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電気自動車用パワーエレクトロニクス 2025-2035:技術、市場、予測


Power Electronics for Electric Vehicles 2025-2035: Technologies, Markets, and Forecasts

本レポートでは、電気自動車向けパワーエレクトロニクス市場を分析し、インバータ、車載充電器、DC-DCコンバータにおけるSiC MOSFETの採用について、200mmウェハ(8インチ)から自動車OEMの動向まで考察してい... もっと見る

 

 

出版社 出版年月 電子版価格 ページ数 言語
IDTechEx
アイディーテックエックス
2024年6月3日 US$7,000
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286 英語

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サマリー

本レポートでは、電気自動車向けパワーエレクトロニクス市場を分析し、インバータ、車載充電器、DC-DCコンバータにおけるSiC MOSFETの採用について、200mmウェハ(8インチ)から自動車OEMの動向まで考察している。自動車分野でのGaN採用にも注目し、潜在的な技術を分析している。IDTechExでは、パワーエレクトロニクス市場を電圧(600V、1200V)および技術(Si、SiC、GaN)別に予測しています。
 
電気自動車(EV)の需要は今後10年間で急成長し、EV用パワーエレクトロニクス市場はさらに急成長する。内燃機関と比較してバッテリー電気自動車(BEV)に対する消費者の懸念に対処するため、自動車OEMは航続距離を延ばし、充電を高速化する方法を模索している。バッテリーやモーター技術とは別に、ワイドバンドギャップ(WBG)半導体である炭化ケイ素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)は、800Vアーキテクチャと大幅な効率向上により、既存のシリコン(Si)IGBTやMOSFETに取って代わり、EVパワートレインに革命をもたらす可能性を秘めている。
 
IDTechExのレポート「電気自動車用パワーエレクトロニクス 2025-2035」は、SiC MOSFETの急速な微細化から、EVパワーエレクトロニクス市場で確固たる地位を築くGaNの可能性まで、WBG技術の成長の可能性と将来動向を分析している。インバーター、車載充電器(OBC)、DC-DCコンバーターを電圧別(600V、1200V)、半導体技術別(Si、SiC、GaN)に区分し、販売台数、電力(GW)、市場規模(US$)の詳細な需要予測を掲載しています。
 
IDTechExは、EVパワーエレクトロニクス市場が2023年から2035年にかけて2桁のCAGRで成長すると予測している。出典 電気自動車用パワーエレクトロニクス 2025-2035
 
SiCのサプライチェーン
SiCには、原材料からウェハー、加工技術、デバイス・パッケージングに至るまで、確立されたサプライ・チェーンがある。しかし、これはSiCサプライチェーンに発展の余地がないことを意味するものではない。SiCウェハーの供給は米国企業が独占している分野であり、OEMは供給とコストを保証するためにSiCのマルチソース化を模索している。SiCウエハーが150mmから200mmに移行することで、自動車産業にとって不可欠な生産能力が大幅に向上する。さらに、SiCサプライチェーンのグローバル化が推し進められ、欧州やアジアの企業がウェハー事業の規模を拡大している。
 
SiC MOSFETは、過去5年間の大幅な価格低下にもかかわらず、Si IGBTよりも高価であり続ける。これは、インフラ要件、SiCウェーハのはるかに高い価格、エネルギー集約的な処理工程によるものである。IDTechExは、EVにSiC MOSFETを実装するためのコスト分析を行い、デバイスレベルと車両レベルの両方における影響を検証している。サプライチェーン全体でコラボレーションが進んでいる: OEMは他社からEVプラットフォームを借用し、デバイスメーカーは歩留まりを向上させる革新的な方法を研究し、サプライヤーは垂直統合とサプライチェーン・コントロール強化のために他社を買収している。OEMは、パワートレインを最大限に活用するために自動車用半導体サプライヤと協力している。
 
EV市場におけるSiC MOSFETの採用
Si IGBTは、20年もの間、トラクション・インバータの唯一の選択肢であり、車載充電器とDC-DCコンバータにはSi MOSFETとダイオードが用いられてきた。しかし、現世代のEVはSiC MOSFETに移行しつつあり、市場シェアは拡大し続け、2035年にはSiC MOSFETがEVインバータ市場の大半を占めるとIDTechExは予測しています。SiC MOSFETはSi IGBTと比較して、高温動作、優れた熱伝導性、EVの航続距離を7%向上させる可能性のある高速スイッチング、重量と体積を節約する小型ダイと一般的なフォームファクタなど、いくつかの望ましい特徴を備えています。パッケージングからトレンチ技術に至るまで、SiC MOSFET技術の開発は、サプライチェーン、熱管理、および信頼性に対する懸念に取り組むため、過去10年間で大幅に改善されました。SiC MOSFETとサプライチェーン分析の詳細については、「電気自動車用パワーエレクトロニクス 2025-2035」を参照されたい。
 
SiC MOSFETは、1200V MOSFETが800Vアーキテクチャを可能にすることで、引き続き市場シェアを奪うだろう。出典 電気自動車用パワーエレクトロニクス 2025-2035
 
OBCとDC-DCコンバーターは、インバーターよりも一桁低い電力で動作するが、SiC MOSFETの利点は変わらない:より高い電力密度、損失の低減、航続距離のわずかな増加。さらに、OBCのSiCはより高速な充電を可能にし、DC-DCコンバーターでは低電圧バッテリーにより効率的に電力を伝達するため、EVの電力を大量に消費する補助機器(インフォテインメント、ヒートポンプ、ヘッドライト)の無駄を省くことができる。これにより、OBCとDC-DCコンバーターにSiC MOSFETが採用されることになり、要求される電力が低いことから、GaNはインバーターよりも早くこの市場に参入するとIDTechExは予測している。
 
車載用GaN技術
GaN HEMT と FET は、車載用半導体市場で役割を担っている。この役割の程度は、SiCよりも効率的に電力を変換できる材料の可能性を最大限に引き出すために必要な特定の開発次第である。現在、市場に出回っているほとんどのGaNデバイスは650Vに制限されており、構造も横並びである。車載用GaNの可能性を最大化するためには、特に800Vアーキテクチャが主流のEV分野でシェアを拡大するにつれて、より高い電圧で実現可能にするための措置を講じる必要がある。IDTechExは、エンジニアリング技術の改善を通じてであれ、デバイスレベルでの改善であれ、GaNが自動車産業でその可能性を実現する方法を分析している。GaN-on-Siデバイスの代替品についても調査し、企業についても分析しています。IDTechExの最新調査「電気自動車用パワーエレクトロニクス2025-2035」には、EV用パワーエレクトロニクスにおけるGaNの10年予測が含まれており、OBCとDC-DCコンバータで大きな前進が期待され、インバータはその後に登場する。
 
パワーエレクトロニクスの革新
デバイス・レベルでの継続的な改良が続く一方で、OEMとティアワン・サプライヤーはEVの性能向上にも注力している。主な検討事項には、配線の小型化や受動部品のコスト削減のほか、最も効果的な冷却方法の理解などがある。パワーエレクトロニクスとパワートレインの統合は、EVにとって重要な成長分野であり、コストを最小限に抑えながら性能を最大化することを目指している。IDTechExでは、この分野で利用可能な市場ソリューションと能動部品を調査している。統合の程度は、機械的統合から電子的統合まで幅広く、すべてのパワーエレクトロニクスを単一ユニットに統合する可能性もある。
 
本レポートでは以下の主要情報を提供しています:
  • 電気自動車(EV)パワーエレクトロニクスの進歩に関する洞察:インバータ、車載充電器(OBC)、DC-DCコンバータ
  • ワイドバンドギャップ(WBG)半導体GaNとSiCの採用
  • SiC MOSFETとSi IGBTのサプライチェーン
  • 800Vアーキテクチャの分析とパワーエレクトロニクスの統合
  • 米ドルおよびGW単位での詳細な10年予測

 



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目次

1. 要旨
1.1. レポート紹介
1.2. 電気自動車のパワーエレクトロニクス
1.3. シリコン、シリコンカーバイド、窒化ガリウム半導体のベンチマーク
1.4. 成長する車載用GaNデバイスサプライヤー
1.5. インバーターにおけるGaNとSiCの可能性
1.6. インバータの電力密度は時間とともに増加する
1.7. 200mm SiCウェハーの世界生産
1.8. 垂直統合買収と提携
1.9. SiCがインバータのコストに与える影響
1.10. Si IGBTとSiC MOSFETの価格比較
1.11. 自動車OEMおよびサプライヤーのSiC MOSFET - 主要OEM (1)
1.12. 大手OEM向けSi IGBTサプライヤー (1)
1.13. SiCドライブ 800Vプラットフォーム
1.14. 800Vの充電速度
1.15. 800Vプラットフォーム SiCおよびSi IGBTインバータ
1.16. パワーエレクトロニクスの統合
1.17. DC-DCコンバーター内蔵OBC
1.18. トラクション内蔵車載充電器
1.19. 片面冷却と両面冷却の比較
1.20. 片面冷却と両面冷却の市場シェア:2024-2034年
1.21. インバータ市場シェア 2022-2035年:GaN 600V、Si IGBT 600V、SiC MOSFET 600V、1200V
1.22. OBC予測:Si、SiC、GaN 2022-2035 (GW)
1.23. DC-DCコンバータの予測:Si、SiC、GaN 2022-2035 (GW)
1.24. インバーター、OBC、DC-DCコンバーター予測 2022-2035 (GW)
1.25. インバータ、OBC、DCDCコンバータの予測 2022-2035 (10億米ドル)
2. 電気自動車市場:地域動向と今後の成長
2.1. 電気自動車の定義
2.2. 電気自動車代表的な仕様
2.3. 地域EV市場の指数関数的成長
2.4. 地域の動向中国
2.5. 地域の動向EU+英国+EFTA
2.6. EUの排出量と目標
2.7. 地域の動向米国
2.8. ハイブリッド車販売のピーク
2.9. パワートレインのテールパイプ排出量の比較
2.10. 自動車-総所有コスト
2.11. チップ不足 - 2020年から2023年
2.12. チップ不足 - 自動車メーカーの反応
2.13. チップ不足 - 電気自動車
3. EVパワーエレクトロニクスとWBG半導体の概要
3.1. Si、SiC、GaNの紹介とベンチマーク
3.1.1. パワーエレクトロニクスとは?
3.1.2. 電気自動車におけるパワーエレクトロニクスの使用
3.1.3. トランジスタの歴史とMOSFETの概要
3.1.4. ワイドバンドギャップ(WBG)半導体の長所と短所
3.1.5. シリコン、シリコンカーバイド、窒化ガリウム半導体のベンチマーク
3.1.6. SiC材料の利点
3.1.7. Si IGBTとSiC MOSFETの価格比較
3.1.8. SiCとGaNデバイスのコスト比較
3.1.9. SiCパワーデバイスの限界
3.1.10. 高電圧に到達するGaNの可能性
3.1.11. QromisはGaNパワー用基板を設計しました:QST
3.1.12. SiCとGaNには大きな改善の余地がある
3.1.13. GaNが望ましいOBC技術になる
3.1.14. OBCへのGaNの実装方法
3.1.15. GaNシステムズ' 車載充電器
3.1.16. GaNデバイスの課題
3.1.17. SiCパワー・ロードマップ
3.1.18. WBGデバイスのアプリケーション概要
3.2. GaN企業
3.2.1. 成長する車載用GaNデバイスサプライヤー
3.2.2. 強化モードと枯渇モードの比較
3.2.3. GaNシステム
3.2.4. テキサス・インスツルメンツとSTマイクロエレクトロニクス
3.2.5. トランスフォーム
3.2.6. ビジック・テクノロジー
3.2.7. 効率的な電力変換
3.2.8. ネクスペリア
3.2.9. インバーターにおけるGaNとSiCの可能性
3.2.10. リカルド:自動車市場におけるGaN
3.2.11. イノサイエンス
3.2.12. パワー・インテグレーション
3.2.13. OtherGaN企業: Qromis, QPT, BelGaN, Cambridge GaN Devices, Odyssey Semiconductor
3.3. インバータ、OBC、コンバータ設計 & Si、SiC、GaN 展望
3.3.1. インバーターの概要
3.3.2. パルス幅変調
3.3.3. 従来のEVインバーター
3.3.4. ディスクリート&モジュール
3.3.5. インバータプリント基板
3.3.6. インバーターコンポーネントとコスト
3.3.7. 電気自動車インバータ・ベンチマーク
3.3.8. 電気自動車インバータ・ベンチマーク2
3.3.9. SiCがインバーターパッケージに与える影響
3.3.10. Inverter Forecast2022-2035 (GW): GaN 600V, Si IGBT 600V, SiC MOSFET 600V,1200V
3.3.11. OBC予測:Si、SiC、GaN 2022-2035 (GW)
3.3.12. DC-DCコンバータの予測:Si、SiC、GaN 2022-2035 (GW)
3.3.13. オンボード・チャージャー回路部品
3.3.14. テスラ車載充電器/DC-DCコンバーター
3.3.15. OBC by Level: 4kW, 6-11.5kW,16-22kW2023-2035
4. シック基板製造チェーン
4.1. はじめに
4.2. Si IGBTの生産:原材料からEVまで
4.3. SiC MOSFETの製造:原材料からEVまで
4.4. SiC専用装置
4.5. From150mm to200mm: Potential Cost Advantages
4.6. 200mmウェハ ダイカウントの優位性
4.7. 200mm SiCウェハーの世界生産
4.8. 垂直統合買収と提携
4.9. デンソーSiC結晶成長の高速化に向けた研究開発
4.10. シルテクトラ:コールド・スプリット・テクノロジー
4.11. SOITECのSmartSiCテクノロジー
4.12. SmartSiCの利点
4.13. 住友金属鉱山: SiCkrest
4.14. 住友金属鉱山: SiCkrest(2)
5. パワーエレクトロニクスに影響を与えるトレンド
5.1. はじめに
5.1.1. パワーエレクトロニクスの効率向上
5.1.2. 効率と熱利得、800V
5.1.3. 自動車産業におけるSiCの例
5.2. SiCと800V
5.2.1. SiCドライブ 800Vプラットフォーム
5.2.2. 800Vの充電速度
5.2.3. GMCハマー800Vアーキテクチャなしで800V充電
5.2.4. その他のスプリット・バッテリー・パック車テスラ、ポルシェ、フォード
5.2.5. テスラ サイバートラック800Vアーキテクチャーのスプリット・バッテリー
5.2.6. ポルシェ テイカンブーストコンバーター
5.2.7. プレ - 800V EV用充電技術
5.2.8. 400V SiCプラットフォーム
5.2.9. 800Vプラットフォーム SiCおよびSi IGBTインバータ
5.2.10. 800V Adoption2023
5.2.11. 中国における800Vモデルの発表(2022-2024年)
5.2.12. 800V 対向
5.2.13. DCFCがリチウムイオンセルに与える影響
5.2.14. 急速充電セルの設計階層-引くべきレバー
5.2.15. DC急速充電レベル
5.2.16. 800Vプラットフォームの議論と展望
5.3. パワーエレクトロニクスの統合
5.3.1. ビテスコとルノー:高圧ボックスとワンボックス
5.3.2. DC-DCコンバーター内蔵OBC
5.3.3. ルノー・ゾエ43kW AC充電
5.3.4. トラクション 車載充電器
5.3.5. トラクションiOBCサプライヤー
5.3.6. Hyundai E-GMP:800V、SiC、パワーエレクトロニクスの統合
5.3.7. ボルグワーナーインバータとDC-DCコンバータの組み合わせ
5.3.8. Si IGBTとSiC MOSFETの価格比較
5.3.9. SiCダイオードオンボードチャージャー
5.3.10. その他のハイブリッドSiCサプライヤー
5.3.11. SiCダイオードインバータ
5.4. Si IGBTとSiC MOSFETの混載
5.4.1. SiCがインバータのコストに与える影響
5.4.2. SiC MOSFETとSi IGBTの比較:自動車全体のコスト
6. パワー半導体材料、デバイス、OEMのサプライチェーン
6.1. SiC MOSFETおよびSi IGBTサプライヤー
6.1.1. 自動車用パワーSCサプライヤーの市場シェア
6.1.2. 供給の進展インフィニオン
6.1.3. 供給の展開STマイクロエレクトロニクス
6.1.4. 供給開発:ウルフスピード
6.1.5. サプライの展開ローム
6.1.6. 供給の進展オンセミ
6.1.7. 自動車OEMおよびサプライヤーのSiC MOSFET - 主要OEMメーカー
6.1.8. 自動車OEMとサプライヤーのSiC MOSFET - 新興OEM
6.1.9. 大手OEM向けSi IGBTサプライヤー
6.1.10. 新興OEM向けSi IGBTサプライヤー
6.1.11. 新しいSiC製造センター
6.2. 機器サプライヤー
6.2.1. インフィニオンのCoolSiC効率向上
6.2.2. インフィニオン、主要OEMパートナーシップを確立
6.2.3. ローム半導体、SiC生産能力を増強
6.2.4. ローム:OEMおよびティアオンとのSiCパートナーシップ
6.2.5. STマイクロエレクトロニクス、ACEPACKをリリース 市場リーダーとしての競争へ
6.2.6. EVパワーエレクトロニクス向けSTマイクロ・ポートフォリオ
6.2.7. ウルフスピード:SiCへの大規模投資とOEMパートナーシップ
6.2.8. オンセミEliteSiC
6.2.9. GeneSiCナビタス
6.2.10. GeneSiCとそのトレンチアシスト平面構成のベンチマーク
6.2.11. コルボ
6.2.12. コルボSiC FETとSiC MOSFETの比較
6.2.13. トレンチ vs 平面
6.3. ティア1サプライヤー
6.3.1. デルファイ・テクノロジーズ、バイパーSiCモジュールを高級自動車メーカーに供給
6.3.2. ボルグワーナー
6.3.3. ボルグワーナーフォード用統合ドライブモジュール
6.3.4. ボルグワーナーデザインの勝利
6.3.5. ダナ
6.3.6. ビテスコ
6.3.7. ビテスコパワーエレクトロニクス製品
6.3.8. イクイップメイク
6.3.9. LGマグナ
6.3.10. 日立の両面IGBTを大手OEMに供給
6.3.11. コンチネンタル / ジャガー・ランドローバー
6.3.12. ヘリックスCTI-4:ロータス・エヴィージャ
6.3.13. マクラーレンIPG5-x
6.4. 自動車OEM
6.4.1. ヒュンダイ、ベストセラー800V E-GMPプラットフォーム向けにSiC供給を多様化
6.4.2. GM ボルト&ボルトからウルティウムへ
6.4.3. ボルボ重負荷SiCインバータ
6.4.4. メルセデス自社開発
7. パワーエレクトロニクスパッケージEVユースケース
7.1. Toyota Prius2004-2010
7.2. 2008 レクサス
7.3. Honda Accord2014
7.4. Toyota Prius2010-2015
7.5. Nissan Leaf2012
7.6. ホンダ・フィット(三菱)
7.7. Toyota Prius2016 Onwards
7.8. Cadillac2016 (by Hitachi)
7.9. Chevrolet Volt2016 (by Delphi)
7.10. BMW i3(インフィニオン社製)
7.11. JAC iEV4
7.12. 中国のNEVがインフィニオンを採用
7.13. 華晨新里
7.14. テスラ・モデルX:SiCの前にインフィニオンのIGBT
7.15. 800V Si IGBTの選択
7.16. ポルシェ・テイカン
7.17. Nissan Ariya2021
7.18. ジャガーI-PACE
7.19. ジャガーI-PACEパワーモジュールと冷却
7.20. 武陵紅光ミニEV
7.21. ダンフォス
7.22. リビアンR1T
7.23. レクサスRZ
7.24. フォード F-150 ライトニング
7.25. BYD Atto 3(2022年):8-in-1パワートレイン
7.26. BMW iX3
7.27. テスラ・サイバートラック
7.28. STマイクロ
8. EVパワーエレクトロニクスの熱管理
8.1. はじめに
8.1.1. パワーエレクトロニクスにおける熱管理戦略 (1)
8.1.2. パワーエレクトロニクスにおける熱管理戦略(2)
8.1.3. トランジスタの歴史とMOSFETの概要 - 熱管理への影響
8.1.4. 冷却アプローチのまとめ - (1)
8.1.5. クーリング・アプローチの概要(2)
8.2. パワーエレクトリックのTIM1とTIM2
8.2.1. EVパワーエレクトロニクスのどこでTIMが使用されているか
8.2.2. フリップチップ実装のTIM1
8.2.3. TIM1としてはんだ付け
8.2.4. はんだオプションと電流ダイ・アタッチ
8.2.5. ダイ・アタッチ・ソリューション - 熱伝導率の比較
8.2.6. 焼結への流れ
8.2.7. 銀焼結ペースト
8.2.8. 金属焼結ペーストのサプライヤー
8.2.9. はんだ合金および焼結ペーストの特性と性能
8.2.10. TIM2 - IDTechEx'による有望なTIM2の分析
8.2.11. Yearly Market Size of TIMs Forecast (US$ Millions):2024-2034
8.3. 液冷-片面および両面
8.3.1. シングルサイド、デュアルサイド、インダイレクト、ダイレクト冷却
8.3.2. 片面冷却の主なまとめ
8.3.3. 片面冷却の利点と欠点
8.3.4. 片面冷却のTIM2面積はほぼ同じ
8.3.5. オンセミ - EliteSiCパワーモジュール
8.3.6. STマイクロエレクトロニクス - テスラ・モデル3
8.3.7. 両面冷却(DSC)の主な概要
8.3.8. 両面冷却はじめに
8.3.9. 両面冷却の例
8.3.10. The Need for両面冷却 in Power Modules
8.3.11. インフィニオンのハイブリッドパックDSC
8.3.12. ハイブリッドパックDSCの内部構造
8.3.13. onsemi - VE-Tracファミリモジュール
8.3.14. CRRC
8.3.15. 日立インバーター両面冷却
8.3.16. Trend Towards両面冷却 for Automotive Applications
8.3.17. 両面液冷への移行
8.3.18. 片面冷却と両面冷却の市場シェア:2024-2034年
9. 予測
9.1. 地域EV市場の指数関数的成長
9.2. 方法論
9.3. Inverters per Car Forecast2022-2035
9.4. 1台あたりのインバーター地域別
9.5. 複数のモーター/インバーター
9.6. Inverter Forecast2022-2035 (GW): GaN 600V, Si IGBT 600V, SiC MOSFET 600V,1200V
9.7. インバータ市場シェア 2022-2035年:GaN 600V、Si IGBT 600V、SiC MOSFET 600V、1200V
9.8. インバーター冷却戦略予測(台)
9.9. Discretes vs Power Modules Forecast for Inverters2022-2035
9.10. OBC予測:Si、SiC、GaN 2022-2035 (GW)
9.11. DC-DCコンバータの予測:Si、SiC、GaN 2022-2035 (GW)
9.12. インバーター、OBC、DC-DCコンバーター予測 2022-2035 (GW)
9.13. Inverter, OBC, DC-DC Converter Unit Sales Forecast2022-2035
9.14. Inverter, OBC, DC-DC Converter Forecast2022-2035 (US$ billion)
9.15. OBC by Level: 4kW, 6-11.5kW,16-22kW2023-2035
9.16. インバーター、OBC & コンバーター、Si、SiC、GaN コスト想定(kWあたりUSドル)
10. 会社概要
10.1. アドバンスド・エレクトリック・マシーンズ社
10.2. Arteco: EV専用水-グリコール・クーラント
10.3. BMW
10.4. BYD車
10.5. ダイヤモンド・ファウンドリー電気自動車用インバーター
10.6. ダイネックス・セミコンダクター(CRRC):EVパワーエレクトロニクス
10.7. 効率的な電力変換GaN FET
10.8. 効率的な電力変換:車載用GaN
10.9. エラフェ駆動サイクル効率を高めるインホイールモーター
10.10. イクイップメイク:電気モーターとパワーエレクトロニクス
10.11. GaNシステム
10.12. ゼネラルモーターズ(2020年)
10.13. ヘレウスEVパワーエレクトロニクス用ソリューション
10.14. ヒュンダイE-GMP 800Vプラットフォームの成功
10.15. インフィニオン:車載充電器用750V SiC MOSFET
10.16. インフィニオン自動車用パワーエレクトロニクス
10.17. インフィニオンSiCのOEMパートナーシップを拡大
10.18. インテグラルeドライブ
10.19. ロータス
10.20. ルーシッド・モーターズ
10.21. マグナ・インターナショナル
10.22. マクラーレン・オートモーティブ
10.23. ネクスペリア:EVパワーエレクトロニクス用GaN
10.24. NXPセミコンダクターズ
10.25. QPT:MHzスイッチング、アクティブ冷却GaN
10.26. リビアン:電気乗用車トラック
10.27. ローム半導体供給ルーシッド・モーターズ
10.28. STマイクロエレクトロニクスSiCの利点とサプライチェーン
10.29. トランスフォーム
10.30. ヴァレオ(48Vパワートレイン)
10.31. ウルフスピード
10.32. ウルフスピード:主なSiC供給案件

 

 

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Summary

この調査レポートでは、電気自動車向けパワーエレクトロニクス市場を分析し、インバータ、車載充電器、DC-DCコンバータにおけるSiC MOSFETの採用について、200mmウェハ(8インチ)から自動車OEMの動向まで考察しています。
 
主な掲載内容(目次より抜粋)
  • 電気自動車市場: 地域動向と今後の成長
  • EVパワーエレクトロニクスとWBG半導体の概要
  • シック基板製造チェーン
  • パワーエレクトロニクスに影響を与えるトレンド
  • パワー半導体材料、デバイス、OEMのサプライチェーン
  • パワーエレクトロニクスパッケージ EVユースケース
  • EV用パワーエレクトロニクスの熱管理
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Report Summary
This report provides an analysis of the power electronics market for electric vehicles, with insights regarding the adoption of SiC MOSFETs in the inverter, onboard charger, and DC-DC converter, from 200mm wafers (8 inch), to trends in automotive OEMs. GaN adoption in the automotive sector is also looked at, and potential technologies are analyzed. IDTechEx forecasts the power electronics market by voltage (600V, 1200V) and technology (Si, SiC, GaN).
 
The demand for electric vehicles (EVs) will grow rapidly over the next decade, and the EV power electronics market will grow even faster. To tackle consumer concerns about battery electric vehicles (BEVs) compared to internal combustion engines, automotive OEMs are looking for ways to increase range and speed up charging. Aside from battery and motor technologies, wide bandgap (WBG) semiconductors, silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN), have the potential to revolutionize EV powertrains in displacing the incumbent silicon (Si) IGBTs and MOSFETs with 800V architectures and significant efficiency gains.
 
IDTechEx's report Power Electronics for Electric Vehicles 2025-2035 analyzes the growth potential and future trends in WBG technologies, from the rapid scaling of SiC MOSFETs to the potential of GaN to consolidate itself in the EV power electronics market. The report includes granular forecasts detailing unit sales, power (GW), and market size (US$) demand segmented by inverters, onboard chargers (OBC), and DC-DC converters by voltage (600V, 1200V) and semiconductor technology (Si, SiC, GaN).
 
IDTechEx forecasts the EV power electronics market to grow with a double-digit CAGR from 2023-2035. Source: Power Electronics for Electric Vehicles 2025-2035
 
SiC supply chain
SiC has an established supply chain from raw material to wafer, to processing technologies to device packaging. This, however, doesn't mean that there isn't room for developments in the SiC supply chain. SiC wafer supply is an area dominated by US companies, and OEMs are looking to multisource their SiC to guarantee supply and cost. The transition from 150mm to 200mm SiC wafers will significantly increase production capacity, which is vital for the automotive industry. Furthermore, there is a push to globalize the SiC supply chain, with companies in Europe and Asia scaling up wafer operations.
 
SiC MOSFETs will continue to be more expensive than Si IGBTs, despite significant reductions in prices over the past 5 years. This is due to infrastructure requirement, the much higher price of SiC wafers, and energy-intensive processing steps. IDTechEx does a cost analysis of implementing SiC MOSFETs in EVs, examining the impact at both the device and vehicle levels. Collaboration is happening across the supply chain: OEMs are borrowing EV platforms from others, device manufacturers are investigating innovative ways to increase yields, and suppliers are acquiring other companies to vertically integrate and strengthen their supply chain control. OEMs are collaborating with automotive semiconductor suppliers to get the most out of their powertrains.
 
SiC MOSFET adoption in the EV market
Si IGBTs have been the singular option for the traction inverter for 20 years, accompanied by Si MOSFETs and diodes for the onboard charger and DC-DC converter. They have proven to be reliable at the medium-high power levels for the inverter, yet current generation EVs are transitioning to SiC MOSFETs, and ramping in market share will continue to grow, with IDTechEx predicting that SiC MOSFETs will be the majority of the EV inverter market by 2035 Compared with Si IGBT, SiC MOSFETs offer several desirable features, including high temperature operation, better thermal conductivity, faster switching speeds potentially increasing EV ranges by 7%, and smaller die and general form factor for weight and volume savings. Development in SiC MOSFET technology, from packaging to trench technologies has improved massively over the past 10 years, to tackle concerns over supply chain, thermal management, and reliability. More information on the SiC MOSFETs and supply chain analysis, please refer to Power Electronics for Electric Vehicles 2025-2035.
 
SiC MOSFETs will continue to eat up market share, with 1200V MOSFETs enabling 800V architectures. Source: Power Electronics for Electric Vehicles 2025-2035
 
OBCs and DC-DC converters operate at powers an order of magnitude lower than inverters, yet the advantages of SiC MOSFET persist: higher power density, a reduction in losses, and a slight increase in range. Moreover, SiC in the OBC allows for faster charging, and in the DC-DC converter, transfers power more efficiently to the low voltage battery, making the auxiliary power-hungry devices in an EV (infotainment, heat pumps, headlights) less wasteful. This drives SiC MOSFET adoption in the OBC and DC-DC converters, and the lower power requirements mean that IDTechEx predicts GaN to enter this market earlier than for inverters.
 
GaN Technologies for Automotive
GaN HEMTs and FETs have a role in the automotive semiconductor market. The extent of this role depends on certain developments needed to maximize the potential of a material that can convert power more efficiently than SiC. Currently, most GaN devices on the market are limited to 650V and are lateral in construction. To maximize the potential of automotive GaN, steps need to be taken to make it feasible at higher voltages, especially as 800V architectures gain market share in the mainstream EV sector. Whether through improvements in engineering technology or at the device level, IDTechEx analyzes ways that GaN can realize its potential in the automotive industry. Alternatives to GaN-on-Si devices are investigated, and companies analyzed. IDTechEx's latest research Power Electronics for Electric Vehicles 2025-2035 includes a 10-year forecast of GaN in power electronics for EVs, expecting significant headway for OBCs and DC-DC converters, with inverters to come later.
 
Power Electronics Innovations
While ongoing improvements at the device level continue, OEMs and tier-one suppliers also focus on enhancing EV performance. Key considerations include reducing size of the wiring and costs of the passive components, as well as understanding the most effective cooling methods. The integration of power electronics with the powertrain represents a key growth area for EVs, aiming to maximize performance while minimizing cost. IDTechEx examines available market solutions and active components in this space. The degree of integration varies widely, ranging from mechanical integration to electronic integration, with the potential to consolidate all power electronics into a single unit.
 
This report provides the following key information:
  • Insights into advances in electric vehicle (EV) power electronics: the inverter, onboard charger (OBC) and DC-DC converter
  • Adoption of wide bandgap (WBG) semiconductors GaN and SiC
  • Supply chain for SiC MOSFETs and Si IGBTs
  • Analysis of 800V architectures and integration of power electronics
  • Granular 10 year forecasts in US$ and GW


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Table of Contents

1. EXECUTIVE SUMMARY
1.1. Report Introduction
1.2. Power Electronics in Electric Vehicles
1.3. Benchmarking Silicon, Silicon Carbide & Gallium Nitride Semiconductors
1.4. Automotive GaN Device Suppliers are Growing
1.5. GaN vs SiC potential in the Inverter
1.6. Inverter Power Density Increases Over Time
1.7. 200mm SiC Wafer Production Worldwide
1.8. Vertical Integration: Acquisitions and Collaborations
1.9. SiC Impact on the Inverter Cost
1.10. Si IGBT and SiC MOSFET Price Comparison
1.11. SiC MOSFET by Automotive OEMs and Suppliers - Leading OEMs (1)
1.12. Si IGBT Suppliers to Leading OEMs (1)
1.13. SiC Drives 800V Platforms
1.14. 800V charging speeds
1.15. 800V Platforms SiC and Si IGBT Inverters
1.16. Integration of Power Electronics
1.17. Integrated OBC with DC-DC converter
1.18. Traction Integrated Onboard Charger
1.19. Comparison of Single-Sided Cooling and Double-Sided Cooling
1.20. Market Share of Single and Double-Sided Cooling: 2024-2034
1.21. Inverter Market Share 2022-2035: GaN 600V, Si IGBT 600V, SiC MOSFET 600V, 1200V
1.22. OBC Forecast: Si, SiC, GaN 2022-2035 (GW)
1.23. DC-DC Converter Forecast: Si, SiC, GaN 2022-2035 (GW)
1.24. Inverter, OBC, DC-DC Converter Forecast 2022-2035 (GW)
1.25. Inverter, OBC, DCDC Converter Forecast 2022-2035 (US$ billion)
2. ELECTRIC VEHICLE MARKETS: REGIONAL TRENDS AND FUTURE GROWTH
2.1. Electric Vehicle Definitions
2.2. Electric Vehicles: Typical Specs
2.3. Exponential Growth in Regional EV Markets
2.4. Regional Trends: China
2.5. Regional Trends: EU + UK + EFTA
2.6. EU Emissions and Targets
2.7. Regional Trends: US
2.8. Hybrid Car Sales Peak
2.9. Powertrain Tailpipe Emissions Comparison
2.10. Cars - Total Cost of Ownership
2.11. Chip Shortages - 2020 to 2023
2.12. Chip Shortages - Automaker Reactions
2.13. Chip Shortages - Electric Vehicles
3. OVERVIEW OF EV POWER ELECTRONICS AND WBG SEMICONDUCTORS
3.1. Introduction and Benchmarking Si, SiC and GaN
3.1.1. What is Power Electronics?
3.1.2. Power Electronics Use in Electric Vehicles
3.1.3. Transistor History & MOSFET Overview
3.1.4. Wide Bandgap (WBG) Semiconductor Advantages & Disadvantages
3.1.5. Benchmarking Silicon, Silicon Carbide & Gallium Nitride Semiconductors
3.1.6. Advantages of SiC Material
3.1.7. Si IGBT and SiC MOSFET Price Comparison
3.1.8. SiC and GaN Device Cost Comparison
3.1.9. Limitations of SiC Power Devices
3.1.10. GaN's Potential to Reach High Voltage
3.1.11. Qromis Engineered Substrate for GaN Power: QST
3.1.12. SiC & GaN have Substantial Room for Improvement
3.1.13. GaN to Become Preferred OBC Technology
3.1.14. How GaN is implemented into an OBC
3.1.15. GaN Systems' Onboard Charger
3.1.16. Challenges for GaN Devices
3.1.17. SiC Power Roadmap
3.1.18. Applications Summary for WBG Devices
3.2. GaN Companies
3.2.1. Automotive GaN Device Suppliers are Growing
3.2.2. Enhancement Mode vs Depletion Mode
3.2.3. GaN Systems
3.2.4. Texas Instruments and STMicroelectronics
3.2.5. Transphorm
3.2.6. VisIC Technologies
3.2.7. Efficient Power Conversion
3.2.8. Nexperia
3.2.9. GaN vs SiC potential in the Inverter
3.2.10. Ricardo: GaN in the Automotive Market
3.2.11. Innoscience
3.2.12. Power Integrations
3.2.13. Other GaN Companies: Qromis, QPT, BelGaN, Cambridge GaN Devices, Odyssey Semiconductor
3.3. Inverter, OBC, Converter Design & Si, SiC, GaN Outlook
3.3.1. Inverter Overview
3.3.2. Pulse Width Modulation
3.3.3. Traditional EV Inverter
3.3.4. Discretes & Modules
3.3.5. Inverter Printed Circuit Boards
3.3.6. Inverter Components and Cost
3.3.7. Electric Vehicle Inverter Benchmarking
3.3.8. Electric Vehicle Inverter Benchmarking 2
3.3.9. SiC Impact on the Inverter Package
3.3.10. Inverter Forecast 2022-2035 (GW): GaN 600V, Si IGBT 600V, SiC MOSFET 600V, 1200V
3.3.11. OBC Forecast: Si, SiC, GaN 2022-2035 (GW)
3.3.12. DC-DC Converter Forecast: Si, SiC, GaN 2022-2035 (GW)
3.3.13. Onboard Charger Circuit Components
3.3.14. Tesla Onboard Charger / DC-DC Converter
3.3.15. OBC by Level: 4kW, 6-11.5kW, 16-22kW 2023-2035
4. SIC SUBSTRATE MANUFACTURING CHAIN
4.1. Introduction
4.2. Si IGBT Production: Raw Material to EV
4.3. SiC MOSFET Production: Raw Material to EV
4.4. SiC-Specific Equipment
4.5. From 150mm to 200mm: Potential Cost Advantages
4.6. 200mm Wafer Die Count Advantage
4.7. 200mm SiC Wafer Production Worldwide
4.8. Vertical Integration: Acquisitions and Collaborations
4.9. Denso: Research and Development for Faster SiC Crystal Growth
4.10. Siltectra: Cold Split Technology
4.11. SmartSiC Technology from SOITEC
4.12. Summary of SmartSiC Advantages
4.13. Sumitomo Metal Mining: SiCkrest
4.14. Sumitomo Metal Mining: SiCkrest (2)
5. TRENDS IMPACTING POWER ELECTRONICS
5.1. Introduction
5.1.1. Improving the efficiency of power electronics
5.1.2. Efficiency and thermal gains, 800V
5.1.3. Examples of SiC in the automotive industry
5.2. SiC and 800V
5.2.1. SiC Drives 800V Platforms
5.2.2. 800V charging speeds
5.2.3. GMC Hummer: 800V charging without 800V architecture
5.2.4. Other Split Battery Pack Vehicles: Tesla, Porsche, Ford
5.2.5. Tesla Cybertruck: Split Battery with 800V Architecture
5.2.6. Porsche Taycan: Boost Converter
5.2.7. Preh - charging technology for 800V EVs
5.2.8. 400V SiC Platforms
5.2.9. 800V Platforms SiC and Si IGBT Inverters
5.2.10. 800V Adoption 2023
5.2.11. 800V Model Announcements in China (2022-2024)
5.2.12. 800V For & Against
5.2.13. DCFC Impact on Li-ion Cells
5.2.14. Fast Charge Cell Design Hierarchy - Levers to Pull
5.2.15. DC fast charging levels
5.2.16. 800V Platform Discussion & Outlook
5.3. Integration of Power Electronics
5.3.1. Vitesco and Renault: High Voltage Box and One Box
5.3.2. Integrated OBC with DC-DC converter
5.3.3. Renault Zoe: 43kW AC Charging
5.3.4. Traction Integrated Onboard charger
5.3.5. Traction iOBC suppliers
5.3.6. Hyundai E-GMP: 800V, SiC and power electronics integration
5.3.7. BorgWarner: Combined Inverter and DC-DC Converter
5.3.8. Si IGBT and SiC MOSFET Price Comparison
5.3.9. SiC Diodes: Onboard Charger
5.3.10. Other Hybrid SiC Suppliers
5.3.11. SiC Diodes: Inverter
5.4. Mixing Si IGBTs and SiC MOSFETs
5.4.1. SiC Impact on the Inverter Cost
5.4.2. SiC MOSFET vs Si IGBT: Overall Vehicle Cost
6. SUPPLY CHAIN FOR POWER SEMICONDUCTOR MATERIALS, DEVICES & OEMS
6.1. SiC MOSFET and Si IGBT Suppliers
6.1.1. Automotive Power SC Supplier Market Shares
6.1.2. Supply Developments: Infineon
6.1.3. Supply Developments: STMicroelectronics
6.1.4. Supply Developments: Wolfspeed
6.1.5. Supply Developments: ROHM
6.1.6. Supply Developments: Onsemi
6.1.7. SiC MOSFET by Automotive OEMs and Suppliers - Leading OEMs
6.1.8. SiC MOSFET by Automotive OEMs and Suppliers - Emerging OEMs
6.1.9. Si IGBT Suppliers to Leading OEMs
6.1.10. Si IGBT Suppliers to Emerging OEMs
6.1.11. New SiC Fabrication Centres
6.2. Device Suppliers
6.2.1. Infineon CoolSiC Efficiency Gains
6.2.2. Infineon Establishing Major OEM Partnerships
6.2.3. ROHM Semiconductor Expands SiC Production Capacity
6.2.4. ROHM: SiC Partnerships with OEMs and Tier Ones
6.2.5. STMicroelectronics Releases ACEPACK in Race for Market Leadership
6.2.6. STMicro Portfolio for EV Power Electronics
6.2.7. Wolfspeed: Major Investment & OEM Partnerships for SiC
6.2.8. Onsemi EliteSiC
6.2.9. Navitas GeneSiC
6.2.10. Benchmarking GeneSiC and its Trench Assisted Planar Configurations
6.2.11. Qorvo
6.2.12. Qorvo SiC FET vs SiC MOSFET
6.2.13. Trench vs Planar
6.3. Tier-1 Suppliers
6.3.1. Delphi Technologies Supply Luxury Automakers with Viper SiC Module
6.3.2. BorgWarner
6.3.3. BorgWarner Integrated Drive Module for Ford
6.3.4. BorgWarner Design Wins
6.3.5. Dana
6.3.6. Vitesco
6.3.7. Vitesco Power Electronics Products
6.3.8. Equipmake
6.3.9. LG-Magna
6.3.10. Hitachi Double Sided IGBTs to Major OEM
6.3.11. Continental / Jaguar Land Rover
6.3.12. Helix CTI-4: Lotus Evija
6.3.13. McLaren IPG5-x
6.4. Automotive OEMs
6.4.1. Hyundai Diversifies SiC Supply for Best-Selling 800V E-GMP Platform
6.4.2. GM From Bolt & Volt to Ultium
6.4.3. Volvo Heavy Duty SiC Inverter
6.4.4. Mercedes In House Development
7. POWER ELECTRONICS PACKAGES: EV USE-CASES
7.1. Toyota Prius 2004-2010
7.2. 2008 Lexus
7.3. Honda Accord 2014
7.4. Toyota Prius 2010-2015
7.5. Nissan Leaf 2012
7.6. Honda Fit (by Mitsubishi)
7.7. Toyota Prius 2016 Onwards
7.8. Cadillac 2016 (by Hitachi)
7.9. Chevrolet Volt 2016 (by Delphi)
7.10. BMW i3 (by Infineon)
7.11. JAC iEV4
7.12. Chinese NEV Uses Infineon
7.13. Huachen Xinri
7.14. Tesla Model X: Infineon IGBTs before SiC
7.15. 800V Si IGBT Choices
7.16. Porsche Taycan
7.17. Nissan Ariya 2021
7.18. Jaguar I-PACE
7.19. Jaguar I-PACE Power Module and Cooling
7.20. Wuling Hongguang Mini EV
7.21. Danfoss
7.22. Rivian R1T
7.23. Lexus RZ
7.24. Ford F-150 Lightning
7.25. BYD Atto 3 (2022): 8-in-1 Powertrain
7.26. BMW iX3
7.27. Tesla Cybertruck
7.28. STMicro
8. THERMAL MANAGEMENT FOR EV POWER ELECTRONICS
8.1. Introduction
8.1.1. Thermal Management Strategies in Power Electronics (1)
8.1.2. Thermal Management Strategies in Power Electronics (2)
8.1.3. Transistor History & MOSFET Overview - How Does it Affect Thermal Management
8.1.4. Summary of Cooling Approaches - (1)
8.1.5. Summary of Cooling Approaches - (2)
8.2. TIM1 and TIM2 in power electrics
8.2.1. Where are TIMs used in EV Power Electronics
8.2.2. TIM1 in Flip Chip Packaging
8.2.3. Solders as TIM1
8.2.4. Solder Options and Current Die Attach
8.2.5. Die-Attach Solution - Thermal Conductivity Comparison
8.2.6. Trend Towards Sintering
8.2.7. Silver Sintering Paste
8.2.8. Suppliers of metal sintering pastes
8.2.9. Properties and performance of solder alloys and sintered pastes
8.2.10. TIM2 - IDTechEx's Analysis on Promising TIM2
8.2.11. Yearly Market Size of TIMs Forecast (US$ Millions): 2024-2034
8.3. Liquid cooling - single and double sided
8.3.1. Single side, dual side, in-direct, and direct cooling
8.3.2. Key Summary of Single-Sided Cooling
8.3.3. Benefits and Drawbacks of Single-Sided Cooling
8.3.4. TIM2 Area Largely Similar for Single-Sided Cooling
8.3.5. onsemi - EliteSiC Power Module
8.3.6. ST Microelectronics - Tesla Model 3
8.3.7. Key Summary of Double-Sided Cooling (DSC)
8.3.8. Double-Sided Cooling Introduction
8.3.9. Double-Sided cooling examples
8.3.10. The Need for Double-Sided Cooling in Power Modules
8.3.11. Infineon's HybridPACK DSC
8.3.12. Inner Structure of HybridPACK DSC
8.3.13. onsemi - VE-Trac Family modules
8.3.14. CRRC
8.3.15. Hitachi Inverter - Double-Sided Cooling
8.3.16. Trend Towards Double-Sided Cooling for Automotive Applications
8.3.17. Transition to Double-Sided Liquid Cooling
8.3.18. Market Share of Single and Double-Sided Cooling: 2024-2034
9. FORECASTS
9.1. Exponential Growth in Regional EV Markets
9.2. Methodology
9.3. Inverters per Car Forecast 2022-2035
9.4. Inverters per Car: Regional
9.5. Multiple Motors / Inverters per Vehicle
9.6. Inverter Forecast 2022-2035 (GW): GaN 600V, Si IGBT 600V, SiC MOSFET 600V, 1200V
9.7. Inverter Market Share 2022-2035: GaN 600V, Si IGBT 600V, SiC MOSFET 600V, 1200V
9.8. Inverter Cooling Strategy Forecast (Units)
9.9. Discretes vs Power Modules Forecast for Inverters 2022-2035
9.10. OBC Forecast: Si, SiC, GaN 2022-2035 (GW)
9.11. DC-DC Converter Forecast: Si, SiC, GaN 2022-2035 (GW)
9.12. Inverter, OBC, DC-DC Converter Forecast 2022-2035 (GW)
9.13. Inverter, OBC, DC-DC Converter Unit Sales Forecast 2022-2035
9.14. Inverter, OBC, DC-DC Converter Forecast 2022-2035 (US$ billion)
9.15. OBC by Level: 4kW, 6-11.5kW, 16-22kW 2023-2035
9.16. Inverter, OBC & Converter, Si, SiC, GaN Cost Assumptions (US$ per kW)
10. COMPANY PROFILES
10.1. Advanced Electric Machines Ltd
10.2. Arteco: EV-Specific Water-Glycol Coolants
10.3. BMW
10.4. BYD Auto
10.5. Diamond Foundry: Electric Vehicle Inverters
10.6. Dynex Semiconductor (CRRC): EV Power Electronics
10.7. Efficient Power Conversion: GaN FETs
10.8. Efficient Power Conversion: GaN in Automotive
10.9. Elaphe: In-wheel Motors to Increase Drive Cycle Efficiency
10.10. Equipmake: Electric Motors and Power Electronics
10.11. GaN Systems
10.12. General Motors (2020)
10.13. Heraeus: Solutions for EV Power Electronics
10.14. Hyundai: E-GMP 800V Platform Success
10.15. Infineon: 750V SiC MOSFETs for Onboard Chargers
10.16. Infineon: Automotive Power Electronics
10.17. Infineon: Expanding SiC OEM Partnerships
10.18. Integral e-Drive
10.19. Lotus
10.20. Lucid Motors
10.21. Magna International
10.22. McLaren Automotive
10.23. Nexperia: GaN for EV Power Electronics
10.24. NXP Semiconductors
10.25. QPT: MHz Switching, Active Cooling GaN
10.26. Rivian: Electric Passenger Trucks
10.27. ROHM Semiconductor: Supplying Lucid Motors
10.28. STMicroelectronics: SiC Advantages and Supply Chain
10.29. Transphorm
10.30. Valeo (48V Powertrain)
10.31. Wolfspeed
10.32. Wolfspeed: Major SiC Supply Deals

 

 

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