Pengenalan:

Didorong oleh peningkatan permintaan dalam pasaran terminal automotif dan pariti harga dengan silikon, pengeluaran silikon karbida (SiC) berkembang pesat.

Beribu-ribu modul semikonduktor kuasa telah digunakan dalam kenderaan elektrik untuk pengecasan on-board, penyongsang daya tarikan dan penukaran DC-ke-DC. Kebanyakan daripada mereka kini dihasilkan menggunakan IGBT berasaskan silikon. Walau bagaimanapun, peralihan kepada MOSFET berasaskan SiC telah menggandakan ketumpatan kuasa dan mempercepatkan kelajuan pensuisan dalam pakej yang lebih kecil dan lebih ringan.

Keperluan untuk voltan tinggi dan operasi dalam persekitaran yang panas dan keras menjadi semakin menuntut untuk kenderaan elektrik dan stesen pengecasan. Walau bagaimanapun, disebabkan kos pembuatan dan pembungkusan yang lebih tinggi bagi bahan celah jalur lebar, ia akan mengambil sedikit masa untuk silikon karbida (SiC) untuk memperoleh tapak yang kukuh. Namun begitu, keadaan ini berubah. Victor Veliadis, Pengarah Eksekutif dan Ketua Pegawai Teknologi PowerAmerica, menyatakan bahawa harga modul kuasa SiC kini setanding dengan modul berasaskan silikon, yang seterusnya menggalakkan perkongsian bekalan dan pembinaan kilang SiC baharu.

Masih banyak kerja yang perlu dilakukan. Teknologi wafer SiC perlu dinaik taraf. Pembuatan peranti ini memerlukan 20% alat proses baharu dan 80% alat yang dipertingkatkan. Matlamat kami adalah untuk mempercepatkan kelajuan pusing ganti peranti kuasa bersepadu dan diskret, itulah sebabnya pengeluar automotif beralih kepada kerjasama terus wafer-ke-modul dengan faundri.

Pasaran dan teknologi kuasa SiC dan GaN

Menjelang 2030, dunia akan menghasilkan 39 juta kenderaan elektrik tulen, yang bersamaan dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 22% dari 2022 hingga 2030. Ini seterusnya memacu pasaran semikonduktor kuasa, dengan kira-kira 50% peranti silikon, 35% daripada peranti silikon karbida, dan 12% daripada peranti galium nitrida dijangka digunakan di pasaran sehingga 2030. Dalam kenderaan elektrik, penyongsang daya tarikan menukar kuasa DC daripada pek bateri kepada kuasa AC untuk membekalkan kuasa untuk memacu motor hadapan dan belakang. SiC juga boleh mempercepatkan pengecasan sistem on-board dan off-board serta membawa kuasa dari grid ke kenderaan elektrik.

Paling penting, modul SiC membentuk asas peralihan daripada bateri 400V kepada bateri 800V. Apabila kelajuan pengecasan lebih pantas, jarak pemanduan adalah mencukupi, dan kos pek bateri bagi setiap kenderaan adalah di bawah $10,000, pengguna akan menggunakan kenderaan elektrik dengan lebih cepat.

Modul SiC mencapai tahap kritikal di mana ia berdaya saing kos dengan penyelesaian kuasa berasaskan silikon sambil mencapai kecekapan yang lebih tinggi dan sistem yang lebih padat. Ditambah dengan pengembangan julat bateri 800V daripada bateri 400V yang digunakan sekarang (mengandungi peranti 600V atau 650V), pengeluaran besar-besaran peranti SiC 1,200V sedang dirangsang. Walau bagaimanapun, perubahan rantaian bekalan seperti kesan kecacatan kristal wafer pada hasil, kehilangan dalam pembungkusan peranti dan penyepaduan modul, dan hubungan yang lebih rapat antara pengeluar kereta dan pengeluar sistem kuasa masih berterusan. Dari perspektif praktikal, ia akan mengambil sedikit masa untuk wafer SiC baharu dan kapasiti fab wafer untuk mencapai pengeluaran besar-besaran.

Walau bagaimanapun, ini tidak menjejaskan keghairahan orang ramai terhadap teknologi tersebut. Penganalisis terus meningkatkan ramalan pasaran SiC mereka. Kumpulan Yole meramalkan bahawa pasaran semikonduktor kuasa akan mencapai $6.3 bilion menjelang 2027, dengan 70% untuk aplikasi automotif. Melihat hanya pada pengeluaran wafer SiC (bermula daripada wafer SiC), TECHCET meramalkan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 14% dari 2022 hingga 2027.