Informe de análisis del tamaño, la cuota de mercado y las tendencias del mercado de obleas de SiC por tamaño de oblea (2, 3 y 4 pulgadas, 6 pulgadas, 8 y 12 pulgadas), por aplicaciones (potencia, radiofrecuencia (RF), otras aplicaciones), por industria de usuario final (telecomunicaciones y comunicaciones, vehículos eléctricos (VE), energía fotovoltaica/suministro de energía/almacenamiento de energía, industria (UPS y accionamientos de motores, etc.), otras industrias de usuario final) y por región (América del Norte, Europa, Asia-Pacífico, Oriente Medio y África, Latinoamérica). Previsiones para el período 2025-2033.

Factor de crecimiento del mercado de obleas de SiC

Aumento de la cuota de mercado de los vehículos eléctricos y la tendencia hacia arquitecturas de vehículos eléctricos de alto voltaje.

Según datos de la AIE, en 2020 había más del triple de estaciones de carga públicas en Estados Unidos que en 2015, cuando había menos de 32 000. La AIE predijo que, dependiendo de las medidas gubernamentales, la cifra aumentaría significativamente para finales de la década, pasando de 800 000 a 1,7 millones. La demanda de vehículos eléctricos (VE) con tiempos de carga más rápidos y mayor autonomía ha acelerado la transición de la industria automotriz hacia plataformas de VE de alto voltaje. Importantes fabricantes han lanzado modelos con arquitecturas de carga de 800 V, como el Audi Q6 e-Tron, el Porsche Taycan y el Hyundai Ioniq 5.

Se prevé que la demanda de obleas de carburo de silicio (SiC) en el mercado automotriz mundial aumente debido a la creciente penetración de los vehículos eléctricos (VE) y la tendencia hacia configuraciones de VE de alto voltaje de 800 V. El Porsche Taycan, el primer vehículo eléctrico de alta gama de un fabricante importante con una batería de 800 V, se vendió en más de 20 000 unidades. Delphi Technologies, un proveedor, anunció en septiembre de 2020 que suministraría inversores de 800 V a un fabricante de vehículos eléctricos de lujo. Se espera que el acuerdo de suministro entre en vigor en toda la gama de VE del fabricante en 2024.

Restricción del mercado

Limitaciones, como la escalabilidad, la disipación de calor y la presión relacionada con el empaquetado sobre el chip y el suministro de sustrato.

En una oblea gigante, se dispone de más chips por unidad de área. En las instalaciones de producción de semiconductores y en los centros de ensamblaje y prueba de semiconductores (OSAT), existe espacio adicional para fabricar más chips, lo que permite producir, probar o ensamblar un mayor número de chips en un período determinado. Como resultado, se acelera el ritmo de fabricación de nuevos productos. El aumento del tamaño de las obleas también tiene efectos favorables en la cadena de suministro. En dos líneas de obleas de 150 mm, STMicroelectronics ha producido productos de SiC en Catania (Italia) y Ang Mo Kio (Singapur). El plan actual de STMicroelectronics para construir una nueva planta de sustratos de SiC y obtener internamente más del 40 % de sus sustratos de SiC para 2024 incluye la transición a la producción en volumen de SiC de 200 mm. La oblea de SiC se ha consolidado como un material prometedor para su uso en vehículos eléctricos y la infraestructura de carga, así como en la producción y distribución de electricidad limpia. Considerando la creciente variedad de aplicaciones para el usuario final, superar los obstáculos actuales podría ofrecer al mercado enormes perspectivas de desarrollo.

Oportunidad de mercado

Aumento de la demanda de obleas de silicio en interruptores de electrónica de potencia y dispositivos de iluminación LED.

En el proceso de fabricación, se crean obleas y sustratos específicos de SiC, seguidos de un procesamiento en fábrica para producir semiconductores de potencia basados ​​en SiC. En la electrónica de potencia, donde los componentes convierten y regulan el flujo de electricidad en los sistemas, se emplean numerosos semiconductores de potencia basados ​​en SiC. La electrónica de potencia es fundamental en la infraestructura eléctrica mundial. Esta técnica se utiliza en computadoras, energías renovables (solar, eólica), industria (accionamientos de motores) y transporte (automóviles, trenes) (fuentes de alimentación).

Otro uso del SiC es la producción de LED. La electrónica de potencia transforma o convierte corrientes alternas y continuas. La transición del mercado hacia la electrónica de potencia basada en SiC, un semiconductor de banda prohibida ancha que permite que la electrónica de potencia sea más pequeña, más eficiente y con un menor coste total de propiedad del sistema que los dispositivos avanzados basados ​​en silicio, también está impulsada por la electrificación de la infraestructura de transporte. Los semiconductores de SiC también están ganando popularidad debido a sus ventajas. Las empresas se han centrado en la producción de semiconductores de potencia de SiC para satisfacer la creciente demanda. Bosch anunció el inicio de la producción en volumen de semiconductores de potencia de SiC.

Análisis segmentario

Por tamaño de oblea

El segmento de 2, 3 y 4 pulgadas es el que más contribuye al mercado y se estima que crecerá a una CAGR del 14,2% durante el período de pronóstico. Las obleas de SiC de menor tamaño son más caras para los fabricantes, ya que es más difícil añadirles más semiconductores. Las obleas de SiC son un nuevo material para lograr una sociedad baja en carbono. A diferencia de las obleas de silicio, los dispositivos semiconductores como transistores, diodos y otros dispositivos se fabrican con obleas de silicio. El SiC reduce la pérdida de potencia en un 50% cuando se utiliza en múltiples dispositivos electrónicos. Es adecuado para usos de alto voltaje y alta temperatura en la industria automotriz (EV, HEV, etc.), la generación de energía fotovoltaica y otras aplicaciones en electrónica de potencia, debido a su excelente resistencia al calor y sus cualidades de alto voltaje. El sustrato de SiC actualmente es de 6 pulgadas, y se están desarrollando obleas de 8 pulgadas. Sin embargo, las obleas de 4 pulgadas siguen siendo ampliamente adoptadas. La reducción de costos no ha avanzado significativamente, y el reemplazo de equipos requiere mayores inversiones de capital. Además, el modelo de 6 pulgadas ahora cuenta con una ventaja sustancial en cuanto a eficiencia de producción.

El desarrollo de obleas de SiC de 150 mm/6 pulgadas ha sido un factor crítico en la adopción generalizada de esta tecnología en el mercado. Esto ha permitido la utilización de líneas de producción de silicio de 150 mm fuera de servicio, las cuales pueden adaptarse para que las obleas de carburo de silicio cumplan con los criterios requeridos y para lograr economías de escala en la fabricación. Para mejorar la adopción del SiC en el mercado para su uso en dispositivos bipolares, se desarrollaron dispositivos más significativos y con mayor voltaje nominal para minimizar los defectos de cristal prolongados y regular la forma y la planitud de la superficie, dos componentes cruciales requeridos por los procesos de litografía. La baja densidad de defectos de micropipe se gestionó con éxito mediante el ajuste preciso de la selección de semillas y los procedimientos de desarrollo. Como ejemplo, Dow Corning resolvió estas dificultades y proporcionó sustratos de SiC de 150 mm con métricas de deformación, curvatura y variación de espesor que cumplían con los estándares de la industria para su manipulación en las líneas de procesamiento. Para resolver los problemas actuales y futuros de la industria electrónica, Dow Corning fabrica y vende obleas de 4H-SiC de 150 mm.

Por solicitudes

El segmento de potencia posee la mayor cuota de mercado y se estima que crecerá a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 15,7 % durante el período de pronóstico. Uno de los componentes esenciales, los interruptores electrónicos de potencia, se fabrica con obleas de carburo de silicio. Estos interruptores manejan grandes corrientes, lo que hace necesario fabricarlos con materiales robustos como el SiC. Es crucial emplear obleas con buena conductividad térmica y baja resistencia eléctrica. Además, esto permite reducir el tamaño y el peso de estos interruptores. Debido a la alta demanda del mercado y la tendencia actual de las obleas de SiC, las empresas han mejorado el proceso de producción de SiC. La cadena de suministro de sustratos puede modernizarse para satisfacer rápidamente la creciente demanda de soluciones de alta potencia.

Además, la mejora del rendimiento es imposible debido a las características físico-eléctricas del silicio, y emprender investigaciones resultaría prohibitivamente caro y poco rentable en términos de costes de inversión. El interés por las obleas de carburo de silicio ha aumentado recientemente, ya que este semiconductor individual puede incrementar la capacidad de manejo de potencia, y su comportamiento se logra mediante la combinación de una mayor densidad de potencia y una mejor eficiencia. Numerosas aplicaciones comerciales actuales y futuras que utilizan la tecnología SiC, como fuentes de alimentación conmutadas, inversores para la generación de energía solar y eólica, accionamientos de motores industriales, vehículos híbridos y eléctricos, y conmutación de potencia en redes inteligentes, contribuyen al crecimiento del mercado mundial de obleas de SiC.

Los dispositivos de SiC se utilizan cada vez más en estaciones base celulares y operaciones de radiofrecuencia. Se prevé que las políticas gubernamentales favorables que promueven las fuentes de energía renovables para la generación de energía también impulsen el mercado. Los dispositivos que utilizan sustratos de SiC en aplicaciones de potencia de RF generan ingresos de hasta 330 millones de dólares. Las ventas se disparan como resultado del aumento de las implementaciones en numerosos campos. Ejércitos, gobiernos y empresas privadas compiten por las tecnologías más avanzadas. Sin embargo, muchos equipos de RF, como los utilizados en seguridad nacional y defensa, tienen especificaciones exigentes que a menudo resultan inalcanzables para el sector comercial. Este requisito subraya la importancia de la capacidad de I+D. La industria de la radiofrecuencia (RF) tiene varias aplicaciones potenciales, incluyendo hardware para 5G y teléfonos inteligentes, el sector militar y la industria automotriz. La demanda de productos que permiten la comunicación inalámbrica directa y la creciente popularidad de la electrónica de consumo han acelerado el desarrollo del sector de la tecnología de RF. Estos son algunos de los elementos que impulsan la expansión del mercado de obleas de SiC.

Por sector de usuario final

El segmento de telecomunicaciones y comunicaciones es el que más contribuye al mercado y se estima que crecerá a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 15,7 % durante el período de pronóstico. La tecnología se está desarrollando rápidamente. Es probable que las obleas de SiC tengan una alta demanda en el sector electrónico para satisfacer esta necesidad técnica. Para mantenerse a la vanguardia, las empresas de la industria de semiconductores deben desarrollar y mantener tecnologías innovadoras. Los semiconductores de potencia tienen una alta demanda, ya que las empresas de telecomunicaciones se apresuran a lanzar redes 5G ultrarrápidas. Las obleas de carburo de silicio (SiC) son extremadamente duraderas, resistentes al calor y pueden soportar altos voltajes. Debido a sus propiedades, las obleas se utilizan frecuentemente para fabricar semiconductores de potencia para redes 5G y vehículos eléctricos, donde la eficiencia energética es fundamental. La necesidad de semiconductores de potencia está aumentando gradualmente a medida que las empresas de telecomunicaciones crean redes 5G a velocidades vertiginosas. Las obleas de SiC tienen un alto grado de dureza, son resistentes al calor y pueden soportar altos voltajes. Estas características hacen de las obleas una herramienta de fabricación popular para semiconductores de potencia para redes 5G y automóviles eléctricos, donde la eficiencia energética es crucial.

Para lograr la neutralidad de carbono y las emisiones netas cero, varios gobiernos han fijado una fecha para la eliminación gradual de los vehículos de gasolina, incentivando a los fabricantes de automóviles a acelerar la transición a los vehículos eléctricos. Un material de vanguardia llamado carburo de silicio (SiC) se ha empleado en lugar del silicio (Si) en varias aplicaciones. Además, se hicieron esfuerzos para disminuir el peso y el precio del vehículo completo, al tiempo que se aumentaba la eficiencia y la autonomía de los vehículos eléctricos (VE). Con el aumento de la densidad de potencia de la electrónica de control surgió el concepto de emplear SiC para los VE. Se estima que el SiC puede extender la autonomía de la batería de los VE en un 20 % en comparación con el Si y que los cargadores de SiC pueden reducir el tiempo de carga en un 30 % debido a su mayor eficiencia energética. A medida que aumenta la necesidad de vehículos eléctricos y estaciones de carga rápida, podrían aumentar los requisitos de obleas de SiC. Las estaciones de carga rápida emplean SiC. Para 2024, se prevé que se desplieguen 3,3 millones de unidades a nivel mundial; el carburo de silicio podría representar una parte considerable de este mercado. Dependiendo de las capacidades del cargador, los diferentes cargadores contienen diferentes cantidades de SiC.

Análisis regional

América del Norte: Región dominante

América del Norte es el principal contribuyente de ingresos y se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 15,7 % durante el período de pronóstico. América del Norte está a la vanguardia en la adopción de nuevas tecnologías en la fabricación, el diseño y la investigación de semiconductores. Existe una fuerte correlación entre la expansión de industrias usuarias finales como la automotriz, la energética, la de TI y telecomunicaciones, la militar y aeroespacial, y la electrónica de consumo, y el crecimiento de la industria de obleas de SiC en América del Norte. El sector energético podría transformarse gracias a la tecnología de carburo de silicio, incentivando a las empresas locales a invertir en el desarrollo de nuevos productos. Varios grupos, incluidos organismos gubernamentales, están trabajando en esta área en investigación de fabricación avanzada para producir obleas de SiC. Por ejemplo, para mejorar los materiales y procedimientos utilizados en la producción de obleas de carburo de silicio (SiC), los investigadores de fabricación avanzada del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) colaboraron con empresas y académicos. Los actores se concentran en la innovación de productos y el desarrollo de nuevos bienes porque la tecnología GaN sobre carburo de silicio es atractiva. Aunque Canadá pueda considerarse un país sin una base importante en electrónica y semiconductores, la región cuenta con un mercado considerable para productos que contienen o utilizan semiconductores.

Europa: una región en crecimiento.

Se prevé que Europa crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 15,5 % durante el período de pronóstico. El continente europeo es un importante impulsor y adoptador de tecnología contemporánea y alberga algunos de los centros tecnológicos más importantes del mundo. El mercado se está expandiendo debido a la creciente adopción de tecnologías avanzadas y semiconductores en numerosos sectores. El mercado en la región se ve fortalecido aún más por el suministro de componentes y obleas esenciales a los actores regionales por parte de empresas extranjeras. Europa, uno de los principales mercados automovilísticos, es responsable de una parte considerable de la producción mundial de automóviles. La ACEA estima que en la región se producen anualmente más de 19,2 millones de vehículos, furgonetas, camiones y autobuses. Alrededor de 309 plantas de ensamblaje y producción de vehículos son operadas por fabricantes de automóviles en 27 países de la región.

Además, el sector genera un superávit comercial de aproximadamente 84.400 millones de dólares en la zona de la UE. El mercado en la región se ve fortalecido aún más por el suministro de componentes y obleas esenciales por parte de empresas extranjeras a compañías regionales. Por ejemplo, el productor japonés de obleas Showa Denko KK y la empresa alemana de semiconductores Infineon Technologies AG firmaron un acuerdo de suministro para una amplia variedad de materiales de carburo de silicio (SiC), incluyendo epitaxia. Gracias a ello, Infineon Technologies AG pudo satisfacer la creciente demanda de productos basados ​​en SiC con un mayor suministro de materia prima. Este acuerdo tiene una vigencia de dos años, con posibilidad de prórroga.

La región de Asia-Pacífico controla el mercado mundial de semiconductores, impulsado además por políticas gubernamentales, lo que la convierte en una zona clave en el mercado global de obleas de SiC. Taiwán, China, Japón y Corea del Sur representan, en conjunto, una parte considerable del mercado mundial de semiconductores. Asimismo, otros países como Tailandia, Vietnam, Singapur y Malasia contribuyen significativamente al dominio del mercado en la región. Entre los actores con una fuerte presencia en la zona se encuentra SK Siltron, fabricante surcoreano de obleas de semiconductores y uno de los cinco principales productores mundiales, con ventas anuales de 1,542 billones de wones surcoreanos.

Además, la región representa un mercado considerable para las energías renovables, en particular la solar y la eólica. La adopción de infraestructura solar en la zona, especialmente en el sudeste asiático, se ve impulsada en gran medida por los gobiernos nacionales de esos países, lo que fomenta la expansión del mercado. Por ejemplo, a finales del tercer trimestre de 2021, la capacidad instalada de energía renovable de la India (incluidos los proyectos hidroeléctricos) alcanzó los 147,8 GW, lo que representa aproximadamente el 38 % de la matriz energética total. Para 2030, el país aspira a contar con 450 GW de capacidad instalada de energía renovable; se prevé que más del 60 % de esa capacidad, es decir, alrededor de 280 GW, provenga de la energía solar.

Los semiconductores compuestos están ganando popularidad en Latinoamérica. La creciente demanda en la industria automotriz de la región ha impulsado el crecimiento de la demanda de semiconductores. El auge de la industria automotriz en México se debe en gran medida a su sector industrial. En la región central del país, se han inaugurado nuevas plantas de Nissan, Honda y Mazda. Se prevé que estas empresas produzcan vehículos eléctricos, lo que podría expandir el mercado mexicano de semiconductores. La producción de vehículos eléctricos es una industria en desarrollo en México, lo que impulsa la demanda de semiconductores. Los fabricantes de automóviles globales están invirtiendo cada vez más en México para establecer fábricas de vehículos eléctricos.

Por ejemplo, según el gerente de desarrollo de red y rendimiento eléctrico de Porsche México, la compañía participa en la construcción de un sistema de infraestructura eléctrica y en la fabricación de vehículos eléctricos en México. La empresa tiene previsto invertir más de 6.000 millones de euros para 2022 en infraestructura eléctrica y vehículos eléctricos. Asimismo, General Motors anunció que invertirá más de 1.000 millones de dólares en su complejo manufacturero de Ramos Arizpe, México.