SiC 시대를 여는 전력반도체(전편)

소개 :

자동차 단말기 시장의 수요 증가와 실리콘과의 가격 동등성으로 인해 실리콘 카바이드(SiC) 생산량이 빠르게 증가하고 있습니다.

수천 개의 전력 반도체 모듈이 이미 전기차의 온보드 충전, 트랙션 인버터, DC-DC 변환 등에 사용되고 있습니다. 현재 이들 대부분은 실리콘 기반 IGBT를 사용하여 제조되고 있습니다. 그러나 SiC 기반 MOSFET으로 전환하면서 전력 밀도는 두 배로 향상되었고, 더 작고 가벼운 패키지로 스위칭 속도도 빨라졌습니다.

전기 자동차와 충전소의 고전압 및 고온 및 혹독한 환경에서의 작동에 대한 요구가 점점 더 높아지고 있습니다. 그러나 와이드 밴드갭 소재의 높은 제조 및 패키징 비용으로 인해 실리콘 카바이드(SiC)가 확고한 기반을 마련하는 데는 시간이 걸릴 것입니다. 그럼에도 불구하고 이러한 상황은 변화하고 있습니다. PowerAmerica의 전무이사 겸 최고기술책임자(CTO)인 빅터 벨리아디스는 SiC 전력 모듈 가격이 이제 실리콘 기반 모듈과 유사해졌으며, 이는 공급 파트너십과 새로운 SiC 공장 건설을 촉진한다고 밝혔습니다.

아직 해야 할 일이 많습니다. SiC 웨이퍼 기술 업그레이드가 필요하다. 이러한 장치를 제조하려면 20%의 새로운 프로세스 도구와 80%의 향상된 도구가 필요합니다. 우리의 목표는 통합 및 개별 전력 장치의 회전 속도를 가속화하는 것입니다. 이것이 바로 자동차 제조업체가 파운드리와의 직접적인 웨이퍼-모듈 협업으로 눈을 돌리는 이유입니다.

SiC 및 GaN 전력 시장과 기술

2030년까지 세계는 39만 대의 순수 전기 자동차를 생산할 것입니다. 이는 22년부터 2022년까지 연평균 성장률 2030%에 해당합니다. 이는 결국 전력 반도체 시장을 주도하며, 실리콘 장치의 약 50%, 반도체 장치의 35%를 차지합니다. 탄화규소 장치, 질화갈륨 장치의 12%가 2030년까지 시장에 사용될 것으로 예상됩니다. 전기 자동차에서 트랙션 인버터는 배터리 팩의 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 전면 및 후면 모터를 구동하는 데 필요한 전력을 제공합니다. SiC는 또한 온보드 및 오프보드 시스템의 충전을 가속화하고 그리드에서 전기 자동차로 전력을 공급할 수 있습니다.

가장 중요한 것은 SiC 모듈이 400V 배터리에서 800V 배터리로 전환하는 초석을 형성한다는 것입니다. 충전 속도가 빠르고, 주행 거리가 충분하며, 차량당 배터리 팩 가격이 10,000만 달러 미만이면 소비자는 전기 자동차를 더 빨리 채택하게 될 것입니다.

SiC 모듈은 실리콘 기반 전력 솔루션과 비용 경쟁력을 갖추면서 더 높은 효율성과 더 컴팩트한 시스템을 달성하는 중요한 지점에 도달하고 있습니다. 현재 사용되는 800V 배터리(400V 또는 600V 장치 포함)에서 650V 배터리 범위가 확장됨에 따라 1,200V SiC 장치의 대량 생산이 촉진되고 있습니다. 그러나 웨이퍼 결정 결함이 수율에 미치는 영향, 장치 패키징 및 모듈 통합의 손실, 자동차 제조업체와 전력 시스템 제조업체 간의 긴밀한 연결 등 공급망 변화는 여전히 진행 중입니다. 실용적인 관점에서 볼 때, 새로운 SiC 웨이퍼 및 웨이퍼 팹 용량이 대량 생산에 도달하는 데는 다소 시간이 걸릴 것입니다.

그러나 이것이 기술에 대한 사람들의 열정을 약화시키지는 못했습니다. 분석가들은 SiC 시장 전망을 계속해서 높이고 있습니다. Yole Group은 전력 반도체 시장이 6.3년까지 2027억 달러에 이를 것으로 예측하며, 그 중 70%는 자동차 애플리케이션용입니다. TECHCET은 SiC 웨이퍼 생산(SiC 웨이퍼에서 시작)만 살펴보면 14년부터 2022년까지 연평균 성장률 2027%를 예측합니다.