Warum gilt Siliziumkarbid als die Zukunft von Automobil-Leistungsmodulen?

Die Bandlückenbreite von Siliziumkarbid ist etwa dreimal so groß wie die von Materialien auf Siliziumbasis. Die kritische Durchschlagsfeldstärke liegt etwa zehnmal so hoch wie bei Materialien auf Siliziumbasis. Die Wärmeleitfähigkeit von Siliziumkarbid ist etwa dreimal so hoch wie die von Materialien auf Siliziumbasis, und die Driftrate der Elektronensättigung ist etwa doppelt so hoch wie die von Materialien auf Siliziumbasis. Die hohe Spannungsfestigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und Hochfrequenzeigenschaften von Siliziumkarbidmaterialien machen sie im Vergleich zu Geräten auf Siliziumbasis für anspruchsvollere Betriebsbedingungen geeignet. Sie können die Effizienz und Leistungsdichte erheblich verbessern und gleichzeitig Kosten, Größe und Gewicht in Anwendungen reduzieren.

Leistungsvergleich verschiedener Halbleitermaterialien

Laut Yole-Daten wird die globale Marktgröße von Siliziumkarbid-Leistungsgeräten voraussichtlich von 1.09 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 auf 6.297 Milliarden US-Dollar im Jahr 2027 wachsen, mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 34 %. Unter anderem wird erwartet, dass die Marktgröße von Siliziumkarbid für Elektrofahrzeuge von 685 Millionen US-Dollar auf 4.986 Milliarden US-Dollar steigen wird, was einer noch höheren CAGR von 39.2 % entspricht. Elektrofahrzeuge (einschließlich Wechselrichter, Bordladegeräte und DC/DC-Wandler) stellen die größte nachgelagerte Anwendung für Siliziumkarbid dar. Der Marktanteil wird voraussichtlich von 62.8 % auf 79.2 % steigen, was auf einen kontinuierlichen Aufwärtstrend des Marktanteils hinweist.

Marktanalyse von Yole

Der Anwendungstrend von Siliziumkarbid in der Automobilindustrie

In der Elektrofahrzeugindustrie ist die Reichweite das größte Problem. Es gibt viele Faktoren, die die Reichweite beeinflussen, darunter die Batteriekapazität, das Fahrzeuggewicht und die Energieumwandlungseffizienz des Antriebssystems. Leistungshalbleiter sind das Herzstück der Energieumwandlung, und Siliziumkarbid-Leistungsbauelemente haben Vorteile gegenüber Bauelementen auf Siliziumbasis, wie z. B. geringere Leitungsverluste, höhere Schaltfrequenzen und eine höhere Betriebsspannungsfestigkeit. Sie können eine höhere Systemenergieumwandlungseffizienz erreichen und eine größere Reichweite bieten als bei Verwendung von siliziumbasierten Leistungsgeräten mit der gleichen Strommenge. Daher wird die Nachfrage nach dem Einsatz von Siliziumkarbid-Leistungsgeräten in Elektrofahrzeugen immer wichtiger. In Elektrofahrzeugen konzentriert sich die Anwendung von Siliziumkarbid-Leistungsgeräten hauptsächlich auf zwei Richtungen: eine für den Motorantriebswechselrichter (Motorsteuerung) und die andere für das Bordstromversorgungssystem, hauptsächlich einschließlich Stromumwandlungssystemen (Bordnetz). Bord DC/DC), Bordladesysteme (OBC), Bordklimaanlagen (PTC und Kompressoren) und andere Aspekte.

Die Industrialisierung und technologische Logik von Siliziumkarbid-Leistungsmodulen für die Automobilindustrie

Derzeit wird die globale Siliziumkarbid-Industrie von den Vereinigten Staaten, Europa und Japan dominiert, wobei die Mehrheit der Siliziumkarbid-Materialien von amerikanischen Unternehmen stammt. Europa verfügt über eine vollständige Industriekette, die Siliziumkarbid-Substrate, Epitaxie, Geräte und Anwendungen umfasst, während Japan einen führenden Vorteil bei der Entwicklung von Siliziumkarbid-Chips, -Modulen und -Anwendungen hat. China verfügt derzeit über eine vollständige Siliziumkarbid-Industriekette und ist bei Materialvorbereitungs- und Testanwendungen international wettbewerbsfähig. Derzeit liegen ausländische Unternehmen an der Spitze, inländische Unternehmen haben sich noch keinen nennenswerten Marktanteil erarbeitet. Im Bereich der New-Energy-Fahrzeuge wird der Inlandsmarkt jedoch aufgrund der führenden Position Chinas bei der Fahrzeugelektrifizierung zu einem günstigen Faktor für den Aufstieg inländischer Halbleiterunternehmen.

Derzeit erschließen globale Siliziumkarbid-Unternehmen aktiv den Automobilmarkt. Zu den Hauptanwendungen zählen diskrete Leistungsbauelemente und Leistungsmodule. Die hervorragenden Eigenschaften von Siliziumkarbid-Chips müssen durch effiziente und zuverlässige Verbindungen mit Gehäuse- und Schaltungssystemen realisiert werden, um eine optimale Leistung zu erzielen. Siliziumkarbid-MOSFET-Leistungsmodule, die durch professionelles Design und fortschrittliche Gehäuseprozesse hergestellt werden, sind derzeit der Haupttrend bei Elektrofahrzeuganwendungen.

Fortsetzung folgt...