Wstęp:

Napędzana rosnącym popytem na rynku terminali samochodowych i parytetem cenowym w stosunku do krzemu, produkcja węglika krzemu (SiC) szybko rośnie.

Tysiące modułów półprzewodnikowych mocy zostało już wykorzystanych w pojazdach elektrycznych do ładowania pokładowego, falowników trakcyjnych oraz konwersji prądu stałego na stały. Większość z nich jest obecnie produkowana z wykorzystaniem tranzystorów IGBT na bazie krzemu. Jednak przejście na tranzystory MOSFET na bazie SiC podwoiło gęstość mocy i przyspieszyło szybkość przełączania w mniejszych, lżejszych obudowach.

Wymagania dotyczące wysokiego napięcia i pracy w gorących i trudnych warunkach stają się coraz bardziej rygorystyczne dla pojazdów elektrycznych i stacji ładowania. Jednak ze względu na wyższe koszty produkcji i pakowania materiałów o szerokiej przerwie energetycznej, węglik krzemu (SiC) będzie potrzebował czasu, aby zyskać solidną pozycję. Niemniej jednak sytuacja ta ulega zmianie. Victor Veliadis, dyrektor wykonawczy i dyrektor ds. technologii w PowerAmerica, stwierdził, że ceny modułów mocy SiC są obecnie porównywalne z cenami modułów opartych na krzemie, co z kolei sprzyja współpracy z dostawcami i budowie nowych fabryk SiC.

Jest jeszcze wiele do zrobienia. Należy udoskonalić technologię płytek SiC. Produkcja tych urządzeń wymaga 20% nowych narzędzi procesowych i 80% ulepszonych narzędzi. Naszym celem jest przyspieszenie prędkości obrotowej zintegrowanych i dyskretnych urządzeń zasilających, dlatego producenci samochodów zwracają się w stronę bezpośredniej współpracy od płytki do modułu z odlewniami.

Rynek i technologia zasilania SiC i GaN

Do 2030 r. na świecie wyprodukuje 39 milionów pojazdów napędzanych wyłącznie energią elektryczną, co odpowiada złożonej rocznej stopie wzrostu wynoszącej 22% w latach 2022–2030. To z kolei napędza rynek półprzewodników mocy, na który przypada około 50% urządzeń krzemowych, 35% urządzeń z węglika krzemu i 12% urządzeń z azotku galu, które mają być stosowane na rynku do 2030 r. W pojazdach elektrycznych falowniki trakcyjne przekształcają prąd stały z akumulatora na prąd przemienny, aby zapewnić moc do napędzania przednich i tylnych silników. SiC może również przyspieszyć ładowanie systemów pokładowych i zewnętrznych oraz dostarczać energię z sieci do pojazdów elektrycznych.

Co najważniejsze, moduły SiC stanowią kamień węgielny przejścia z akumulatorów 400 V na akumulatory 800 V. Gdy prędkość ładowania jest większa, zasięg jazdy wystarczający, a koszt pakietu akumulatorów na pojazd jest niższy niż 10,000 XNUMX dolarów, konsumenci szybciej będą korzystać z pojazdów elektrycznych.

Moduły SiC osiągają punkt krytyczny, w którym są konkurencyjne cenowo w stosunku do rozwiązań zasilania opartych na krzemie, jednocześnie osiągając wyższą wydajność i bardziej kompaktowe systemy. W związku z poszerzaniem oferty akumulatorów 800V z obecnie stosowanych akumulatorów 400V (obejmujących urządzenia 600V lub 650V), stymulowana jest masowa produkcja urządzeń SiC 1,200V. Jednak zmiany w łańcuchu dostaw, takie jak wpływ defektów kryształów płytek na wydajność, straty w opakowaniach urządzeń i integracji modułów, a także zacieśnienie powiązań między producentami samochodów i producentami systemów zasilania, nadal zachodzą. Z praktycznego punktu widzenia osiągnięcie masowej produkcji nowych płytek SiC i fabryk płytek SiC zajmie trochę czasu.

Nie zmniejszyło to jednak entuzjazmu ludzi wobec tej technologii. Analitycy w dalszym ciągu podnoszą swoje prognozy dotyczące rynku SiC. Grupa Yole przewiduje, że do 6.3 r. rynek półprzewodników mocy osiągnie wartość 2027 miliarda dolarów, z czego 70% będzie przeznaczone na zastosowania motoryzacyjne. Patrząc wyłącznie na produkcję płytek SiC (począwszy od płytek SiC), TECHCET przewiduje złożoną roczną stopę wzrostu na poziomie 14% w latach 2022–2027.