Ý tưởng cốt lõi:

Ngành bán dẫn công suất dự kiến ​​sẽ bước vào chu kỳ bùng nổ mạnh mẽ vào năm 2021. Năm 2018, do nhu cầu xe điện tăng nhanh và nhu cầu về các chip khác chiếm dụng công suất sản xuất 8 inch, ngành bán dẫn công suất đã trải qua một đợt thiếu hụt và tăng giá; năm 2019, bị ảnh hưởng bởi sự suy giảm của điện thoại thông minh, xe hơi truyền thống và sự phát triển ổn định của xe điện, ngành bán dẫn công suất hoạt động không mấy khả quan; năm 2020, bị ảnh hưởng bởi dịch bệnh, nhu cầu về bán dẫn công suất không tốt trong nửa đầu năm, nhưng sau quý 3, do nhu cầu về nguồn cung 5G, điện thoại thông minh, công nghiệp, xe điện và thiết bị IoT, v.v., đã tăng lên đáng kể. Dịch bệnh ở nước ngoài đã ảnh hưởng đến nguồn cung công suất sản xuất của các nhà sản xuất nước ngoài, và một số sản phẩm đã bị thiếu hụt và tăng giá. Chúng tôi đánh giá rằng, được thúc đẩy bởi nhiều nhu cầu, ngành bán dẫn công suất sẽ bước vào chu kỳ bùng nổ mạnh mẽ vào năm 2021.

Viễn cảnh ngành

Năm 2021, sự tăng trưởng nhu cầu + tăng giá + thay thế sản phẩm nội địa sẽ mang lại cơ hội phát triển tốt cho ngành bán dẫn công suất: Bị ảnh hưởng bởi đại dịch COVID-19 toàn cầu, thị trường bán dẫn công suất toàn cầu sẽ suy giảm trong năm 2020. QYResearch dự báo mức giảm 9.1% so với năm trước vào năm 2020. Dự kiến ​​sẽ tăng trưởng 8.1% so với năm trước vào năm 2021, được thúc đẩy bởi nhu cầu về điện thoại di động 5G, xe điện và IoT. Trong quý 4 năm 2020, thời gian giao hàng các sản phẩm bán dẫn công suất của ON Semiconductor từ Infineon, STMicroelectronics và Diodes nhìn chung bị kéo dài. Xu hướng tăng giá của một số sản phẩm MOSFET rất rõ rệt, đặc biệt là Infineon. Các thương hiệu trong nước cũng gặp tình trạng thiếu hàng và tăng giá. Giá MOSFET nói chung tăng từ 10-20%. Năm 2019, Trung Quốc đã phát triển thành thị trường bán dẫn công suất lớn nhất thế giới, chiếm 35.9% toàn cầu. Tuy nhiên, tỷ lệ tự cung tự cấp còn thấp. Lấy IGBT làm ví dụ, tỷ lệ tự cung tự cấp năm 2019 chỉ đạt 16.3%. Chúng tôi tin rằng năm 2021, ngành công nghiệp bán dẫn công suất sẽ mở ra nhiều cơ hội phát triển tốt đẹp nhờ sự tăng trưởng nhu cầu + giá cả tăng + sự thay thế trong nước, và chuỗi ngành sẽ được hưởng lợi tích cực.

Xe năng lượng mới đang bùng nổ và nhu cầu về IGBT đang tăng nhanh chóng. Xe năng lượng mới đang bước vào giai đoạn tăng trưởng nhanh. Vào tháng 11 năm 2020, sản lượng và doanh số bán xe năng lượng mới lần lượt đạt 198,000 và 200,000 chiếc, tăng 75.1% và 104.9% so với cùng kỳ năm trước. Dự đoán số lượng xe năng lượng mới toàn cầu sẽ đạt 11 triệu chiếc vào năm 2025, trong đó Trung Quốc chiếm 50%. Xe năng lượng mới đòi hỏi một lượng lớn chất bán dẫn công suất mới. Một chiếc xe hybrid nhẹ 48V cần tăng giá hơn 90 đô la Mỹ, và một chiếc xe điện hoặc hybrid cần tăng giá hơn 330 đô la Mỹ. Dự kiến ​​tốc độ tăng trưởng kép hàng năm của mô-đun IGBT ô tô sẽ đạt 23.5% từ năm 2018 đến năm 2023. Chất bán dẫn công suất ô tô rất khó tìm và có tính tập trung cao, với các nhà sản xuất châu Âu và Mỹ chiếm giữ lợi thế cốt lõi. Năm 2019, công ty lớn nhất thế giới là Infineon, chiếm 25.5% thị phần, và công ty lớn thứ hai là STMicroelectronics, chiếm 13.9% thị phần. Năm công ty hàng đầu chiếm tổng cộng 62.1%, cho thấy mức độ tập trung cao. Các công ty Trung Quốc có nền tảng yếu trong lĩnh vực bán dẫn công suất ô tô, nhưng xe điện của Trung Quốc đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, điều này cũng thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp IGBT. Infineon đứng đầu lĩnh vực IGBT cho xe năng lượng mới của Trung Quốc năm 2019, chiếm 49.3%, tiếp theo là BYD, chủ yếu cung cấp sản phẩm của riêng mình, chiếm 20%, và Star Semiconductor đứng thứ ba, với thị phần 16.6% và tốc độ tăng trưởng nhanh.

Hiệu năng của chất bán dẫn thế hệ thứ ba rất xuất sắc và nhu cầu đang tăng lên. SiC chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị gia dụng, năng lượng mới (xe điện, điện gió, quang điện) và các ứng dụng công nghiệp. Dự đoán rằng quy mô thị trường thiết bị điện silicon carbide sẽ vượt quá 10 tỷ đô la Mỹ vào năm 2027. Về ứng dụng ô tô, MOSFET SiC rõ ràng vượt trội về hiệu năng, có thể giảm tổn thất và giảm thể tích cũng như trọng lượng của mô-đun. Model 3 là mẫu xe đầu tiên sử dụng MOSFET SiC, mở đường cho việc sử dụng SiC trong xe điện. Năm 2020, BYD Han cũng sử dụng mô-đun SiC, giúp cải thiện hiệu suất tăng tốc, công suất và độ bền một cách hiệu quả. Mẫu xe chạy bằng pin nhiên liệu Mirai của Toyota được trang bị SiC, giảm thể tích mô-đun công suất 30% và giảm tổn thất 70%. Chúng tôi tin rằng với sự giảm chi phí và sự trưởng thành dần của công nghệ, SiC có tiềm năng ứng dụng tốt trong xe điện.

Các doanh nghiệp chủ chốt: Star Semiconductor, Hua Hong Semiconductor, China Resources Micro, Silan Micro và New Clean Energy.

Cảnh báo rủi ro: Sự phát triển của xe điện không đạt kỳ vọng, doanh số bán điện thoại thông minh không đạt kỳ vọng và tiến độ triển khai 5G chậm hơn dự kiến.

1. Ngành công nghiệp bán dẫn công suất có phạm vi ứng dụng rộng rãi và phát triển ổn định.

1.1 Tỷ lệ tăng trưởng trung bình hàng năm của ngành bán dẫn công suất toàn cầu từ năm 2019 đến năm 2025 dự kiến ​​là 4.3%.

Các chất bán dẫn công suất được sử dụng rộng rãi trong nhiều sản phẩm điện tử khác nhau. Quy mô thị trường chất bán dẫn công suất năm 2019 đạt 17.5 tỷ USD. Yole dự đoán quy mô thị trường sẽ đạt 22.5 tỷ USD vào năm 2025, và tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm từ năm 2019 đến năm 2025 dự kiến ​​là 4.3%.

Tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm của các mô-đun IGBT từ năm 2019 đến năm 2025 là 18%. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của các ngành năng lượng mới (xe điện, năng lượng gió và quang điện) và ngành điều khiển công nghiệp, dự đoán rằng tổng giá trị mô-đun IGBT sẽ đạt 5.4 tỷ USD vào năm 2025, chiếm 24% toàn bộ thị trường bán dẫn công suất.

Lĩnh vực ô tô chiếm tỷ trọng lớn nhất, tiếp theo là động cơ. Năm 2019, lĩnh vực ô tô (bao gồm xe điện, xe hybrid, MOSFET silicon) đạt 1.5 tỷ USD, lĩnh vực điều khiển động cơ (Motor Drive, mô-đun IGBT) đạt 1.4 tỷ USD, điện thoại thông minh và thiết bị không dây (MOSFET silicon) đạt 1.3 tỷ USD, công nghệ máy tính (Computing) và lưu trữ (MOSFET silicon) đạt 1.2 tỷ USD, lĩnh vực công nghiệp (MOSFET silicon) đạt 1.1 tỷ USD, và lĩnh vực xe điện và xe hybrid (mô-đun IGBT) đạt 600 triệu USD (các lĩnh vực khác đạt 10.4 tỷ USD). Xét theo tỷ trọng (số lượng) các linh kiện khác nhau trong thị trường bán dẫn công suất, MOSFET silicon chiếm 45%. Một linh kiện quan trọng khác là mô-đun IGBT, với quy mô thị trường đạt 3.7 tỷ USD năm 2019. Các ứng dụng trong công nghiệp, biến tần tái tạo năng lượng, xe điện và xe hybrid đã thu hút nhiều sự chú ý (đặc biệt là xe điện và xe hybrid là hướng ứng dụng mới nhất).

Sự phát triển nhanh chóng của MOSFET SiC trong ngành ô tô. Do nhu cầu từ các nhà sản xuất ô tô như Tesla ở Hoa Kỳ và BYD ở Trung Quốc, các mô-đun silicon đang dần thay thế các mô-đun IGBT làm bộ biến tần chính. Dự đoán rằng thị trường MOSFET SiC cũng sẽ tăng trưởng nhờ sự phát triển của xe điện (EV) và xe hybrid (HEV). Các transistor SiC rời rạc sẽ cạnh tranh với MOSFET trong tương lai với vai trò là hệ thống sạc trên xe hiệu quả.

1.2 Thị trường bán dẫn công suất của Trung Quốc đứng đầu thế giới, và các công ty hàng đầu trong nước đang phát triển nhanh chóng.

Năm 2019, thị trường bán dẫn công suất của Trung Quốc chiếm 35.9% thị trường toàn cầu: Trung Quốc là quốc gia tiêu thụ thiết bị điện lớn nhất thế giới, và các sản phẩm chính trong phân khúc thiết bị điện đều đứng đầu về thị phần tại Trung Quốc.

Thị phần toàn cầu của các doanh nghiệp dẫn đầu trong nước vẫn còn rất thấp, và có một khoảng cách rõ rệt với các ông lớn quốc tế: tương tự như toàn bộ ngành công nghiệp bán dẫn, so với các nhà sản xuất thiết bị điện tích hợp (IDM) nước ngoài, doanh thu hàng năm của các công ty thiết bị điện hàng đầu trong nước (China Resources Micro, Star Semiconductor, New Clean Energy, Yangjie Technology, China Microelectronics, Silan Micro, v.v.) rất khác biệt so với các ông lớn quốc tế, và cơ cấu sản phẩm thuộc phân khúc thấp, cho thấy quy mô thị trường thiết bị điện của Trung Quốc có sự không phù hợp nghiêm trọng giữa mô hình và tỷ lệ tự chủ, và còn rất nhiều dư địa cho sự thay thế của các doanh nghiệp trong nước. Hiện nay, ngành công nghiệp bán dẫn công suất của Trung Quốc đang phát triển nhanh chóng. Công ty Wingtech Technology đã mua lại Nexperia, và một số công ty bán dẫn công suất như Star Semiconductor, China Resources Micro và New Clean Energy đã lần lượt niêm yết và đang phát triển.

2. Được thúc đẩy bởi nhu cầu, chất bán dẫn công suất sẽ bước vào chu kỳ bùng nổ mạnh mẽ trong năm 2021.

2.1 Thời gian giao hàng của các nhà sản xuất bán dẫn công suất quốc tế lớn được kéo dài

Trong quý 4 năm 2020, thời gian giao hàng các sản phẩm MOSFET, IGBT và các sản phẩm khác của Infineon nhìn chung đã bị kéo dài, với thời gian giao hàng dài nhất lên tới 30 tuần. Trong đó, giá của MOSFET điện áp thấp và điện áp cao cũng như các transistor hàng không quân sự đang tăng lên. Thời gian giao hàng các sản phẩm bán dẫn công suất của STMicroelectronics cho thấy xu hướng kéo dài nói chung, trong khi giá cả vẫn ổn định.

Trong quý 4 năm 2020, thời gian giao hàng các sản phẩm MOSFET và transistor của Diodes đã kéo dài, với chu kỳ giao hàng dài nhất lên tới 20 tuần, và giá của MOSFET điện áp thấp có xu hướng tăng. Thời gian giao hàng các sản phẩm dòng điện của ON Semiconductor cũng kéo dài, và giá của các sản phẩm MOSFET điện áp cao và thấp đều có xu hướng tăng.

2.2 Xu hướng tăng giá của MOSFET bán dẫn công suất là rõ ràng

Giá MOSFET tăng từ 10-20%. Theo thông tin nghiên cứu từ chuỗi cung ứng ngành, từ tháng 11 đến tháng 12 năm 2020, các thương hiệu nước ngoài bị hết hàng, đặc biệt là Infineon. Các thương hiệu trong nước cũng gặp tình trạng thiếu hàng và tăng giá. Giá MOSFET trên thị trường nói chung đã tăng từ 10-20%.

Trung Quốc là quốc gia có nhu cầu lớn về MOSFET, nhưng lại phụ thuộc rất nhiều vào nhập khẩu. Theo dữ liệu của IHS, quy mô thị trường MOSFET toàn cầu đạt 7.6 tỷ USD vào năm 2019, trong đó thị trường nội địa chiếm 39%. Xét về cơ cấu thị trường MOSFET, Infineon, ON Semiconductor, Toshiba, ST và Renesas cùng nhau chiếm 61% thị phần nội địa. Các nhà sản xuất quốc tế lớn đang gặp phải tình trạng nguồn cung không đủ và thiếu hụt rõ rệt.

Nhu cầu tăng vọt, và năng lực sản xuất wafer 8 inch không đủ đã gây ra tình trạng thiếu hụt và tăng giá. Việc điện khí hóa ô tô đã mang lại sự gia tăng đáng kể cho MOSFET. Nhu cầu tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường trong các thiết bị điện tử hạ nguồn không chỉ thúc đẩy sự tăng trưởng nhu cầu mà còn dẫn đến sự nâng cấp nhanh chóng cấu trúc sản phẩm. Sự khởi đầu của quá trình thương mại hóa 5G đã đẩy nhu cầu MOSFET tăng theo cấp số nhân. Trong lĩnh vực cung cấp điện cho trạm sạc và cung cấp điện cho truyền thông 5G, nhu cầu được dự báo sẽ tăng 20-30% trong năm nay. Nhu cầu bị dồn nén trong nửa đầu năm đối với máy tính, thiết bị gia dụng và sạc nhanh đã dần được giải phóng. Về phía cung ứng, MOSFET chủ yếu dựa vào các nhà máy sản xuất wafer 8 inch và 6 inch, với wafer 12 inch trở xuống chiếm hơn 80%. Theo thông tin nghiên cứu chuỗi ngành, năng lực sản xuất wafer 8 inch của các nhà máy sản xuất wafer lớn hiện đang ở mức tối đa. Ví dụ, tỷ lệ sử dụng công suất của các nhà máy sản xuất chip 8 inch trong nước như Huahong và China Resources Micro đang gần đạt công suất tối đa, và công suất sản xuất chip 8 inch của UMC sẽ hoạt động hết công suất cho đến nửa cuối năm 2021.

Công ty Diodes (Mỹ và Đài Loan) sẽ bắt đầu tăng giá một số sản phẩm từ ngày 1 tháng 1 năm 2021. Trong thông báo tăng giá gửi đến khách hàng, Diodes (Mỹ và Đài Loan) cho biết do ảnh hưởng của dịch COVID-19, công ty đang phải đối mặt với những thách thức từ chi phí tăng cao và thời gian giao hàng kéo dài từ các nhà cung cấp. Vì vậy, công ty sẽ tăng giá một số sản phẩm bắt đầu từ ngày 1 tháng 1 năm 2021.

Sản phẩm SGT MOS của Silan Micro tăng giá 20%. Ngày 9 tháng 12, Công ty TNHH Vi điện tử Hàng Châu Silan thông báo rằng do giá wafer MOS và vật liệu đóng gói tăng cao, cũng như ảnh hưởng đến năng lực sản xuất, chi phí sản phẩm liên quan của công ty tiếp tục tăng. Để đảm bảo nguồn cung sản phẩm và duy trì mối quan hệ kinh doanh tốt, công ty đã nghiên cứu kỹ lưỡng và quyết định rằng kể từ nay (ngày 9 tháng 12 năm 2020), giá sản phẩm SGT MOS sẽ tăng 20% ​​trong tháng này.

Công ty Xinjie Energy sẽ tăng giá một số sản phẩm bắt đầu từ ngày 1 tháng 1 năm 2021. Vào ngày 21 tháng 12 năm 2020, Công ty Wuxi New Clean Energy cũng đã đưa ra thông báo điều chỉnh giá cho khách hàng. Thông báo nêu rõ rằng do chi phí nguyên vật liệu và bao bì đầu vào tiếp tục tăng, năng lực sản xuất bị hạn chế và chu kỳ sản xuất kéo dài, chi phí sản phẩm đã tăng đáng kể và giá ban đầu khó đáp ứng được nhu cầu cung ứng.

Ngành bán dẫn công suất dự kiến ​​sẽ bước vào chu kỳ bùng nổ mạnh mẽ vào năm 2021. Năm 2018, do sự tăng trưởng nhanh chóng về nhu cầu xe điện và nhu cầu về các chip khác chiếm dụng công suất sản xuất 8 inch, ngành bán dẫn công suất đã trải qua một đợt thiếu hụt và tăng giá; năm 2019, bị ảnh hưởng bởi sự suy giảm của điện thoại thông minh, xe hơi truyền thống và sự phát triển ổn định của xe điện, ngành bán dẫn công suất hoạt động không mấy khả quan; năm 2020, bị ảnh hưởng bởi dịch bệnh, nhu cầu về bán dẫn công suất không tốt trong nửa đầu năm, nhưng sau quý 3, do ảnh hưởng của nguồn cung cấp điện 5G, điện thoại thông minh, sạc nhanh, công nghiệp, xe điện và thiết bị IoT, v.v., nhu cầu đã tăng lên đáng kể, và một số sản phẩm đã bị thiếu hụt và tăng giá. Chúng tôi đánh giá rằng ngành bán dẫn công suất sẽ bước vào chu kỳ bùng nổ mạnh mẽ vào năm 2021.

3. Nhu cầu mạnh mẽ đối với xe điện + được thúc đẩy bởi nhu cầu trong nhiều lĩnh vực + việc thay thế sản phẩm trong nước, IGBT có một tương lai đầy hứa hẹn.

3.1 IGBT - viên ngọc quý của các thiết bị điện tử công suất, CPU trong các thiết bị và hệ thống điện tử công suất.

IGBT là một thiết bị bán dẫn công suất tích hợp với nguyên lý hoạt động phức tạp. Về cấu trúc, IGBT tích hợp hầu hết các cấu trúc cơ bản của thiết bị bán dẫn, chẳng hạn như điốt, transistor lưỡng cực (BJT), transistor hiệu ứng trường tiếp giáp (JFET), MOSFET và SCR. Sự thay đổi trong các thông số cấu trúc của IGBT sẽ dẫn đến những thay đổi tương ứng trong hiệu suất của nó. Về công nghệ chế tạo, IGBT sử dụng công nghệ mạch tích hợp MOS để tích hợp công suất trên diện tích lớn. Thiết kế cho thấy kích thước ô đơn vị được giảm xuống. Càng nhiều ô được tích hợp song song, điện áp rơi khi bật (tổn thất dẫn) càng giảm dần.

Công nghệ IGBT đã được phát minh hơn 30 năm và chủ yếu trải qua 6 thế hệ cải tiến công nghệ và quy trình. Về cấu trúc, IGBT có thể được chia thành cấu trúc dọc, cấu trúc cổng IGBT và công nghệ xử lý tấm silicon. Xu hướng phát triển chính là giảm tổn thất.

IGBT phù hợp với lĩnh vực điện áp cao: IGBT là một thiết bị bán dẫn công suất hỗn hợp được cấu tạo từ BJT và MOSFET. Nó không chỉ có những ưu điểm của MOSFET như tốc độ chuyển mạch cao, trở kháng đầu vào cao, công suất điều khiển nhỏ, mạch điều khiển đơn giản và tổn hao chuyển mạch nhỏ, mà còn có những ưu điểm của BJT như điện áp bật thấp, dòng điện bật lớn và tổn hao nhỏ. Nó vượt trội so với các thiết bị công suất khác về điện áp cao, dòng điện lớn và tốc độ cao. Do đó, nó là một thiết bị chuyển mạch lý tưởng trong lĩnh vực điện tử công suất và là hướng phát triển ứng dụng chính trong tương lai. Độ ổn định của IGBT hơi kém hơn so với MOSFET và mạnh hơn so với BJT. Tuy nhiên, điện áp chịu đựng của IGBT dễ dàng được nâng cao hơn so với MOSFET, và nó không dễ bị hỏng do sự cố thứ cấp, làm cho nó phù hợp với các ứng dụng điện áp cao.

Là một thiết bị cốt lõi trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa công nghiệp, các mô-đun IGBT được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như tiết kiệm năng lượng động cơ, vận tải đường sắt, lưới điện thông minh, hàng không vũ trụ, thiết bị gia dụng, điện tử ô tô, sản xuất điện năng lượng mới, xe năng lượng mới, v.v. Với sự phát triển của xe năng lượng mới và sự phổ biến của các thiết bị điện gia dụng biến tần, thị trường IGBT ngày càng sôi động. Nó không chỉ nâng cao mức độ tự động hóa và độ chính xác điều khiển của thiết bị trong các ứng dụng công nghiệp, mà còn cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng năng lượng điện, đồng thời giảm kích thước và trọng lượng sản phẩm, tiết kiệm vật liệu.

IGBT có ưu điểm vượt trội ở điện áp trên 600V và hiện có thể được ứng dụng ở điện áp cao 6500V. Trong lĩnh vực điện áp cao, MOSFET SiC là đối thủ cạnh tranh của IGBT, nhưng chi phí vẫn còn cao.

Với sự nâng cấp liên tục của các ứng dụng, các yêu cầu mới đã được đặt ra cho chip và module IGBT. Các chip cần phải giảm diện tích và đạt được tốc độ chuyển mạch nhanh. IGBT cần phải chịu được điện áp và dòng điện cao hơn, đồng thời có tổn hao thấp và độ tin cậy cao.

Các mô-đun nguồn dành cho ô tô đòi hỏi độ tin cậy hoạt động điện cao hơn, tuổi thọ cao hơn, tiết kiệm năng lượng tốt hơn, khả năng chống nhiễu mạnh, trọng lượng nhẹ, nhỏ gọn, v.v.

Để đáp ứng các nhu cầu ứng dụng khác nhau, công nghệ đóng gói mô-đun nguồn cũng không ngừng phát triển, chủ yếu bao gồm các công nghệ mới cho thiết bị Si, giảm điện trở nhiệt, các phương pháp hàn chip mới, tản nhiệt hai mặt, cải thiện tính tích hợp, v.v.

3.2 Xe năng lượng mới là động lực chính thúc đẩy sự tăng trưởng của các mô-đun IGBT.

Giá trị của các chất bán dẫn công suất cho xe năng lượng mới đã tăng lên đáng kể: giá trị của các thiết bị công suất mới chủ yếu đến từ hệ thống "ba nguồn điện" của ô tô, bao gồm hệ thống điều khiển công suất, hệ thống truyền động điện và hệ thống pin. Trong bộ điều khiển công suất, các mô-đun IGBT hoặc SiC chuyển đổi dòng điện một chiều cao áp thành dòng điện xoay chiều để điều khiển động cơ ba pha; trong bộ sạc trên xe, bộ chuyển đổi AC/DC và DC/DC sử dụng các bóng đơn IGBT hoặc SiC, MOS và SBD; trong các bộ điều khiển phụ trợ cao áp như hệ thống lái trợ lực điện, bơm nước, bơm dầu, PTC và máy nén điều hòa không khí, sử dụng các bóng đơn hoặc mô-đun IGBT; trong hệ thống khởi động/dừng ISG, các bóng đơn MOS được sử dụng trong các bộ điều khiển điện áp thấp như cần gạt nước kính chắn gió.

(1) Hệ thống điều khiển tốc độ điện: Có hai dạng thiết bị điện chính trong hệ thống điều khiển tốc độ động cơ xe năng lượng mới: bộ băm xung cho động cơ DC và bộ biến tần cho động cơ AC. (1) Bộ băm xung: Đối với hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC, bộ băm xung thường được sử dụng. Mạch điện tương đối đơn giản và hiệu suất tương đối cao. Với sự phát triển của các thiết bị điện, tần số của bộ băm xung có thể đạt tới vài nghìn hertz, do đó rất phù hợp cho việc điều chỉnh tốc độ kéo DC. Xe năng lượng mới được dẫn động bởi động cơ DC. Cho dù là động cơ nối tiếp hay động cơ kích thích riêng biệt, bộ băm xung đều được sử dụng làm bộ chuyển đổi điện. Các thiết bị điện của bộ băm xung chủ yếu sử dụng MOSFET và BJT. (2) Trong chế độ chuyển đổi DC/DC của bộ biến tần, thường có hai phương pháp: bộ băm xung DC cộng với bộ biến tần và bộ biến tần DC/DC. Vì điện áp cung cấp của xe năng lượng mới thấp, nếu sử dụng phương pháp trước, sẽ có quá nhiều liên kết truyền tải năng lượng, làm giảm hiệu suất của toàn hệ thống. Việc sử dụng bộ biến tần điện áp PWM có mạch đơn giản, ít liên kết và hiệu suất cao. Ngoài ra, hiện nay đã xuất hiện các bộ chuyển đổi liên kết DC cộng hưởng và bộ chuyển đổi liên kết AC cộng hưởng tần số cao. Nhờ sử dụng công nghệ chuyển mạch không điện áp hoặc không dòng điện, bộ chuyển đổi cộng hưởng có ưu điểm là tổn hao chuyển mạch nhỏ, nhiễu điện từ nhỏ, tiếng ồn thấp, mật độ công suất cao và độ tin cậy cao.

(2) Bộ chuyển đổi năng lượng: Thành phần chính của bộ chuyển đổi năng lượng của xe năng lượng mới là thiết bị điện. Các thiết bị điện thường được sử dụng hiện nay bao gồm CTO, BJT, MOSFET, IGBT, SITSITTH và MCT. Trong đó, CTO và MCT có tốc độ chuyển mạch cao, khả năng truyền tải năng lượng cao, đặc tính động vượt trội và độ tin cậy cao. Chúng rất phù hợp để vận hành xe điện. Đồng thời, các thiết bị điện có thể ảnh hưởng đến cấu trúc của bộ chuyển đổi năng lượng. Bộ chuyển đổi DC-DC và DC-AC được sử dụng lần lượt trong động cơ DC và động cơ AC.

(3) Thiết bị sạc trên xe: Việc phát triển bộ sạc trên xe là điều kiện cần thiết cho sự phát triển của xe năng lượng mới, bởi vì nó có thể bổ sung hiệu quả nguồn điện từ lưới điện xoay chiều vào pin của mỗi xe điện. Chức năng của bộ sạc là chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, điều này đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị điện như IGBT. Xe năng lượng mới đã đưa ra những yêu cầu mới đối với các thiết bị điện này. Chúng không chỉ yêu cầu sạc hai giai đoạn dòng điện không đổi và điện áp không đổi, mà còn yêu cầu hiệu suất cao, trọng lượng nhẹ, nhiều chức năng bảo vệ như tự kiểm tra và sạc tự động, khả năng lập trình đường cong thời gian sạc, giám sát nhiệt độ pin và không gây ô nhiễm cho lưới điện.

(4) Trạm sạc: Là một cơ sở hỗ trợ cơ bản không thể thiếu cho xe năng lượng mới, ngành công nghiệp trạm sạc của nước ta cũng đang trong giai đoạn xây dựng và phát triển nhanh chóng, và không gian thị trường trong tương lai rất rộng lớn. Thống kê của Infineon cho thấy một trạm sạc 100 kW cần một thiết bị điện trị giá 200-300 USD, và mô-đun IGBT là thiết bị cốt lõi của trạm sạc.

Các loại xe điện khác nhau đòi hỏi số lượng linh kiện bán dẫn công suất khác nhau. Khi số lượng xe điện thuần túy tăng lên, cả về sản lượng và giá cả của linh kiện bán dẫn công suất dành cho ô tô cũng sẽ tăng theo.

Theo dữ liệu của Infineon, vào năm 2020, các xe hybrid nhẹ 48V sẽ cần bổ sung thêm 90 đô la giá trị chất bán dẫn công suất, và các xe điện hoặc hybrid sẽ cần bổ sung thêm 330 đô la giá trị chất bán dẫn công suất.

Năm 2019, số lượng xe điện toàn cầu đạt 2.21 triệu chiếc, tăng 10% so với năm trước, trong khi doanh số bán xe năng lượng mới tại Trung Quốc là 1.206 triệu chiếc, giảm 4.0% so với năm trước.

Vào tháng 11 năm 2020, sản lượng và doanh số bán xe năng lượng mới lần lượt đạt 198,000 và 200,000 chiếc, tăng 75.1% và 104.9% so với cùng kỳ năm trước. Từ tháng 1 đến tháng 11 năm 2020, sản lượng và doanh số bán xe năng lượng mới lần lượt đạt 1.119 triệu và 1.109 triệu chiếc, trong đó sản lượng giảm 0.1% so với cùng kỳ năm trước và doanh số tăng 3.9% so với cùng kỳ năm trước.

BloombergNEF dự đoán rằng số lượng xe năng lượng mới trên toàn cầu dự kiến ​​sẽ đạt 11 triệu chiếc vào năm 2025, trong đó Trung Quốc chiếm 50%. Con số này dự kiến ​​sẽ đạt 28 triệu chiếc vào năm 2030 và 56 triệu chiếc vào năm 2040. Khi đó, doanh số bán xe điện sẽ chiếm 57% tổng doanh số bán xe mới.

Ngành công nghiệp bán dẫn công suất ô tô rất khó khăn và có tính tập trung cao, với các nhà sản xuất châu Âu và Mỹ chiếm giữ lợi thế cốt lõi. Năm 2019, thị trường bán dẫn ô tô toàn cầu đạt 37.2 tỷ USD. Infineon đứng đầu với thị phần 13.4%, và năm công ty hàng đầu cộng lại chiếm 49.1%. Công ty lớn nhất thế giới trong lĩnh vực bán dẫn công suất ô tô là Infineon, với thị phần 25.5%. Công ty lớn thứ hai là STMicroelectronics, với thị phần 13.9%. Năm công ty hàng đầu chiếm tổng cộng 62.1%, cho thấy mức độ tập trung cao.

Star Semiconductor đang phát triển nhanh chóng. Ngành công nghiệp ô tô Trung Quốc có nền tảng yếu và tốc độ phát triển chậm trong lĩnh vực bán dẫn công suất ô tô. Tuy nhiên, xe điện của Trung Quốc đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây, điều này cũng thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp IGBT. Theo dữ liệu của Zos Automotive Research, dựa trên dữ liệu bán hàng, Infineon đứng đầu lĩnh vực IGBT cho xe năng lượng mới của Trung Quốc năm 2019, chiếm 49.3%, tiếp theo là BYD, chủ yếu cung cấp sản phẩm của riêng mình, chiếm 20%, và Star Semiconductor đứng thứ ba, với thị phần 16.6%.

3.3 Điều khiển công nghiệp, năng lượng mới, chuyển đổi tần số thiết bị gia dụng và các lĩnh vực khác thúc đẩy sự tăng trưởng ổn định của IGBT

Các thiết bị bán dẫn công suất ngày càng được sử dụng rộng rãi trong ngành quản lý năng lượng. Trong tương lai, điều khiển công nghiệp, năng lượng mới, thiết bị gia dụng biến tần, trung tâm dữ liệu, 5G, IoT và các lĩnh vực khác sẽ là những lĩnh vực trọng tâm cho sự tăng trưởng nhanh chóng của các thiết bị bán dẫn công suất, và nhu cầu về IGBT sẽ tiếp tục tăng lên.

3.3.1 Điều khiển công nghiệp là lĩnh vực ứng dụng lớn nhất của IGBT, với nhu cầu tăng trưởng ổn định.

Các mô-đun IGBT là linh kiện cốt lõi trong các ngành công nghiệp điều khiển và cung cấp điện truyền thống như bộ biến tần và máy hàn biến tần, và đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực này. Khi thị trường ngành công nghiệp điều khiển và cung cấp điện dần phục hồi, dự kiến ​​quy mô thị trường mô-đun IGBT trong lĩnh vực này cũng sẽ dần mở rộng.

1) Ngành công nghiệp biến tần: Mô-đun IGBT không chỉ đóng vai trò của các bóng bán dẫn truyền thống trong biến tần mà còn bao gồm cả phần chỉnh lưu. Tín hiệu sóng sin do bộ điều khiển tạo ra được cách ly bằng ghép nối quang học và sau đó đi vào IGBT. IGBT chuyển đổi nguồn DC đã chỉnh lưu 380V (220V) thành nguồn AC để xuất ra theo sự thay đổi của tín hiệu.

Ngành công nghiệp biến tần của nước ta nhìn chung đang tăng trưởng. Biến tần đã gia nhập lĩnh vực năng lượng mới và sẽ duy trì tốc độ tăng trưởng ổn định trong các lĩnh vực công nghiệp như luyện kim, than đá và hóa dầu. Trong bối cảnh tỷ lệ đô thị hóa ngày càng tăng, nhu cầu về biến tần trong các lĩnh vực công cộng như chính quyền địa phương và đường sắt đô thị sẽ tiếp tục tăng trưởng, thúc đẩy sự mở rộng quy mô thị trường. Trong vài năm tới, thị trường biến tần cao áp có chức năng tiết kiệm năng lượng và hiệu suất cao sẽ tiếp tục tăng trưởng nhờ các chính sách. Đến năm 2023, quy mô thị trường biến tần cao áp sẽ đạt khoảng 17.5 tỷ nhân dân tệ.

2) Ngành công nghiệp máy hàn biến tần: Nguồn điện hàn biến tần, còn được gọi là máy hàn hồ quang biến tần, là một loại nguồn điện hàn mới. Loại nguồn điện này thường chuyển đổi điện áp mạng AC ba pha tần số (50 Hz) thành DC thông qua chỉnh lưu và lọc bằng bộ chỉnh lưu đầu vào, sau đó biến đổi nó thành điện áp AC tần số trung bình từ vài nghìn Hz đến hàng chục nghìn Hz thông qua hoạt động chuyển mạch luân phiên của các linh kiện điện tử chuyển mạch công suất cao (IGBT). Đồng thời, nó được giảm xuống điện áp vài chục vôn phù hợp cho việc hàn thông qua một máy biến áp, sau đó được chỉnh lưu lại và lọc bằng cuộn cảm để tạo ra dòng điện DC hàn khá ổn định.

Theo số liệu từ Cục Thống kê Quốc gia, sản lượng máy hàn điện của nước ta năm 2018 đạt 8.533 triệu chiếc, tăng 584,600 chiếc so với năm 2017. Sự tăng trưởng liên tục của thị trường máy hàn cũng sẽ đảm bảo nhu cầu về IGBT tăng dần.

3.3.2 Sản xuất điện mặt trời và điện gió đang phát triển nhanh chóng, và IGBT đón nhận những động lực tăng trưởng mới

Vì sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng mới không đáp ứng được yêu cầu của lưới điện, nên cần phải được chỉnh lưu thành điện một chiều (DC) thông qua bộ biến tần quang điện hoặc bộ biến tần gió, sau đó được chuyển đổi ngược lại thành điện xoay chiều (AC) đáp ứng yêu cầu của lưới điện trước khi đưa vào lưới. Mô-đun IGBT là thành phần cốt lõi của bộ biến tần quang điện và bộ biến tần gió. Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp sản xuất điện năng lượng mới sẽ trở thành một động lực khác cho sự tăng trưởng liên tục của ngành công nghiệp mô-đun IGBT. Sản lượng điện toàn cầu năm 2015 là 6414 GW, và dự kiến ​​sản lượng điện toàn cầu sẽ đạt 8647 GW vào năm 2025, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 3.0% trong 10 năm, trong đó sản lượng điện năng từ năng lượng tái tạo có tốc độ tăng trưởng nhanh hơn, với CAGR là 5.9%; Phân tích chi tiết hơn, tốc độ tăng trưởng của sản lượng điện mặt trời và điện gió cao hơn tốc độ tăng trưởng kép của sản lượng điện năng tái tạo, và tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) của sản lượng điện mặt trời trong giai đoạn 15-25 năm là 16.4%, cao hơn nhiều so với tốc độ tăng trưởng trung bình của ngành. Xét theo khu vực, điện gió đang phát triển nhanh chóng ở Trung Quốc, châu Âu và Hoa Kỳ, trong khi điện mặt trời đang phát triển nhanh chóng ở Trung Quốc, châu Âu, Hoa Kỳ và các khu vực khác thuộc châu Á - Thái Bình Dương.

Năng lượng gió: Năng lượng gió chủ yếu được phát triển mạnh mẽ ở Trung Quốc và Hoa Kỳ. Trong trung và dài hạn, sản lượng điện gió đang tăng trưởng ổn định. So với sản lượng điện nhiệt, nhu cầu về chất bán dẫn trên mỗi 1MW của nhà máy điện gió cao gấp 30 lần so với nhà máy điện nhiệt. Công suất của tua bin gió là 1.5 MW vào năm 2011 và đã tăng lên 2-3 MW vào năm 2017. Sự tăng trưởng ổn định của sản lượng điện gió sẽ đặt ra những yêu cầu mới đối với chất bán dẫn công suất.

Phát điện năng lượng mặt trời: IHS dự đoán tốc độ tăng trưởng kép của nhu cầu mô-đun IGBT từ phát điện năng lượng mặt trời sẽ đạt 9.0% từ năm 2016 đến năm 2021. Để đáp ứng hiệu quả nhu cầu phát điện năng lượng mặt trời xanh và kết nối lưới điện bằng biến tần, cần có sự kết hợp chính xác giữa các thiết bị điều khiển, bộ điều khiển và thiết bị công suất đầu ra. IGBT là lựa chọn không thể tránh khỏi cho vai trò công tắc nguồn, và biến tần PV cũng sẽ là một trong những thiết bị đầu tiên sử dụng công nghệ SiC, điều này sẽ làm tăng đáng kể giá trị của IGBT.

Các nhà sản xuất biến tần quang điện của Trung Quốc đang phát triển mạnh, và việc sử dụng IGBT cũng đang tăng lên. Hiện nay, các nhà sản xuất trong nước, chủ yếu là Huawei và Sungrow, tiếp tục đạt được những bước đột phá trên thị trường biến tần quang điện. Theo thống kê của SolarEdge, năm 2018, thị phần của Huawei trên thị trường biến tần toàn cầu đạt 22%, đứng đầu thế giới về thị phần, và thị phần của Sungrow là 15%, đứng thứ hai trên thế giới. Đặc biệt trên thị trường biến tần chuỗi ba pha, thị phần của Huawei đạt 56% vào năm 2017, cho thấy lợi thế thị trường vượt trội. Sự phát triển nhanh chóng của các nhà sản xuất biến tần quang điện Trung Quốc đã mang lại lợi thế nội địa hóa đáng kể trong việc thay thế IGBT sản xuất trong nước.

3.3.3 Việc ứng dụng biến tần trong các thiết bị gia dụng toàn cầu đang ngày càng phổ biến, và IGBT đang có nhiều cơ hội phát triển tốt.

Mô-đun IGBT là thành phần cốt lõi của biến tần gia dụng có thể điều chỉnh tần số. Chức năng đóng mở tần số cao của IGBT mang lại những ưu điểm sau: 1. Tổn thất dẫn và tổn thất chuyển mạch nhỏ; 2. Hiệu suất EMI tuyệt vời, có thể đáp ứng các yêu cầu EMI bằng cách thay đổi kích thước điện trở điều khiển trong khi vẫn giữ tổn thất chuyển mạch trong phạm vi hợp lý; 3. Khả năng chống ngắn mạch mạnh; 4. Điện áp đột biến nhỏ (để bảo vệ thiết bị gia dụng). Là thị trường và cơ sở sản xuất thiết bị gia dụng lớn nhất thế giới, Trung Quốc cũng đang nuôi dưỡng một thị trường IGBT quy mô lớn. Lấy ngành công nghiệp điều hòa không khí làm ví dụ, Trung Quốc, với tư cách là thị trường và cơ sở sản xuất thiết bị gia dụng lớn nhất thế giới, cũng đang nuôi dưỡng một thị trường IGBT quy mô lớn.

Việc biến tần các thiết bị gia dụng có thể tiết kiệm năng lượng đáng kể. So với các thiết bị gia dụng truyền thống, thiết bị gia dụng biến tần có những ưu điểm vượt trội về hiệu quả năng lượng, hiệu suất và khả năng điều khiển thông minh. Trong những năm gần đây, thiết bị gia dụng biến tần đang trong giai đoạn phát triển toàn diện và chủ yếu được sử dụng trong máy điều hòa, lò vi sóng, tủ lạnh, bình nước nóng và các thiết bị khác tiêu thụ nhiều điện năng. Ví dụ, so với tủ lạnh không biến tần, tủ lạnh biến tần có tuổi thọ cao hơn, ít tiếng ồn hơn và có thể tiết kiệm 40% năng lượng tiêu thụ.

Dự báo tỷ lệ sử dụng thiết bị gia dụng biến tần (FAC) vào năm 2022 sẽ đạt 65%. Theo số liệu thống kê của IHS, doanh số bán thiết bị gia dụng toàn cầu năm 2017 đạt khoảng 711 triệu chiếc, trong đó 467 triệu chiếc là thiết bị biến tần, chiếm 66%, còn thiết bị biến tần đạt 244 triệu chiếc, chiếm 34%. Dự kiến ​​doanh số bán thiết bị gia dụng biến tần sẽ đạt 585 triệu chiếc vào năm 2022, chiếm 65%, và tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) từ năm 17 đến năm 22 là 19.1%, trong khi doanh số bán thiết bị gia dụng biến tần sẽ giảm xuống còn 317 triệu chiếc, chiếm 35%.

Giá trị riêng lẻ của các chất bán dẫn công suất dùng cho thiết bị gia dụng biến tần đã tăng lên đáng kể. Sự gia tăng nhanh chóng về số lượng thiết bị gia dụng biến tần sẽ làm tăng đáng kể giá trị của chất bán dẫn trên mỗi đơn vị thiết bị gia dụng. Infineon dự đoán rằng giá trị của chất bán dẫn sẽ tăng từ 0.7 euro đối với thiết bị gia dụng không biến tần lên 9.5 euro. Các chất bán dẫn tăng lên chủ yếu là chất bán dẫn công suất. Giả sử 9.5 euro là giá trị trung bình của chất bán dẫn trên mỗi đơn vị thiết bị gia dụng biến tần, dự kiến ​​thị trường chất bán dẫn cho thiết bị gia dụng sẽ tăng từ 2.645 tỷ euro năm 2017 lên 5.779 tỷ nhân dân tệ vào năm 2022, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 16.9% trong giai đoạn từ 17 đến 22 năm.

Theo dữ liệu của IHS, quy mô thị trường bán dẫn công suất gia dụng dự kiến ​​sẽ tăng từ 1.44 tỷ USD năm 2017 lên 2.67 tỷ USD năm 2021, với tốc độ tăng trưởng kép là 1%.

Với sự thúc đẩy mạnh mẽ việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường toàn cầu, tỷ lệ ứng dụng biến tần trong các thiết bị gia dụng sẽ dần tăng lên, và các chất bán dẫn công suất, với vai trò là linh kiện cốt lõi của bộ biến tần, sẽ được hưởng lợi đáng kể.

3.4 Tăng trưởng trong nhiều lĩnh vực: Mô-đun IGBT dành cho ô tô dự kiến ​​sẽ có tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 23.5% từ năm 2018 đến năm 2023.

Theo số liệu của IHS, quy mô thị trường IGBT toàn cầu năm 2017 là 5.255 tỷ USD, tăng 16.5% so với năm 2016. Như vậy, quy mô thị trường IGBT toàn cầu năm 2018 ước tính khoảng 6.21 tỷ USD.

4. Được thúc đẩy bởi nhu cầu về xe điện, cacbua silic đang đối mặt với những cơ hội phát triển mới.

4.1 Hiệu năng vượt trội, thế hệ bán dẫn thứ ba ra đời vào thời khắc lịch sử.

Các MOSFET dựa trên SiC và GaN đã vượt qua giới hạn hiệu năng, và việc nâng cấp công nghệ là điều bắt buộc: So với vật liệu bán dẫn thế hệ thứ nhất và thứ hai, vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba có dải năng lượng rộng, điện trường đánh thủng cao, độ dẫn nhiệt cao, tỷ lệ bão hòa điện tử cao và khả năng chống bức xạ cao hơn, do đó phù hợp hơn để chế tạo các thiết bị hoạt động ở nhiệt độ cao, tần số cao, chống bức xạ và công suất cao. Để theo đuổi kích thước thiết bị nhỏ hơn và hiệu năng tốt hơn, các nhà sản xuất thiết bị điện đang dần thúc đẩy các giải pháp công nghệ thế hệ tiếp theo cho MOSFET dựa trên SiC và GaN. Ví dụ: 1) MOSFET dựa trên SiC có cấu trúc tinh thể ổn định hơn nhiều so với MOSFET dựa trên silicon, và nhiệt độ hoạt động có thể đạt tới 600°C; 2) Cường độ điện trường đánh thủng của SiC lớn hơn gấp mười lần so với silicon, do đó điện áp chặn của MOSFET dựa trên SiC cao hơn; 3) Tổn thất dẫn điện của SiC nhỏ hơn nhiều so với các thiết bị silicon, và nó thay đổi rất ít theo nhiệt độ; 4) Độ dẫn nhiệt của SiC cao gấp gần 2.5 lần so với vật liệu Si. Tốc độ trôi điện tử bão hòa cao gấp 2 lần so với Si, do đó các thiết bị SiC có thể hoạt động ở tần số cao hơn.

SiC chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị gia dụng, năng lượng mới (xe điện, điện gió, quang điện), các ứng dụng công nghiệp, v.v.

4.2 Silicon carbide được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực xe điện.

Về ứng dụng trong ngành ô tô, MOSFET SiC rõ ràng vượt trội hơn về hiệu năng, giúp giảm tổn thất, giảm kích thước và trọng lượng của module. IGBT thì vượt trội hơn về độ tin cậy và độ bền. Các thiết bị silicon carbide được sử dụng trong hệ thống sạc xe và hệ thống chuyển đổi điện năng, giúp giảm thiểu tổn thất chuyển mạch, tăng nhiệt độ hoạt động tối đa và cải thiện hiệu suất hệ thống một cách hiệu quả.

Model 3 là mẫu xe đầu tiên sử dụng MOSFET SiC, tiên phong trong việc sử dụng SiC trong xe điện.

Mô-đun biến tần của Tesla là mô-đun đầu tiên sử dụng 24 MOSFET silicon carbide (SiC), do STMicroelectronics cung cấp. Sau đó, Infineon cũng trở thành nhà cung cấp chất bán dẫn công suất SiC cho Tesla. Toàn bộ cụm mô-đun công suất được cấu tạo từ các mô-đun đơn ống, sử dụng cấu trúc biến tần 6 công tắc tiêu chuẩn. Mỗi công tắc bao gồm 4 mô-đun đơn ống, tổng cộng có 24 mô-đun đơn ống. Thiết bị có điện áp chịu đựng là 650V. Thiết kế mô-đun đơn ống SiC của Model 3 phù hợp với ý tưởng sử dụng mô-đun đơn ống IGBT của Infineon trên Model S/X. Ưu điểm là nó có thể đạt được khả năng mở rộng ở các mức công suất khác nhau, đồng thời cải thiện năng suất đóng gói mô-đun và giảm chi phí thiết bị bán dẫn.

BYD Han sử dụng MOSFET SiC để cải thiện hiệu suất tăng tốc, công suất và độ bền.

Năm 2020, bộ điều khiển động cơ xe điện Han của BYD lần đầu tiên sử dụng mô-đun điều khiển MOSFET SiC do BYD tự phát triển và sản xuất, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ.

Silicon carbide có hiệu suất tăng tốc tốt. Lợi ích trực tiếp nhất của dải năng lượng rộng là cường độ điện trường đánh thủng cao hơn, có nghĩa là nó có thể chịu được điện áp cao, từ đó có thể điều khiển điện áp hệ thống cao hơn. BYD Han có thể sử dụng nền tảng điện áp 650V, điều này cũng là nhờ silicon carbide. Điện áp cao đồng nghĩa với dòng điện thấp, giúp giảm tổn thất trong các điện trở thiết bị. Đối với thiết kế động cơ, việc đạt được công suất cao hơn trong kích thước nhỏ cũng dễ dàng hơn. Do đó, BYD Han có thể dễ dàng đạt được hiệu suất tăng tốc từ 0-100 km/h trong 3.9 giây.

Silicon carbide có thể đạt được xác suất cao và tuổi thọ pin dài. Bên cạnh những ưu điểm do dải năng lượng rộng mang lại, silicon carbide còn có hai ưu điểm chính: tốc độ electron bão hòa cao hơn, và khả năng dẫn nhiệt và chịu nhiệt cao hơn. Electron bão hòa di chuyển nhanh, có nghĩa là chúng có thể dẫn dòng điện lớn hơn. Tốc độ bão hòa electron của vật liệu silicon carbide gấp đôi so với vật liệu silicon. Do đó, khi thiết kế thiết bị, việc điều chỉnh cường độ dòng điện tránh xa dòng điện bão hòa của thiết bị sẽ dễ dàng hơn, từ đó đạt được điện trở thấp hơn ở trạng thái bật. Điều này có thể giảm tổn thất điện năng, giúp giảm nhiệt độ thiết bị và đơn giản hóa thiết kế tản nhiệt. Đặc biệt, trong điều kiện dòng điện cao tức thời, sự tích tụ nhiệt của thiết bị được giảm thiểu, kết hợp với khả năng chịu nhiệt tăng lên và khả năng dẫn nhiệt mạnh hơn của bản thân vật liệu, cũng giúp thiết bị tản nhiệt dễ dàng hơn. Xe cũng có thể hoạt động với công suất lớn hơn. Đây là lý do tại sao BYD Han có thể đạt công suất 363kW. Sử dụng lithium sắt photphat, phạm vi hoạt động có thể đạt tới 605 km, điều này rõ ràng cũng là nhờ silicon carbide.

Xe Toyota Mirai sử dụng pin nhiên liệu chạy bằng pin nhiên liệu, sử dụng các mô-đun silicon carbide.

Denso đã bắt đầu sản xuất hàng loạt thế hệ mô-đun tăng áp mới được trang bị chất bán dẫn công suất SiC (silicon carbide), sẽ được sử dụng trong mẫu xe chạy bằng pin nhiên liệu Mirai của Toyota. Các mô-đun công suất SiC của Denso và Toyota đã được sử dụng trong xe hybrid, xe buýt chạy bằng pin nhiên liệu và xe hơi chở khách chạy bằng pin nhiên liệu. Thành phần cốt lõi của pin nhiên liệu trạng thái rắn thế hệ tiếp theo của Mirai mới, Toyota FC Stack, được kết hợp với bộ chuyển đổi tăng áp FC sử dụng nhiều chất bán dẫn công suất SiC. Chức năng của bộ chuyển đổi tăng áp là tạo ra điện áp đầu ra cao hơn điện áp đầu vào.

Kích thước của mô-đun nguồn được giảm 30% và tổn thất giảm 70%. Theo tính toán của Denso, so với các sản phẩm sử dụng chất bán dẫn công suất dựa trên Si, mô-đun nguồn tăng áp mới được trang bị chất bán dẫn công suất SiC (bao gồm điốt và bóng bán dẫn) có kích thước nhỏ hơn khoảng 30% và giảm tổn thất khoảng 70%. Điều này giúp thu nhỏ mô-đun nguồn đồng thời cải thiện hiệu quả nhiên liệu của xe.

Mẫu Mirai mới được trang bị mô-đun SiC có phạm vi hoạt động tăng 30%. Toyota cho biết, bằng cách sử dụng chất bán dẫn SiC trong máy biến áp tăng áp của pin nhiên liệu và sử dụng pin lithium-ion điện áp thấp, hãng có thể giảm tổn thất tiêu thụ năng lượng của hệ thống. Đồng thời, trên cơ sở cải thiện hiệu suất của các cụm pin nhiên liệu, hiệu suất phát điện được cải thiện bằng cách sử dụng công nghệ điều khiển tái tạo chủ động chất xúc tác. Kết quả là, Toyota đã đạt được phạm vi hoạt động tối đa khoảng 850km trong điều kiện vận hành WLTC của Mirai mới, cao hơn khoảng 30% so với mẫu xe thế hệ trước.

4.3 Dự đoán rằng quy mô của các thiết bị điện tử sử dụng silicon carbide sẽ vượt quá 10 tỷ đô la Mỹ vào năm 2027.

Theo dự báo, quy mô thị trường thiết bị điện silicon carbide (SiC) sẽ vượt quá 10 tỷ USD vào năm 2027. Quy mô thị trường thiết bị điện silicon carbide vào năm 2018 là khoảng 390 triệu USD. Được thúc đẩy bởi nhu cầu khổng lồ đối với xe năng lượng mới, thiết bị điện và các lĩnh vực khác, IHS dự đoán rằng quy mô thị trường thiết bị điện silicon carbide sẽ vượt quá 10 tỷ USD vào năm 2027. Bắt đầu từ năm 2021, được thúc đẩy bởi xe điện, SiC MOSFET sẽ duy trì tốc độ tăng trưởng nhanh và trở thành thiết bị điện SiC rời rạc bán chạy nhất.

5. Hơn 80% chất bán dẫn công suất phụ thuộc vào nhập khẩu, và các công ty trong nước đang cố gắng bắt kịp.

5.1 Các công ty châu Âu, Mỹ và Nhật Bản có những lợi thế rõ rệt trong lĩnh vực bán dẫn công suất.

Theo số liệu thống kê của Infineon, quy mô thị trường thiết bị và mô-đun bán dẫn công suất toàn cầu năm 2019 đạt 21 tỷ USD. Châu Âu, Hoa Kỳ và Nhật Bản cho thấy xu hướng ba trụ cột. Infineon đứng đầu với 19%, tiếp theo là ON Semiconductor với 8.4%. Mười công ty hàng đầu có tổng thị phần là 58.3%.

Năm 2019, thị trường MOSFET toàn cầu đạt 8.1 tỷ USD. Infineon đứng đầu với lợi thế tuyệt đối, chiếm 24.6% thị phần, và thị phần của top 5 công ty đạt 59.8%. Nexperia Semiconductor (được Wingtech mua lại) và China Resources Microelectronics, hai công ty phát triển mạnh ở Trung Quốc, lọt vào top 10, chiếm lần lượt 4.1% và 3.0%.

Năm 2019, quy mô thị trường mô-đun IGBT đạt 3.31 tỷ USD. Infineon đứng đầu với thị phần 35.6%, và năm công ty hàng đầu chiếm tổng cộng 68.8%. Star Semiconductor, một công ty IGBT hàng đầu phát triển mạnh tại Trung Quốc, đã phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây và lọt vào top 10. Năm 2019, công ty này đứng thứ tám với thị phần 2.5%.

Năm 2019, quy mô thị trường IGBT rời rạc đạt 1.44 tỷ USD. Infineon đứng đầu với thị phần 32.5%. Năm công ty hàng đầu chiếm tổng cộng 63.9%. Nhà sản xuất Trung Quốc Silan Micro lọt vào top 10 với thị phần 2.2%.

Năm 2019, quy mô thị trường IPM đạt 1.59 tỷ USD. Mitsubishi của Nhật Bản đứng đầu với thị phần 32.7%. Năm công ty hàng đầu chiếm tổng cộng 76.9%. Các nhà sản xuất Trung Quốc Silan Microelectronics và China Microelectronics lọt vào top 10 với thị phần lần lượt là 1.1% và 0.8%.

5.2 Các công ty bán dẫn công suất của Trung Quốc đang bắt kịp và mở ra một thời kỳ phát triển nhanh chóng.

Trung Quốc là thị trường bán dẫn công suất lớn nhất thế giới. Một phần lớn doanh thu của các công ty quốc tế hàng đầu đến từ Trung Quốc. Lấy Dal Technology và NXP làm ví dụ, hơn 50% và 40% doanh thu của họ đến từ thị trường Trung Quốc đại lục. Trung Quốc là một quốc gia có nền công nghiệp xe điện phát triển mạnh. IGBT của Infineon chiếm hơn 60% thị trường xe điện Trung Quốc. Điều này cho thấy thị trường bán dẫn công suất của nước ta có nhu cầu rất lớn, và các nhà sản xuất trong nước có rất nhiều tiềm năng để thay thế hàng nhập khẩu.

Tỷ lệ tự cung tự cấp IGBT của Trung Quốc tiếp tục tăng. Theo dữ liệu của Zhiyan Consulting, từ năm 2015, tỷ lệ tự cung tự cấp IGBT của nước ta đã vượt quá 10% và liên tục tăng. Dự báo tỷ lệ tự cung tự cấp sẽ tăng từ 10.1% năm 2015 lên 18.4% vào năm 2020. Dự kiến ​​sản lượng ngành IGBT của nước ta sẽ đạt 78 triệu đơn vị vào năm 2024, với nhu cầu khoảng 196 triệu đơn vị, và tỷ lệ tự cung tự cấp đạt 40%. Nhìn chung, vẫn còn một khoảng cách lớn giữa cung và cầu trong ngành IGBT của nước ta, và "thay thế trong nước" sẽ là một hướng phát triển quan trọng của ngành IGBT trong tương lai.

Các sản phẩm bán dẫn công suất tầm trung đến cao cấp phụ thuộc vào thị trường nước ngoài. Các công ty Trung Quốc như BYD, Huawei, CRRC và Sungrow là những khách hàng hàng đầu thế giới về bán dẫn công suất. Tuy nhiên, các công ty này vẫn phụ thuộc rất nhiều vào các nhà cung cấp nước ngoài như Infineon, Fuji Electric và Mitsubishi Electric để mua bán dẫn công suất. Trung Quốc là thị trường lớn nhất cho xe điện và xe hybrid, nhưng chuỗi cung ứng nước ngoài vẫn cung cấp các mô-đun bán dẫn công suất cho hầu hết các hệ thống tại Trung Quốc. Trên thị trường bán dẫn công suất toàn cầu, các nhà sản xuất sản phẩm tầm trung đến cao cấp chủ yếu tập trung ở châu Âu, Hoa Kỳ và Nhật Bản. Hầu hết các nhà sản xuất bán dẫn công suất ở châu Âu, Hoa Kỳ và Nhật Bản là các nhà sản xuất IDM (Integrated Mobile Manufacturing). Infineon, ON Semiconductor, STMicroelectronics, Mitsubishi, Toshiba, v.v. là những công ty hàng đầu trong ngành. Đài Loan, Trung Quốc, cũng là một nhà sản xuất bán dẫn công suất tương đối lớn. Hầu hết các nhà sản xuất là các nhà sản xuất không có nhà máy (Fabless), và sản phẩm của họ chủ yếu tập trung vào phân khúc thấp cấp. Thị trường bán dẫn công suất của nước ta chiếm khoảng 36% nhu cầu toàn cầu. Trong lĩnh vực sản phẩm cao cấp, khoảng 80% phụ thuộc vào nhập khẩu.

Ngành công nghiệp bán dẫn công suất của Trung Quốc đang phát triển nhanh chóng. Các nhà sản xuất bán dẫn trong nước chủ yếu dựa trên mô hình IDM (Integrated Discharge Manufacturing), và chuỗi sản xuất tương đối hoàn chỉnh. Sản phẩm chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực phân khúc thấp như điốt, thiết bị MOS điện áp thấp và thyristor. IGBT (Interactive Power Active Transistor) đã dần có những bước đột phá. Công nghệ sản xuất đã trưởng thành và có lợi thế về chi phí. Lợi nhuận của các công ty hàng đầu trong ngành cao hơn nhiều so với các nhà sản xuất ở Đài Loan và Trung Quốc. Trong các lĩnh vực sản phẩm cao cấp như năng lượng mới, điện lực và vận tải đường sắt, chỉ có một số ít nhà sản xuất trong nước có năng lực sản xuất. Thị trường sản phẩm cao cấp chủ yếu bị độc quyền bởi các nhà sản xuất châu Âu, Mỹ và Nhật Bản như Infineon, ON Semiconductor, Renesas và Toshiba.

Hiện nay, thị trường IGBT trong và ngoài nước chủ yếu vẫn do các công ty nước ngoài chiếm lĩnh. Các công ty IGBT trong nước, dẫn đầu là Star Semiconductor, đang phát triển nhanh chóng, dần dần đạt được những đột phá trong các lĩnh vực điều khiển công nghiệp, xe điện, điện gió, quang điện, điện lực và đường sắt cao tốc, và liên tục gia tăng thị phần. Năm 2019, theo khối lượng xuất xưởng, Infineon có thị phần IGBT cho xe điện lớn nhất tại Trung Quốc, với 49.3%, tiếp theo là BYD, chiếm 20% (chủ yếu tự cung tự cấp), Star Semiconductor đứng thứ ba, chiếm 16.6%. Star Semiconductor có tỷ lệ tự cung tự cấp chip cao trong lĩnh vực IGBT xe điện, vượt quá 90%.

Tại thị trường bán dẫn công suất của nước tôi, các nhà sản xuất trong nước đã bắt đầu thay thế hàng nhập khẩu trong lĩnh vực sản phẩm cấp thấp. Nexperia, Star Semiconductor, China Resources Micro, Xinjie Neng, Lion Micro, China Microelectronics, Yangjie Technology, Silan Micro, Sanan Optoelectronics, Jiejie Microelectronics, v.v., được Wingtech Technology mua lại, đều là những doanh nghiệp chất lượng cao trong ngành, nhưng thị phần của họ vẫn còn thấp.

6. Lạc quan về các nhà lãnh đạo phân khúc ngành.

Hiện nay, chuỗi cung ứng công nghiệp bán dẫn trong nước đang ngày càng hoàn thiện, công nghệ cũng đang có những bước đột phá. Trung Quốc là nước tiêu thụ bán dẫn công suất lớn nhất thế giới, chiếm 35.9% nhu cầu toàn cầu năm 2019, và tốc độ tăng trưởng cao hơn đáng kể so với thế giới. Trong tương lai, với nhu cầu về năng lượng mới (xe điện, quang điện, điện gió), điều khiển công nghiệp, thiết bị gia dụng biến tần, thiết bị IoT, v.v., tốc độ tăng trưởng nhu cầu của Trung Quốc sẽ tiếp tục cao hơn so với thế giới, và ngành công nghiệp sẽ tăng trưởng ổn định. Về khả năng thay thế trong nước, chúng tôi lạc quan về các công ty dẫn đầu trong các ngành công nghiệp phân khúc: Star Semiconductor, China Resources Micro, Hua Hong Semiconductor, Silan Micro, New Clean Energy, Leon Micro, Sanan Optoelectronics, Wingtech Technology và CRRC Times Electric.

Số điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Số fax: +86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li

QQ: 332496225 Quản lý Qiu

Địa chỉ: Phòng 809, Tòa nhà C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Khu Longhua Mới, Thâm Quyến