Power Module (IPM), IGBT en Automotive Power Devices

Waarom wordt siliciumcarbide beschouwd als de toekomst van voedingsmodules voor auto's?

De bandbreedte van siliciumcarbide is ongeveer drie keer zo groot als die van materialen op siliciumbasis. De kritische doorslagveldsterkte is ongeveer tien maal die van materialen op siliciumbasis. De thermische geleidbaarheid van siliciumcarbide is ongeveer driemaal zo groot als die van op silicium gebaseerde materialen, en de driftsnelheid van de elektronenverzadiging is ongeveer tweemaal zo hoog als die van op silicium gebaseerde materialen. De hoge spanningsweerstand, hoge temperatuurbestendigheid en hoogfrequente eigenschappen van siliciumcarbidematerialen maken ze geschikt voor veeleisendere bedrijfsomstandigheden in vergelijking met op silicium gebaseerde apparaten. Ze kunnen de efficiëntie en vermogensdichtheid aanzienlijk verbeteren en tegelijkertijd de kosten, omvang en gewicht in toepassingen verminderen.

Prestatievergelijking van verschillende halfgeleidermaterialen

Volgens gegevens van Yole zal de mondiale marktomvang van siliciumcarbide-energieapparaten naar verwachting groeien van 1.09 miljard dollar in 2021 naar 6.297 miljard dollar in 2027, met een samengesteld jaarlijks groeipercentage (CAGR) van 34%. Onder hen zal de marktomvang van siliciumcarbide voor elektrische voertuigen naar verwachting toenemen van $685 miljoen naar $4.986 miljard, met een nog hogere CAGR van 39.2%. Elektrische voertuigen (inclusief omvormers, ingebouwde laders en DC/DC-converters) vertegenwoordigen de grootste downstream-toepassing voor siliciumcarbide, waarbij het marktaandeel naar verwachting zal stijgen van 62.8% naar 79.2%, wat wijst op een voortdurend stijgende trend in marktaandeel.

Marktanalyse door Yole

De toepassingstrend van siliciumcarbide in de auto-industrie

In de elektrische auto-industrie is het rijbereik het meest zorgwekkende probleem. Er zijn veel factoren die de actieradius beïnvloeden, waaronder de accucapaciteit, het voertuiggewicht en de energieomzettingsefficiëntie van het aandrijfsysteem. Vermogenshalfgeleiders vormen de kern van energieconversie, en siliciumcarbide-vermogensapparaten hebben voordelen ten opzichte van op silicium gebaseerde apparaten, zoals lagere geleidingsverliezen, hogere schakelfrequenties en een hoger uithoudingsvermogen van de werkspanning. Ze kunnen een hogere energieomzettingsefficiëntie van het systeem bereiken en een groter rijbereik bieden dan bij gebruik van op silicium gebaseerde energieapparaten met dezelfde hoeveelheid elektriciteit. Daarom wordt de vraag naar de toepassing van siliciumcarbide-energieapparaten in elektrische voertuigen steeds prominenter. In elektrische voertuigen concentreert de toepassing van siliciumcarbide-energieapparaten zich hoofdzakelijk op twee richtingen: de ene is voor de motoraandrijvingsomvormer (motorcontroller) en de andere is voor het boordvoedingssysteem, dat voornamelijk stroomconversiesystemen omvat (on-board power device). DC/DC aan boord), laadsystemen aan boord (OBC), airconditioningsystemen aan boord (PTC en compressoren) en andere aspecten.

De industrialisatie en technologische logica van siliciumcarbide-voedingsmodules voor auto's

Momenteel wordt de mondiale siliciumcarbide-industrie gedomineerd door de Verenigde Staten, Europa en Japan, waarbij de meerderheid van de siliciumcarbidematerialen afkomstig is van Amerikaanse bedrijven. Europa beschikt over een complete industriële keten die siliciumcarbidesubstraten, epitaxie, apparaten en toepassingen omvat, terwijl Japan een leidende voorsprong heeft op het gebied van de ontwikkeling van siliciumcarbidechips, -modules en -toepassingen. China heeft momenteel een complete keten van de siliciumcarbide-industrie en is internationaal concurrerend op het gebied van materiaalvoorbereiding en testtoepassingen. Momenteel staan buitenlandse bedrijven aan de top, terwijl binnenlandse bedrijven nog geen significant marktaandeel hebben verworven. Op het gebied van nieuwe energievoertuigen wordt de binnenlandse markt echter, vanwege China's leidende positie op het gebied van de elektrificatie van voertuigen, een gunstige factor voor de opkomst van binnenlandse halfgeleiderbedrijven.

Wereldwijde siliciumcarbidebedrijven verkennen momenteel actief de automobielmarkt, met als belangrijkste toepassingen discrete vermogensapparaten en vermogensmodules. De uitstekende eigenschappen van siliciumcarbidechips moeten worden gerealiseerd door middel van efficiënte en betrouwbare verbindingen met behuizingen en circuitsystemen om perfecte prestaties te bereiken. Siliciumcarbide MOSFET-vermogensmodules, geproduceerd met behulp van professioneel ontwerp en geavanceerde behuizingsprocessen, zijn momenteel de belangrijkste trend in toepassingen voor elektrische voertuigen.

Wordt vervolgd...