri, birinci sınıf otomobil üreticilerinin tedarik zincirine girebilmeleri için AECQ100 (IC)/101 (ayrık cihazlar) güvenilirlik standartlarını, ISO/TS1649 kalite yönetim standardını ve ISO26262ASILB (D) fonksiyonel güvenlik standardını karşılamalıdır. Sertifikasyon döngüsü genellikle en az 2 yıldır.

2) Yüksek değiştirme maliyeti. IGBT modülü, devredeki voltaj, akım, frekans, faz vb. parametreleri düzenlemekten sorumlu, alt ürünlerde önemli bir bileşendir. Performansı, kararlılığı ve güvenilirliği, alt ürün müşterileri için çok önemlidir. Müşteriler, yeni IGBT tedarikçileri konusunda temkinli davranma eğilimindedir. Tedarikçinin teorik gücünü kapsamlı bir şekilde değerlendirmenin yanı sıra, bireysel ürün testleri, komple makine testleri, çok sayıda küçük parti denemesi vb. sonrasında büyük hacimli satın alma kararları alırlar. Değiştirme maliyeti yüksektir ve satın alma karar verme döngüsü uzundur.

3) IGBT işi, iyi bir bilgi birikimi seviyesine ulaşmak için uzun vadeli deneyim gerektirir. IGBT çipleri ve hızlı geri kazanım diyot çipleri, IGBT modüllerinin kilit bağlantı noktalarıdır. Birçok üretim aşamasına sahiptirler ve çok sayıda üretim ekipmanı kullanırlar. Üretim organizasyonu, kontrolü, ekipman hata ayıklaması ve diğer işler karmaşıktır. Örneğin, ısı dağıtım malzemelerinin seçimi ve işlenmesi, inceltme derecesi, fosfor iyonlarının iki enjeksiyonunun konsantrasyonu, miktarı ve hızı, arka yüzey işlem sıcaklığının kontrolü ve her bir bağlantıdaki ekipman, çip tasarımı ve üretim sürecine hakim olmak için uzun vadeli ilgili deneyim gerektirir.

Yeni enerji araç uygulamaları genellikle yüksek güvenilirlik ve kararlılığa sahip IGBT modüllerinin seri üretimini gerektirir. Ekipman ve malzemelerin özelliklerini anlamak ve üretim sürecine hakim olmak uzun bir deneyim birikimi gerektirir. Yama işlemini örnek olarak ele alırsak, çip konumunun belirlenmesi, farklı malzemelerin termal genleşme katsayıları ve özellikleri, lehim fırınının lehimleme eğrisinin ayarlanması ve diğer parametreleri içerir. Bu üretim süreçleri, uygun çözümü bulmak için uzun vadeli araştırma ve geliştirme deneyleri gerektirir.

4) Yüksek finansal engeller. IGBT sektörü sermaye yoğun bir sektördür. Endüstriyel zincir, çip tasarımı, çip üretimi, modül üretimi ve testini kapsar. Üretim ve test ekipmanlarının büyük bir kısmı ithal edilmek zorundadır ve ekipman maliyeti yüksektir. Aynı zamanda, ürün araştırma ve geliştirme ile pazar geliştirme uzun zaman alır. Buna ek olarak, IGBT üretim şirketlerinin işletme sermayesi ihtiyacı da büyüktür. Yeni giriş yapanlar genellikle ilk aşamada büyük yatırımlar ve düşük üretimle karşı karşıya kalırlar. Ürün araştırma ve geliştirme, üretim ve satışa devam edebilmek için güçlü finansal desteğe ihtiyaç duyarlar.

Özetle, yeni bir şirket IGBT ürünleri üretse bile, müşterilerin takdirini kazanması ve iyi bir bilgi birikimine ulaşması uzun zaman alacaktır. Aynı zamanda, uzun vadeli büyük sermaye yatırımı ve pazar geliştirme zorluklarıyla da karşı karşıya kalacaktır. İlk giren şirketler belirgin ilk girme avantajlarına sahiptir.

  4  Otomotiv IGBT sektörünün rekabet ortamı mükemmel, ancak yerelleştirme oranı hala düşük.

Rekabet ortamı yoğunlaşmış durumda; CR4'ün toplam pazar payı %81. Ancak yerelleşme oranı düşük; ilk 10'da sadece üç yerli şirket bulunuyor. Omdia'nın 2019 istatistiklerine göre, dünyanın en iyi on IGBT modül tedarikçisi pazar payının %75.6'sını elinde bulunduruyor. Pazar yapısı yoğunlaşmış ve rekabet modeli iyi.

NE Times verilerine göre, 2019 yılında Çin'de toplam 1.08 milyon adet otomotiv IGBT modülü üretildi ve bunların %58.2'lik payıyla Infineon, 628,000 adetlik üretimle pazar lideri oldu. BYD Microelectronics, toplam 194,000 adet üretimle %18'lik payla ikinci sırada yer aldı. Mitsubishi Electric ve Semikron sırasıyla %5.2 ve %3'lük paylarla üçüncü ve dördüncü sırada yer aldı. Star Semiconductor %1.6'lık payla beşinci sırada yer alırken, bir diğer yerli üretici CRRC Times Electric %0.8'lik payla dokuzuncu sırada yer aldı. 2019 yılında, yeni enerji araçları IGBT modüllerinin en büyük dört üreticisinin toplam %81.4'lük payı, oligopol bir yapıyı ortaya koydu. Yerli üreticiler arasında, pazar payı bakımından ilk 10'da sadece üç şirket bulunuyor: BYD Microelectronics, Star Semiconductor ve CRRC Times Electric. Bu şirketlerin pazar payı %20.4 olup, yerlileştirme oranı düşük.

Gerilim kapsamı açısından bakıldığında, yerli işletmelerin IGBT ürün yelpazesi giderek daha kapsamlı hale geliyor. Yerli üretici Star Semiconductor, yüksek gerilimden (3300V) orta ve düşük gerilime (600V) kadar geniş bir uygulama alanını kapsayan, ülkedeki en kapsamlı IGBT modül ürün hatlarından birine sahip; CRRC Times Electric ise ağırlıklı olarak yüksek hızlı trenler, hızlı tren hatları ve diğer alt sektörlere odaklanıyor ve şu anda özellikle 4500V'nin üzerindeki yüksek gerilim alanında belirli bir rekabet gücüne sahip.

Infineon'un ürünleri tüm voltaj seviyelerinin alt uygulama alanlarını tamamen kapsarken, ABB ağırlıklı olarak yüksek voltaj ve en yüksek voltaj seviyesindeki ürünleri hedeflemektedir. Genel olarak, yerli sermayeli işletmelerin IGBT ürünleri düşük voltajdan yüksek voltaja kadar tüm pazarı kapsamakta ve düşük voltaj alanındaki dağılım nispeten tamamlanmıştır. Bununla birlikte, yabancı üreticilerle karşılaştırıldığında, ülkemizin güç ayrık cihazlarının yüksek voltaj alanında hala güçlendirilmesi gerekmektedir.

  5    Çeşitli faktörler yerli ikameyi hızlandırır ve pazar payı artışını teşvik eder.

Ticari sürtüşmeler yoğunlaştıkça, otonom ve kontrol edilebilir yarı iletkenlere olan ihtiyaç giderek daha acil hale geliyor. Son yıllarda, Çin-ABD ticari sürtüşmelerinde yoğunlaşma eğilimi gözlemlenmektedir.

Mart 2016 ve Nisan 2018'de ZTE, iki kez ABD'nin "Varlık Listesi"ne dahil edildi. 15 Mayıs 2019'da Huawei de "Varlık Listesi"ne alındı ​​ve ABD şirketleriyle iş birliği yapması veya onlardan telekomünikasyon ekipmanı satın alması yasaklandı. Bu durumdan etkilenen Google, Huawei'ye hizmet vermeyi durdurdu.

15 Mayıs 2020'de Amerika Birleşik Devletleri, Huawei'ye karşı yeni bir yasak daha getirerek, Amerikan teknolojisi ve ekipmanı kullanılarak üretilen çiplerin Huawei'ye satılmadan önce Amerika Birleşik Devletleri tarafından onaylanmasını şart koştu. 17 Ağustos 2020'de 38 Huawei iştiraki bu listeye dahil edildi ve yasak aynı yılın 15 Eylül'ünde tamamen yürürlüğe girdi.

Aralık 2020'de SMIC, Amerika Birleşik Devletleri tarafından Çin'in askeri bağlantılı şirketler listesine dahil edildi. Amerika Birleşik Devletleri'nin Çin'e karşı yoğunlaştırdığı teknolojik abluka bağlamında, Çin, ticaret sürtüşmelerinin, tedarik kesintilerinin ve zayıf uluslararası işbirliğinin yoğunlaşması riskleriyle karşı karşıyadır. Bağımsız ve kontrol edilebilir bir yarı iletken tedarik zinciri kurmak ve yerli ikameyi hızlandırmak giderek daha acil hale gelmektedir.

Çin, dünyanın en büyük otomobil tüketim pazarı haline gelmiş ve otomotiv IGBT'leri için iyi bir gelişme fırsatı sunmuştur. 2019 yılında Çin'in yeni otomobil satışları 25.75 milyon adede ulaşarak küresel yeni otomobil satışlarının yaklaşık %28.5'ini oluşturmuş ve dünyanın en büyük otomobil tüketim pazarı olmuştur. Ülkemizin mevcut otomobil sahipliği 260 milyonu aşsa da, kişi başına düşen otomobil sahipliği oranı gelişmiş ülkelerin çok gerisindedir.

Dünya Bankası verilerine göre, 2019 yılında ülkemizde kişi başına düşen otomobil sahipliği oranı 0.173 iken, Amerika Birleşik Devletleri'nde bu oran 0.837 olup Çin'in 4.8 katı; Japonya'da ise 0.591 olup Çin'in 3.4 katıydı. Çin'in otomobil satışlarının gelecekte de artmaya devam etmesi bekleniyor. Geniş otomobil tüketici pazarı, ülkemizdeki IGBT şirketlerinin gelişmesi için geniş bir alan sağlıyor ve gelişme için iyi bir temel oluşturuyor.

Yerli yeni enerji üreticilerinin payı artmış ve yerli üretim IGBT'lerin yerini alma süreci hızlanmıştır. Yakıtlı araçlar söz konusu olduğunda, geç başlaması nedeniyle ülkemizin geleneksel yakıtlı araç sektöründeki rekabet gücü zayıftır. 2020 yılının ilk üç çeyreğinde ülkemizin binek araç satışları 13.38 milyon adet olup, bunun sadece yaklaşık %36'sı Çin markalı binek araç satışlarından oluşmaktadır. Yeni enerji araçları sektöründe ise ülkemiz, yapılanmayı ele geçirmiş ve önemli teknolojik ve pazar avantajları elde etmiştir.

2020 yılının ilk üç çeyreğinde Çin'de yeni enerjiyle çalışan binek araçlardan 620,000 adet satıldı; bunların %55'i bağımsız markalara, %15'i yeni otomobil üreticilerine ve %30'u yabancı ortak girişimlere aitti. Yerli üreticilerin toplam payı %70 olup, bu oran geleneksel yakıtlı araçlara göre önemli ölçüde daha yüksektir. Gelecekte, yeni enerji araçlarının yaygınlaşma oranının kademeli olarak artmasıyla birlikte, yerli otomobil üreticilerinin pazar payının da artması ve bazı alanlarda öne geçmelerinin yaşanması beklenmektedir. Ticaret sürtüşmelerinin yoğunlaştığı bir ortamda, yerli yeni enerji üreticilerinin tedarik zinciri güvenliği endişeleri nedeniyle daha fazla yerli IGBT (Entegre Gaz Bölmeli Transistör) kullanması ve bunun da yerli IGBT'lerin payını artırması beklenmektedir.

Yerli üreticiler, yeni enerji araçlarının maliyet düşürme ve verimlilik artırma trendiyle uyumlu olarak, maliyet etkinliği ve hızlı yanıt verme avantajlarına sahiptir. Yabancı rakiplerle karşılaştırıldığında, yerli IGBT üreticileri otomobil üreticileriyle düşük iletişim maliyetleri, hızlı teslimat, güçlü servis yetenekleri ve alt kademe müşteri ihtiyaçlarına hızlı yanıt verebilme yeteneği sayesinde hızlı yanıt verme avantajına sahiptir. Buna ek olarak, yerli güç yarı iletken üreticileri, yüksek maliyet performansı avantajlarına ve düşük lojistik ve işçilik maliyetlerine de sahiptir; bu da yeni enerji araç üreticilerinin pazar paylarını ve penetrasyonlarını artırırken maliyetleri düşürme ve verimliliği artırma ihtiyaçlarını karşılamaktadır.

Politikalar ve fonlar, yerli IGBT endüstrisinin gelişimini desteklemektedir. IGBT, hem yurt içinde hem de uluslararası alanda büyük bir pazara sahip olup, endüstriyel yapı iyileştirmesi, enerji tasarrufu ve emisyon azaltımı, yeni enerji ve diğer alanlarda yeri doldurulamaz ve önemli bir rol oynamaktadır. Son yıllarda ülke, endüstriyel kalkınma, araştırma ve geliştirme ile mali ve vergi yatırımları yönlerinden IGBT de dahil olmak üzere yarı iletken endüstrisinin gelişimini desteklemek için bir dizi politika uygulamaya koymuştur.

Ağustos 2020'de Devlet Konseyi, yarı iletken endüstrisinin gelişimini finans ve vergilendirme, yatırım ve finansman, araştırma ve geliştirme vb. alanlardan kapsamlı bir şekilde desteklemek amacıyla "Yeni Çağda Entegre Devre Endüstrisi ve Yazılım Endüstrisinin Yüksek Kaliteli Gelişimini Teşvik Etmeye Yönelik Birkaç Politika" yayınladı. Kapsamlı politika desteği, IGBT endüstrisinin hızlı gelişimine etkili bir ivme kazandıracaktır.

Ayrıca devlet, finansal düzeyde de aktif destek sağlamaktadır. Ulusal Entegre Devre Sanayi Fonu'nun (Büyük Fon olarak anılır) birinci ve ikinci aşamaları sırasıyla 2014 ve 2019 yıllarında kurulmuştur. Büyük Fonun birinci aşaması 138.7 milyar yuan, ikinci aşaması ise 204.15 milyar yuan kayıtlı sermayeye sahip olmuştur.

Jiwei.com'un istatistiklerine göre, büyük fonun ilk aşamasındaki yatırım alanları şunlardır: entegre devre üretimi %67, tasarım %17, paketleme ve test %10 ve ekipman malzemeleri %6. Büyük fonların yatırımları ve bunların sağladığı sosyal sermaye sayesinde, IGBT de dahil olmak üzere entegre devre sektörü iyi bir gelişme kaydetmiştir.

Özetle, otomotiv IGBT'lerinin yerli üretiminin hızlanması ve yerli üreticilerin pazar paylarını artırmaları beklenmektedir. Birincisi: Ülkemiz dünyanın en büyük otomobil tüketim pazarıdır ve otomobil tüketim talebi gelecekte de artmaya devam edecek, bu da yerli otomotiv IGBT üreticilerinin gelişmesi için iyi bir fırsat sunmaktadır. İkincisi: Ticaret sürtüşmeleri yoğunlaşmış ve otonom ve kontrol edilebilir yarı iletkenlere olan ihtiyaç giderek daha acil hale gelmiştir. Üçüncüsü: Yeni enerji araçları sektöründe yerli üreticiler ilk hamle avantajını kullanarak öne geçmeyi hedeflemektedir. Yerli yeni enerji araçları şirketlerinin payı arttıkça ve tedarik zinciri güvenliği hususları nedeniyle, daha fazla yerli yarı iletken üreticisinin ürünlerini kullanmaya yönelmesi ve yerli IGBT'lerin payının artması beklenmektedir. Dördüncüsü: Yerli IGBT üreticileri, yüksek maliyet performansı ve hızlı yanıt hızı gibi yerel hizmet avantajlarına sahiptir; bu da yeni enerji araçlarının maliyetleri düşürme ve verimliliği artırma ihtiyaçlarını karşılamakta ve gelecekteki rekabette pazar paylarını artırmaları beklenmektedir. Beşincisi: Ulusal politikalar ve fonlar IGBT endüstrisinin gelişimini desteklemektedir. Yukarıdaki analizlere dayanarak, otomotiv IGBT'lerinin yerli ikame sürecinin hızlanacağına ve pazar payında artış sağlayacağına inanıyoruz.

Yerli IGBT üreticileri, pazar paylarını artırmanın yanı sıra, yerli otomotiv IGBT pazar alanındaki hızlı büyümeden de tam olarak faydalanacaklardır. Hesaplamalarımıza göre, Çin'in yeni enerji araçları IGBT pazarının 2025 yılında 17.7 milyar yuan'a ulaşması ve %43.45'lik bileşik büyüme oranı göstermesi bekleniyor. Çin'in yeni enerji araçları şarj istasyonu IGBT pazar alanının ise 2025 yılında 14.7 milyar yuan'a ulaşması ve %43.45'lik bileşik büyüme oranı göstermesi öngörülüyor.

Çin'de yeni enerji araçları için IGBT pazarının 2025 yılında 17.7 milyar yuan'a ulaşması bekleniyor; bu da 2020 yılına göre 6 kat artış ve %43.45'lik bileşik büyüme oranı anlamına geliyor. Çin Otomobil Birliği verilerine göre, Çin'in otomobil satışları 2020 yılında 25.3 milyon adede ulaşacaktı. Çin'in otomobil satışlarının 2025 yılına kadar 30 milyon adede ulaşması bekleniyor; bunun 1.32 milyon adedi yeni enerji araçlarına ait olacak ve yeni enerji araçlarının pazar payı %5.22 olacak.

Eğer Çin'in yeni enerji araçları penetrasyon oranı 2025 yılında "Yeni Enerji Araçları Sanayi Geliştirme Planı (2021-2035)"nda önerilen %20'ye ulaşırsa, Çin'in yeni enerji araçları satışları 2020'deki 1.32 milyon adetten 2025'te 6 milyon adede yükselecektir. Yukarıda hesapladığımız yeni enerji araçları güç yarı iletkenlerinin bisiklet değerine göre, Çin'in yeni enerji araçları güç yarı iletken pazarının 2025 yılında 17.7 milyar yuan'a ulaşması bekleniyor; bu da 2020'nin 6 katı ve %43.45'lik bileşik büyüme oranı anlamına geliyor.

Tahminlere göre, Çin'in yeni enerji araçları için IGBT pazarı 2025 yılında 14.7 milyar yuan'a ulaşacak ve %43.45'lik bileşik büyüme oranıyla en büyük faydayı IGBT sağlayacak. Yole verilerine göre, küresel yeni enerji araçları IGBT pazar büyüklüğü 2019 yılında 600 milyon ABD dolarıydı. EVSalesBlog verilerine göre, 2019 yılında küresel olarak yaklaşık 2.2 milyon adet şarj edilebilir hibrit elektrikli araç ve tamamen elektrikli araç satışı gerçekleşti. Buradan, IGBT bisikletlerinin ortalama değerinin 273 ABD doları (bisiklet güç yarı iletkenlerinin değerinin %83'ünü oluşturuyor) olduğu hesaplanabilir. Bu durum, yoğun üretim kapasitesinden ve mevcut küresel yarı iletken üretim kapasitesinin darlığından etkilenmektedir. Bu nedenle, yeni enerji araçları güç yarı iletkenlerinin fiyatının bu yıl yüksek seviyede kalması ve gelecekte bisikletlerin değerinin elektrifikasyon eğilimi ve çift motorlu araçların yaygınlaşmasıyla birlikte kademeli olarak artması beklenmektedir. Ülkemin 2025 yılında 6 milyon adet yeni enerji aracı satışı gerçekleştirmesiyle çarpıldığında, Çin'in yeni enerji araçları IGBT pazar büyüklüğünün 2020'deki yaklaşık 2.4 milyardan 2025'te 14.7 milyara ulaşması ve yıllık bileşik büyüme oranının %43.45 olması bekleniyor.

Çin'in yeni enerji araçları şarj istasyonu (IGBT) pazar alanının 2025 yılında 10.9 milyar yuan'a ulaşması ve %35'lik bileşik büyüme oranı göstermesi bekleniyor. Şu anda yeni enerji araçlarının hurdaya ayrılma döngüsü 8 ila 10 yıl arasında değişiyor. Yukarıda belirtilen her yıldaki yeni enerji araç satışlarına ilişkin hesaplamalara göre, 2025 yılında yeni enerji araç sayısının 22.46 milyona ulaşması bekleniyor.

Yeni altyapının gelişmesiyle birlikte, araç-şarj istasyonu oranının 2025 yılına kadar 2:1'e çıkacağı varsayımıyla, 2025 yılında şarj istasyonu sayısının yaklaşık 11.23 milyon olacağı hesaplanabilir. Yeni altyapı politikası kamuya açık şarj istasyonlarının inşasına odaklandığı için, kamuya açık şarj istasyonlarının oranının 2020'deki %48'den 2025'te %50'ye çıkması beklenmektedir. Ayrıca, hızlı şarj talebindeki artış nedeniyle, kamuya açık şarj istasyonları içindeki DC şarj istasyonlarının oranının da 2020'deki %38'den 2025'te %50'ye çıkması beklenmektedir.

Devlet Şebekesi'nin yıllar içindeki araç şarj istasyonu projesi ihale duyurusu verilerine göre, ana ihale gücü olan 60 kW'lık kamuya açık DC şarj istasyonunun ortalama tek watt fiyatının 2017'de 1.15 yuan/W'tan 2019'da 0.9 yuan/W'a düştüğünü hesapladık (tek bir cihazın fiyatı 2017'de 69,000 yuan'dan 2019'da 54,000 yuan'a düştü); kamuya açık AC şarj istasyonlarındaki tek bir cihazın ortalama fiyatı ise 2017'de 9,500 yuan'dan 2019'da 5,400 yuan'a düştü.

Piyasada yer alan ana akım yeni enerji araç üreticilerinin özel şarj istasyonu fiyatları üzerine yaptığımız araştırmaya dayanarak, özel şarj istasyonlarının fiyatının 2017'de 12,700 yuan/adet'ten 2020'de 7,800 yuan/adet'e düştüğünü hesapladık. IGBT'nin şarj istasyonlarının maliyetinin yaklaşık %20'sini oluşturduğunu hesaplayarak, yerli IGBT şarj istasyonu pazarının büyüklüğünün 2025 yılında 10.9 milyar yuan'a ulaşması, 2020'deki 2.5 milyar yuan'dan 3.4 kat artması ve yıllık bileşik büyüme oranının %34.5 olması beklenmektedir.

  6    Üretim kapasitesindeki darlığı kısa vadede hafifletmek zor ve güç yarı iletkenleri sektöründeki yükseliş devam ediyor.

8 inçlik üretim kapasitesi kısıtlı ve dökümhane tam kapasiteyle çalışıyor. 2020 yılında, 5G'nin ticarileşmesi ve salgının neden olduğu "evde kalma ekonomisi", toplumun dijital dönüşümünü hızlandırdı. Otomobiller, ev aletleri ve dijital cihazlar gibi terminal ekipman pazarı toparlanmaya devam ederek yarı iletken talebinin büyümesini önemli ölçüde destekledi.

Ayrıca, Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki salgın henüz tam olarak kontrol altına alınmamışken, Çin-ABD ticaret ilişkilerinin belirsiz görünümü gibi faktörler, çip üreticilerini güvenlik stoklarını artırmaya yöneltmiştir. Bu birden fazla faktörün bir araya gelmesi, yonga üretim kapasitesinin arzının talebi aşmasına ve dünyanın en gelişmiş şirketlerinden Huahong Hongli'nin 2020'nin üçüncü çeyreğindeki kapasite kullanım oranının %100'ü aşmasına, UMC ve SMIC'in kapasite kullanım oranlarının da %95 gibi yüksek bir seviyede olmasına yol açmıştır.

Küresel yeni wafer üretim kapasitesinin tam kapasiteye ulaşması için gereken süre esas olarak 2023-2025 yılları arasında yoğunlaşmaktadır ve kısa vadede üretim kapasitesi darlığını çözmek zordur. ICInsights verilerine göre, küresel üretim kapasitesi açısından bakıldığında, dünyanın yeni (8 inç eşdeğeri) wafer üretim kapasitesinin 2020 yılında yaklaşık 17.9 milyon adet, 2021 yılında ise 20.8 milyon adet olması beklenmektedir. Bununla birlikte, ekipman satın alımı, hata ayıklama, müşteri doğrulaması ve diğer nedenlerden dolayı, wafer üretim tesislerinin üretim kapasitesini artırma süresi nispeten uzundur, genellikle 3-5 yıl civarındadır. Yeni üretim kapasitesinin bu kısmının 2023-2025 yıllarında tam kapasiteye ulaşması beklenmektedir, bu da kısa vadede üretim kapasitesi darlığını çözmeyi zorlaştırmaktadır.

Yapım aşamasındaki yerli yarı iletken üretim kapasitesi, yılda yaklaşık 27.96 milyon adet 8 inçlik parçaya eşdeğer olup, bunun büyük bir kısmı 2022 yılında üretime geçecektir. Ancak, yeni üretim hattının devreye alınmasından sonra uzun bir üretim artış dönemi olacağı göz önüne alındığında, kısa vadede üretim kapasitesi sıkıntısının giderilmesi zor olacaktır. Eksik istatistiklerimize göre, mevcut yerli yarı iletken üretim kapasitesi yaklaşık 2.88 milyon adet/ay (silikon bazlı wafer'lar ve bileşik yarı iletken bazlı wafer'lar dahil olmak üzere 8 inçlik wafer'lara eşdeğer) ve yapım aşamasındaki toplam yerli yarı iletken üretim kapasitesi yaklaşık 2.33 milyon adet/ay (27.96 milyon adet/yıl) civarındadır. Yeni üretim hatlarının büyük bir kısmı 2022 yılında üretime geçecektir. Ancak, yeni üretim hatlarının devreye alınmasından sonra 3-5 yıllık bir üretim kapasitesi artış dönemi olacağı göz önüne alındığında, tam üretime hızlı bir şekilde ulaşılamayacaktır. Kısa vadede üretim kapasitesi açığının giderilmesinin zor olacağı tahmin edilmektedir.

Tahminlere göre, 2025 yılına kadar küresel otomotiv sınıfı IGBT modülleri için gereken 8 inçlik wafer sayısı 1.69 milyona ulaşacak ve bu da 2020 yılına kıyasla 5.4 kat artış anlamına geliyor. Şu anda piyasada iki tür elektrikli araç bulunuyor: tek motorlu ve çift motorlu. Günümüzde yaygın olarak kullanılan yeni enerji araçları tek motorlu konfigürasyona sahip. Ancak, gelecekte yeni enerji araç üretim teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, daha yüksek performans sağlayabilen çift motorlu yeni enerji araçlarının yaygınlaşma oranı artacaktır.

Yeni enerji araçlarında her motor bir invertör kullanır ve her invertör bir IGBT modülü kullanır. Çift motorların mükemmel performansı göz önüne alındığında, 2025 yılında kullanım oranının %20'ye ulaşacağını varsayıyoruz. 2025 yılında dünyanın 12 milyon elektrikli araç ve 14.4 milyon motor için IGBT modülüne ihtiyaç duyacağı tahmin edilebilir. Şu anda, tek bir otomotiv sınıfı IGBT modülünde 10-18 IGBT çipi paketlenmektedir (çip sayısı, IGBT modüllerinin farklı voltaj seviyelerine bağlı olarak değişir). Ortalama olarak 15.216 milyon IGBT çipine ihtiyaç duyulduğu hesaplanmaktadır. Her 8 inçlik wafer'ın yaklaşık 128 IGBT çipi kesebileceği hesaplamasına dayanarak, yalnızca otomotiv sınıfı IGBT modülleri için 8 inçlik wafer'lara olan küresel talebin 2025 yılında 1.69 milyon adede ulaşacağı, yani 2020 yılına kıyasla 5.4 kat artacağı tahmin edilmektedir.

Yarı iletken levha fiyatlarındaki artış, endüstriyel zincirin alt kademelerine de yansımış durumda ve yarı iletken sektöründeki yükseliş devam ediyor. Son kullanıcı talebi artmaya devam ederken, mevcut dökümhane üretim kapasitesi zaten tam kapasitede çalışıyor ve kısa vadede yeni üretim kapasitesi hızla artırılamıyor. Arz ve talep arasındaki bu çelişki, yarı iletken levha dökümhane fiyatlarında artışa yol açtı.

TSMC, büyük müşterileri için 12 inçlik wafer dökümhanesinde uyguladığı %3'lük indirimi iptal etti. UMC ise önce 8 inçlik wafer dökümhane fiyatını, ardından da 12 inçlik wafer dökümhane fiyatını artırdı. Dökümhane fiyatlarındaki artış, sektör zincirinin alt kademelerindeki üreticilere hemen yansıdı ve çoğu üretici fiyatlarını %10'dan fazla artırdı. Bunlar arasında Renesas Electronics, bazı analog ve güç ürünlerinin fiyatlarını %15 ila %100 oranında artıracağını duyurdu. Ürün fiyatlarındaki artıştan faydalanan Infineon gibi şirketler ise ürün teslimat sürelerini uzattı. Yarı iletken sektör zincirinin refahının artmaya devam etmesi bekleniyor.

Yasal Uyarı: Bu makale, fikri mülkiyet haklarının korunmasını destekleyen "Future Think Tank"ten alınmıştır. Yeniden yayınlarken lütfen orijinal kaynağı ve yazarı belirtin. Herhangi bir telif hakkı ihlali durumunda, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.