Perché il carburo di silicio è considerato il futuro dei moduli di potenza automobilistici?

La larghezza della banda proibita del carburo di silicio è circa tre volte quella dei materiali a base di silicio. L'intensità critica del campo di rottura è circa dieci volte quella dei materiali a base di silicio. La conduttività termica del carburo di silicio è circa tre volte quella dei materiali a base di silicio e il tasso di deriva della saturazione degli elettroni è circa il doppio di quello dei materiali a base di silicio. La resistenza all'alta tensione, la resistenza alle alte temperature e le caratteristiche di alta frequenza dei materiali in carburo di silicio li rendono adatti a condizioni operative più impegnative rispetto ai dispositivi a base di silicio. Possono migliorare significativamente l'efficienza e la densità di potenza riducendo al contempo i costi, le dimensioni e il peso nelle applicazioni.

Confronto delle prestazioni di vari materiali semiconduttori

Secondo i dati Yole, si prevede che la dimensione del mercato globale dei dispositivi di potenza in carburo di silicio crescerà da 1.09 miliardi di dollari nel 2021 a 6.297 miliardi di dollari nel 2027, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 34%. Tra questi, si prevede che la dimensione del mercato del carburo di silicio per veicoli elettrici aumenterà da 685 milioni di dollari a 4.986 miliardi di dollari, con un CAGR ancora più elevato del 39.2%. I veicoli elettrici (compresi inverter, caricabatterie di bordo e convertitori DC/DC) rappresentano la più grande applicazione a valle del carburo di silicio, con una quota di mercato prevista in aumento dal 62.8% al 79.2%, indicando una continua tendenza al rialzo della quota di mercato.

Analisi di mercato di Yole

Il trend applicativo del carburo di silicio nell’industria automobilistica

Nel settore dei veicoli elettrici, la questione più preoccupante è l’autonomia. Sono molti i fattori che influenzano l’autonomia, tra cui la capacità della batteria, il peso del veicolo e l’efficienza di conversione dell’energia del sistema di alimentazione. I semiconduttori di potenza sono il fulcro della conversione dell'energia e i dispositivi di potenza in carburo di silicio presentano vantaggi rispetto ai dispositivi basati su silicio, come perdite di conduzione inferiori, frequenze di commutazione più elevate e maggiore resistenza alla tensione di lavoro. Possono raggiungere una maggiore efficienza di conversione energetica del sistema e fornire una maggiore autonomia rispetto a quando si utilizzano dispositivi di alimentazione basati su silicio con la stessa quantità di elettricità. Pertanto, la domanda per l'applicazione di dispositivi di potenza in carburo di silicio nei veicoli elettrici sta diventando sempre più importante. Nei veicoli elettrici, l'applicazione dei dispositivi di potenza in carburo di silicio si concentra principalmente in due direzioni: una è per l'inverter di azionamento del motore (controller del motore) e l'altra è per il sistema di alimentazione di bordo, compresi principalmente i sistemi di conversione di potenza (on- DC/DC di bordo), sistemi di ricarica di bordo (OBC), sistemi di condizionamento di bordo (PTC e compressori) e altri aspetti.

L'industrializzazione e la logica tecnologica dei moduli di potenza in carburo di silicio per autoveicoli

Attualmente, l’industria globale del carburo di silicio è dominata da Stati Uniti, Europa e Giappone, con la maggior parte dei materiali in carburo di silicio provenienti da aziende americane. L’Europa ha una catena industriale completa che copre substrati di carburo di silicio, epitassia, dispositivi e applicazioni, mentre il Giappone ha un vantaggio leader nello sviluppo di chip, moduli e applicazioni di carburo di silicio. La Cina attualmente dispone di una catena industriale completa del carburo di silicio ed è competitiva a livello internazionale nella preparazione dei materiali e nelle applicazioni di test. Attualmente, le aziende straniere si collocano ai primi posti, mentre le aziende nazionali non hanno ancora conquistato una quota di mercato significativa. Tuttavia, nel campo dei veicoli a nuova energia, data la posizione leader della Cina nell’elettrificazione dei veicoli, il mercato interno sta diventando un fattore favorevole per l’ascesa delle aziende nazionali di semiconduttori.

Attualmente, le aziende globali che producono carburo di silicio stanno esplorando attivamente il mercato automobilistico, con applicazioni principali che includono dispositivi di potenza discreti e moduli di potenza. Tra queste, le eccellenti caratteristiche dei chip in carburo di silicio devono essere realizzate attraverso connessioni efficienti e affidabili con sistemi di packaging e circuiti al fine di ottenere prestazioni perfette. I moduli di potenza MOSFET in carburo di silicio, prodotti attraverso una progettazione professionale e processi di packaging avanzati, rappresentano attualmente la tendenza principale nelle applicazioni per veicoli elettrici.

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