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
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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:
目次
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)
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.
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