Les semi-conducteurs de puissance inaugurent l'ère du SiC (Première partie)

Introduction :

Poussée par la demande croissante sur le marché des terminaux automobiles et la parité des prix avec le silicium, la production de carbure de silicium (SiC) connaît une croissance rapide.

Des milliers de modules semi-conducteurs de puissance sont déjà utilisés dans les véhicules électriques pour la recharge embarquée, les onduleurs de traction et la conversion CC-CC. La plupart d'entre eux sont actuellement fabriqués à partir d'IGBT à base de silicium. Cependant, le passage aux MOSFET à base de SiC a permis de doubler la densité de puissance et d'accélérer la vitesse de commutation dans des boîtiers plus petits et plus légers.

Les exigences en matière de haute tension et de fonctionnement dans des environnements chauds et difficiles deviennent de plus en plus strictes pour les véhicules électriques et les bornes de recharge. Cependant, en raison des coûts de fabrication et de conditionnement plus élevés des matériaux à large bande interdite, le carbure de silicium (SiC) mettra du temps à s'imposer. Néanmoins, la situation évolue. Victor Veliadis, directeur exécutif et directeur technique de PowerAmerica, a déclaré que les prix des modules de puissance SiC sont désormais comparables à ceux des modules à base de silicium, ce qui favorise les partenariats d'approvisionnement et la construction de nouvelles usines SiC.

Il y a encore beaucoup de travail à faire. La technologie des plaquettes SiC doit être améliorée. La fabrication de ces appareils nécessite 20 % de nouveaux outils de processus et 80 % d’outils améliorés. Notre objectif est d'accélérer le rythme de rotation des dispositifs de puissance intégrés et discrets, c'est pourquoi les constructeurs automobiles se tournent vers une collaboration directe de la tranche au module avec les fonderies.

Le marché et la technologie du SiC et du GaN

D’ici 2030, le monde produira 39 millions de véhicules purement électriques, ce qui équivaut à un taux de croissance annuel composé de 22 % entre 2022 et 2030. Cela stimule à son tour le marché des semi-conducteurs de puissance, avec environ 50 % de dispositifs en silicium, 35 % de Les dispositifs en carbure de silicium et 12 % des dispositifs en nitrure de gallium devraient être utilisés sur le marché jusqu'en 2030. Dans les véhicules électriques, les onduleurs de traction convertissent l'énergie CC de la batterie en alimentation CA pour fournir l'énergie nécessaire à l'entraînement des moteurs avant et arrière. Le SiC peut également accélérer la recharge des systèmes embarqués et hors-bord et acheminer l’énergie du réseau vers les véhicules électriques.

Plus important encore, les modules SiC constituent la pierre angulaire de la transition des batteries 400 V aux batteries 800 V. Lorsque les vitesses de recharge sont plus rapides, que l’autonomie est suffisante et que le coût de la batterie par véhicule est inférieur à 10,000 XNUMX dollars, les consommateurs adopteront plus rapidement les véhicules électriques.

Les modules SiC atteignent un point critique où ils sont compétitifs en termes de coûts par rapport aux solutions d'alimentation à base de silicium tout en permettant d'obtenir un rendement plus élevé et des systèmes plus compacts. Parallèlement à l'expansion de la gamme de batteries 800 V par rapport aux batteries 400 V actuellement utilisées (contenant des appareils 600 V ou 650 V), la production en série d'appareils SiC 1,200 XNUMX V est stimulée. Cependant, les changements dans la chaîne d'approvisionnement, tels que l'impact des défauts des cristaux sur les plaquettes sur le rendement, les pertes dans l'emballage des dispositifs et l'intégration des modules, ainsi que les liens plus étroits entre les constructeurs automobiles et les fabricants de systèmes électriques, sont toujours en cours. D’un point de vue pratique, il faudra un certain temps pour que les nouvelles capacités de fabrication de plaquettes SiC et de fabrication de plaquettes atteignent la production de masse.

Cependant, cela n’a pas freiné l’enthousiasme des gens pour cette technologie. Les analystes continuent de relever leurs prévisions sur le marché du SiC. Yole Group prévoit que le marché des semi-conducteurs de puissance atteindra 6.3 milliards de dollars d'ici 2027, dont 70 % seront destinés aux applications automobiles. En regardant uniquement la production de plaquettes de SiC (à partir des plaquettes de SiC), TECHCET prévoit un taux de croissance annuel composé de 14 % de 2022 à 2027.