Moduł mocy (IPM), IGBT i urządzenia zasilające do samochodów

Dlaczego węglik krzemu uważany jest za przyszłość samochodowych modułów mocy?

Szerokość pasma wzbronionego węglika krzemu jest około trzykrotnie większa niż w przypadku materiałów na bazie krzemu. Krytyczne natężenie pola przebicia jest około dziesięciokrotnie większe niż w przypadku materiałów na bazie krzemu. Przewodność cieplna węglika krzemu jest około trzykrotnie większa niż w przypadku materiałów na bazie krzemu, a współczynnik dryftu nasycenia elektronów jest około dwukrotnie większy w przypadku materiałów na bazie krzemu. Odporność na wysokie napięcie, odporność na wysoką temperaturę i charakterystyka wysokiej częstotliwości materiałów z węglika krzemu sprawiają, że nadają się one do bardziej wymagających warunków pracy w porównaniu z urządzeniami na bazie krzemu. Mogą znacznie poprawić wydajność i gęstość mocy, jednocześnie zmniejszając koszty, rozmiar i wagę w zastosowaniach.

Porównanie wydajności różnych materiałów półprzewodnikowych

Według danych Yole przewiduje się, że wielkość światowego rynku urządzeń zasilających z węglika krzemu wzrośnie z 1.09 miliarda dolarów w 2021 r. do 6.297 miliarda dolarów w 2027 r., przy złożonej rocznej stopie wzrostu (CAGR) wynoszącej 34%. Oczekuje się, że wśród nich wielkość rynku węglika krzemu do pojazdów elektrycznych wzrośnie z 685 mln USD do 4.986 mld USD, wykazując jeszcze wyższy CAGR na poziomie 39.2%. Pojazdy elektryczne (w tym falowniki, ładowarki pokładowe i przetwornice DC/DC) stanowią największe dalsze zastosowanie węglika krzemu, a ich udział w rynku ma wzrosnąć z 62.8% do 79.2%, co wskazuje na ciągłą tendencję wzrostową udziału w rynku.

Analiza rynku według Yole

Trendy stosowania węglika krzemu w przemyśle motoryzacyjnym

W branży pojazdów elektrycznych najbardziej niepokojącą kwestią jest zasięg. Na zasięg jazdy wpływa wiele czynników, w tym pojemność akumulatora, masa pojazdu i efektywność konwersji energii w systemie zasilania. Półprzewodniki mocy stanowią rdzeń konwersji energii, a urządzenia zasilające z węglika krzemu mają przewagę nad urządzeniami na bazie krzemu, takie jak mniejsze straty przewodzenia, wyższe częstotliwości przełączania i wyższa wytrzymałość na napięcie robocze. Mogą osiągnąć wyższą efektywność konwersji energii w systemie i zapewnić większy zasięg niż w przypadku korzystania z urządzeń zasilających na bazie krzemu o tej samej ilości energii elektrycznej. Dlatego też zapotrzebowanie na zastosowanie urządzeń zasilających z węglika krzemu w pojazdach elektrycznych staje się coraz bardziej widoczne. W pojazdach elektrycznych zastosowanie urządzeń zasilających z węglika krzemu koncentruje się głównie w dwóch kierunkach: jeden dla falownika napędu silnika (sterownika silnika), drugi dla pokładowego układu zasilania, obejmującego głównie układy konwersji mocy (on- pokładowe DC/DC), pokładowe systemy ładowania (OBC), pokładowe systemy klimatyzacji (PTC i sprężarki) i inne aspekty.

Industrializacja i logika technologiczna samochodowych modułów mocy z węglika krzemu

Obecnie światowy przemysł węglika krzemu jest zdominowany przez Stany Zjednoczone, Europę i Japonię, a większość materiałów z węglika krzemu pochodzi od firm amerykańskich. Europa posiada kompletny łańcuch przemysłowy obejmujący podłoża z węglika krzemu, epitaksję, urządzenia i zastosowania, podczas gdy Japonia ma wiodącą przewagę w rozwoju chipów, modułów i aplikacji z węglika krzemu. Chiny posiadają obecnie kompletny łańcuch przemysłu węglika krzemu i są konkurencyjne na arenie międzynarodowej w zakresie zastosowań związanych z przygotowaniem materiałów i testowaniem. Obecnie w czołówce plasują się firmy zagraniczne, a firmy krajowe nie wypracowały jeszcze znaczącego udziału w rynku. Jednak w obszarze pojazdów nowej energii, ze względu na wiodącą pozycję Chin w elektryfikacji pojazdów, rynek krajowy staje się czynnikiem sprzyjającym rozwojowi krajowych firm zajmujących się półprzewodnikami.

Obecnie globalne firmy produkujące węglik krzemu aktywnie eksplorują rynek motoryzacyjny, a ich główne zastosowania obejmują dyskretne układy mocy i moduły mocy. W tym kontekście, aby osiągnąć doskonałą wydajność, doskonałe właściwości chipów z węglika krzemu muszą być realizowane poprzez wydajne i niezawodne połączenia z obudowami i systemami obwodów. Moduły mocy MOSFET z węglika krzemu, produkowane w oparciu o profesjonalne projekty i zaawansowane procesy pakowania, są obecnie głównym trendem w zastosowaniach pojazdów elektrycznych.

Ciąg dalszy nastąpi...