パワー半導体が SiC 時代の到来を告げる (パート 1)

導入：

自動車用端子市場の需要の高まりとシリコンとの価格同等性により、炭化ケイ素 (SiC) の生産は急速に成長しています。

電気自動車では、オンボード充電、トラクションインバータ、DC-DC変換などに、既に数千個のパワー半導体モジュールが使用されています。現在、そのほとんどはシリコンベースのIGBTを用いて製造されています。しかし、SiCベースのMOSFETへの移行により、電力密度が倍増し、より小型・軽量なパッケージでスイッチング速度が向上しました。

電気自動車や充電ステーションでは、高電圧と高温・過酷な環境での動作に対する要件がますます厳しくなっています。しかし、ワイドバンドギャップ材料は製造コストとパッケージングコストが高いため、炭化ケイ素（SiC）が確固たる地位を築くにはしばらく時間がかかるでしょう。しかしながら、この状況は変わりつつあります。PowerAmericaのエグゼクティブディレクター兼最高技術責任者であるVictor Veliadis氏は、SiCパワーモジュールの価格がシリコンベースのモジュールと同等になったことで、供給パートナーシップの拡大やSiC工場の新規建設が促進されると述べています。

やるべきことはまだたくさんあります。 SiC ウェーハ技術をアップグレードする必要があります。これらのデバイスの製造には、20% の新しいプロセス ツールと 80% の改良されたツールが必要です。私たちの目標は、統合パワーデバイスとディスクリートパワーデバイスの回転速度を加速することです。これが、自動車メーカーがファウンドリとのウェーハからモジュールへの直接のコラボレーションに目を向けている理由です。

SiCおよびGaNパワーの市場と技術

2030 年までに、世界で 39 万台の純粋な電気自動車が生産される予定です。これは、22 年から 2022 年までの年間平均成長率 2030% に相当します。これにより、パワー半導体市場が牽引され、シリコン デバイスの約 50%、シリコン デバイスの約 35% が占めます。炭化ケイ素デバイス、および窒化ガリウムデバイスの 12% が 2030 年までに市場で使用されると予想されています。電気自動車では、トラクション インバータがバッテリー パックからの DC 電力を AC 電力に変換し、フロントとリアのモーターを駆動するための電力を供給します。 SiC は、車載および車外システムの充電を加速し、電力網から電気自動車に電力を供給することもできます。

最も重要なのは、SiC モジュールが 400V バッテリーから 800V バッテリーへの移行の基礎となることです。充電速度が速くなり、航続距離が十分で、車両 10,000 台あたりのバッテリー パックのコストが XNUMX ドル未満になれば、消費者はより早く電気自動車を導入するでしょう。

SiC モジュールは、より高い効率とよりコンパクトなシステムを達成しながら、シリコンベースの電源ソリューションとコスト競争力を発揮するという重要な点に達しつつあります。現在使用されている 800V バッテリー (400V または 600V デバイスを含む) から 650V バッテリー範囲の拡大と相まって、1,200V SiC デバイスの量産が促進されています。しかし、ウェーハの結晶欠陥による歩留まりへの影響、デバイスのパッケージングやモジュール統合における損失、自動車メーカーと電力システムメーカー間の緊密な関係など、サプライチェーンの変化は依然として進行中です。実際的な観点から見ると、新しい SiC ウェーハとウェーハ工場の生産能力が量産に達するには、しばらく時間がかかるでしょう。

しかし、このことは人々のこのテクノロジーに対する熱意を弱めることはありませんでした。アナリストは引き続きSiC市場予測を引き上げている。 Yole Group は、パワー半導体市場が 6.3 年までに 2027 億ドルに達し、その 70% が車載用途に達すると予測しています。 SiC ウェハ生産 (SiC ウェハから開始) のみに注目すると、TECHCET は 14 年から 2022 年までの年平均成長率が 2027% になると予測しています。