Modules de puissance (IPM), IGBT et dispositifs de puissance automobiles

Pourquoi le carbure de silicium est-il considéré comme l’avenir des modules de puissance automobiles ?

La largeur de bande interdite du carbure de silicium est environ trois fois supérieure à celle des matériaux à base de silicium. L’intensité critique du champ de claquage est environ dix fois supérieure à celle des matériaux à base de silicium. La conductivité thermique du carbure de silicium est environ trois fois supérieure à celle des matériaux à base de silicium, et le taux de dérive par saturation électronique est environ deux fois supérieur à celui des matériaux à base de silicium. La résistance à haute tension, la résistance à haute température et les caractéristiques haute fréquence des matériaux en carbure de silicium les rendent adaptés à des conditions de fonctionnement plus exigeantes que les dispositifs à base de silicium. Ils peuvent améliorer considérablement l’efficacité et la densité de puissance tout en réduisant les coûts, la taille et le poids des applications.

Comparaison des performances de divers matériaux semi-conducteurs

Selon les données de Yole, la taille du marché mondial des dispositifs électriques en carbure de silicium devrait passer de 1.09 milliard de dollars en 2021 à 6.297 milliards de dollars en 2027, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 34 %. Parmi eux, la taille du marché du carbure de silicium pour véhicules électriques devrait passer de 685 millions de dollars à 4.986 milliards de dollars, affichant un TCAC encore plus élevé de 39.2 %. Les véhicules électriques (y compris les onduleurs, les chargeurs embarqués et les convertisseurs DC/DC) représentent la plus grande application en aval du carbure de silicium, avec une part de marché qui devrait passer de 62.8 % à 79.2 %, ce qui indique une tendance continue à la hausse de la part de marché.

Analyse de marché par Yole

La tendance des applications du carbure de silicium dans l’industrie automobile

Dans l’industrie des véhicules électriques, le problème le plus préoccupant est celui de l’autonomie. De nombreux facteurs affectent l’autonomie, notamment la capacité de la batterie, le poids du véhicule et l’efficacité de conversion énergétique du système électrique. Les semi-conducteurs de puissance sont au cœur de la conversion d'énergie, et les dispositifs de puissance en carbure de silicium présentent des avantages par rapport aux dispositifs à base de silicium, tels que des pertes de conduction plus faibles, des fréquences de commutation plus élevées et une endurance de tension de fonctionnement plus élevée. Ils peuvent atteindre une efficacité de conversion d’énergie du système plus élevée et offrir une plus grande autonomie qu’en utilisant des dispositifs électriques à base de silicium avec la même quantité d’électricité. Par conséquent, la demande pour l’application de dispositifs électriques en carbure de silicium dans les véhicules électriques devient de plus en plus importante. Dans les véhicules électriques, l'application des dispositifs d'alimentation en carbure de silicium se concentre principalement sur deux directions : l'une concerne l'onduleur d'entraînement du moteur (contrôleur de moteur) et l'autre concerne le système d'alimentation électrique embarqué, comprenant principalement les systèmes de conversion de puissance (sur- carte DC/DC), les systèmes de charge embarqués (OBC), les systèmes de climatisation embarqués (PTC et compresseurs) et d'autres aspects.

L’industrialisation et la logique technologique des modules de puissance automobiles en carbure de silicium

Actuellement, l’industrie mondiale du carbure de silicium est dominée par les États-Unis, l’Europe et le Japon, la majorité des matériaux en carbure de silicium provenant d’entreprises américaines. L'Europe dispose d'une chaîne industrielle complète couvrant les substrats, l'épitaxie, les dispositifs et les applications en carbure de silicium, tandis que le Japon possède un avantage de premier plan dans le développement de puces, de modules et d'applications en carbure de silicium. La Chine dispose actuellement d’une chaîne industrielle complète du carbure de silicium et est compétitive au niveau international dans les applications de préparation et de test des matériaux. Actuellement, les entreprises étrangères se classent en tête et les entreprises nationales n’ont pas encore acquis une part de marché significative. Cependant, dans le domaine des véhicules à énergies nouvelles, en raison de la position de leader de la Chine dans l'électrification des véhicules, le marché intérieur devient un facteur favorable à l'essor des entreprises nationales de semi-conducteurs.

Actuellement, les entreprises mondiales de carbure de silicium explorent activement le marché automobile, avec pour principales applications les composants discrets et les modules de puissance. Pour atteindre des performances optimales, les excellentes caractéristiques des puces en carbure de silicium doivent être mises en œuvre grâce à des connexions efficaces et fiables avec les boîtiers et les circuits imprimés. Les modules de puissance MOSFET en carbure de silicium, fabriqués selon une conception professionnelle et des procédés de conditionnement avancés, constituent actuellement la tendance dominante dans les applications pour véhicules électriques.

À suivre...