Inleiding:

Gedreven door de toenemende vraag op de markt voor auto-terminals en de prijspariteit met silicium, groeit de productie van siliciumcarbide (SiC) snel.

Duizenden vermogenshalfgeleidermodules worden al gebruikt in elektrische voertuigen voor opladen aan boord, tractieomvormers en DC-naar-DC-conversie. De meeste worden momenteel geproduceerd met behulp van silicium-gebaseerde IGBT's. De overstap naar SiC-gebaseerde MOSFET's heeft echter de vermogensdichtheid verdubbeld en de schakelsnelheid in kleinere, lichtere behuizingen versneld.

De eisen voor hoogspanning en werking in warme en zware omgevingen worden steeds strenger voor elektrische voertuigen en laadstations. Door de hogere productie- en verpakkingskosten van materialen met een brede bandgap zal het echter nog enige tijd duren voordat siliciumcarbide (SiC) een vaste voet aan de grond krijgt. Deze situatie verandert echter. Victor Veliadis, uitvoerend directeur en Chief Technology Officer van PowerAmerica, stelde dat de prijzen van SiC-modules nu vergelijkbaar zijn met die van siliciummodules, wat op zijn beurt de levering van partnerschappen en de bouw van nieuwe SiC-fabrieken bevordert.

Er is nog veel werk te doen. De SiC-wafertechnologie moet worden geüpgraded. Voor de productie van deze apparaten zijn 20% nieuwe procesgereedschappen en 80% verbeterde gereedschappen nodig. Ons doel is om de omzetsnelheid van geïntegreerde en discrete stroomapparaten te versnellen. Daarom wenden autofabrikanten zich tot directe wafer-naar-module-samenwerking met gieterijen.

De markt en technologie van SiC- en GaN-stroom

Tegen 2030 zal de wereld 39 miljoen puur elektrische voertuigen produceren, wat overeenkomt met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 22% tussen 2022 en 2030. Dit stimuleert op zijn beurt de markt voor elektrische halfgeleiders, met ongeveer 50% van de siliciumapparaten, 35% van de siliciumcarbide-apparaten, en 12% van de galliumnitride-apparaten zullen naar verwachting tot 2030 op de markt worden gebruikt. In elektrische voertuigen zetten tractie-omvormers gelijkstroom van het batterijpakket om in wisselstroom om stroom te leveren om de voor- en achtermotoren aan te drijven. SiC kan ook het opladen van systemen aan boord en daarbuiten versnellen en stroom van het elektriciteitsnet naar elektrische voertuigen brengen.

Het allerbelangrijkste is dat SiC-modules de hoeksteen vormen van de overgang van 400V-batterijen naar 800V-batterijen. Wanneer de laadsnelheden hoger zijn, de actieradius voldoende is en de kosten van het accupakket per voertuig minder dan $ 10,000 bedragen, zullen consumenten sneller elektrische voertuigen adopteren.

SiC-modules bereiken een kritiek punt waarop ze kostenconcurrerend zijn met op silicium gebaseerde stroomoplossingen, terwijl ze een hogere efficiëntie en compactere systemen bereiken. Gekoppeld aan de uitbreiding van het assortiment 800V-batterijen ten opzichte van de momenteel gebruikte 400V-batterijen (die 600V- of 650V-apparaten bevatten), wordt de massaproductie van 1,200V SiC-apparaten gestimuleerd. Veranderingen in de toeleveringsketen, zoals de impact van defecten aan waferkristallen op de opbrengst, verliezen in de verpakking van apparaten en module-integratie, en nauwere verbindingen tussen autofabrikanten en fabrikanten van energiesystemen, zijn echter nog steeds aan de gang. Vanuit praktisch perspectief zal het enige tijd duren voordat nieuwe SiC-wafer- en waferproductiecapaciteit massaproductie bereiken.

Dit heeft het enthousiasme van mensen voor de technologie echter niet getemperd. Analisten blijven hun SiC-marktvoorspellingen verhogen. Yole Group voorspelt dat de markt voor vermogenshalfgeleiders in 6.3 een waarde van 2027 miljard dollar zal bereiken, waarvan 70% voor automobieltoepassingen. Als we alleen kijken naar de productie van SiC-wafels (te beginnen met SiC-wafels), voorspelt TECHCET een samengestelde jaarlijkse groei van 14% tussen 2022 en 2027.