Por que o carboneto de silício é considerado o futuro dos módulos de potência automotiva?

A largura do bandgap do carboneto de silício é aproximadamente três vezes maior que a dos materiais à base de silício. A intensidade crítica do campo de ruptura é aproximadamente dez vezes maior que a dos materiais à base de silício. A condutividade térmica do carboneto de silício é cerca de três vezes maior que a dos materiais à base de silício, e a taxa de desvio de saturação de elétrons é cerca de duas vezes maior que a dos materiais à base de silício. A resistência a alta tensão, resistência a altas temperaturas e características de alta frequência dos materiais de carboneto de silício os tornam adequados para condições operacionais mais exigentes em comparação com dispositivos à base de silício. Eles podem melhorar significativamente a eficiência e a densidade de potência, ao mesmo tempo que reduzem custos, tamanho e peso nas aplicações.

Comparação de desempenho de vários materiais semicondutores

De acordo com dados da Yole, o tamanho do mercado global de dispositivos de energia de carboneto de silício deverá crescer de US$ 1.09 bilhão em 2021 para US$ 6.297 bilhões em 2027, com uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 34%. Entre eles, espera-se que o tamanho do mercado de carboneto de silício para veículos elétricos aumente de US$ 685 milhões para US$ 4.986 bilhões, exibindo um CAGR ainda maior de 39.2%. Os veículos elétricos (incluindo inversores, carregadores integrados e conversores CC/CC) representam a maior aplicação a jusante para o carboneto de silício, com a sua quota de mercado projetada a aumentar de 62.8% para 79.2%, indicando uma tendência contínua de aumento na quota de mercado.

Análise de mercado por Yole

A tendência de aplicação do carboneto de silício na indústria automotiva

Na indústria de veículos elétricos, a questão mais preocupante é a autonomia. Existem muitos fatores que afetam a autonomia, incluindo a capacidade da bateria, o peso do veículo e a eficiência de conversão de energia do sistema de potência. Os semicondutores de potência são o núcleo da conversão de energia, e os dispositivos de potência de carboneto de silício têm vantagens sobre os dispositivos baseados em silício, como menores perdas de condução, frequências de comutação mais altas e maior resistência à tensão de trabalho. Eles podem alcançar maior eficiência de conversão de energia do sistema e fornecer maior autonomia do que quando usam dispositivos de energia baseados em silício com a mesma quantidade de eletricidade. Portanto, a demanda pela aplicação de dispositivos de potência de carboneto de silício em veículos elétricos está se tornando cada vez mais proeminente. Em veículos elétricos, a aplicação de dispositivos de potência de carboneto de silício concentra-se principalmente em duas direções: uma é para o inversor de acionamento do motor (controlador do motor) e a outra é para o sistema de alimentação de bordo, incluindo principalmente sistemas de conversão de energia (on- bordo DC/DC), sistemas de carregamento de bordo (OBC), sistemas de ar condicionado de bordo (PTC e compressores) e outros aspectos.

A industrialização e a lógica tecnológica dos módulos de potência automotivos de carboneto de silício

Atualmente, a indústria global de carboneto de silício é dominada pelos Estados Unidos, Europa e Japão, com a maioria dos materiais de carboneto de silício provenientes de empresas americanas. A Europa tem uma cadeia industrial completa que abrange substratos, epitaxia, dispositivos e aplicações de carboneto de silício, enquanto o Japão tem uma vantagem líder no desenvolvimento de chips, módulos e aplicações de carboneto de silício. A China possui atualmente uma cadeia industrial completa de carboneto de silício e é competitiva internacionalmente em aplicações de preparação e teste de materiais. Atualmente, as empresas estrangeiras estão no topo e as empresas nacionais ainda não conquistaram uma quota de mercado significativa. No entanto, no domínio dos novos veículos energéticos, devido à posição de liderança da China na electrificação de veículos, o mercado interno está a tornar-se um factor favorável para o surgimento de empresas nacionais de semicondutores.

Atualmente, as empresas globais de carboneto de silício estão explorando ativamente o mercado automotivo, com aplicações principais incluindo dispositivos discretos de potência e módulos de potência. Entre eles, as excelentes características dos chips de carboneto de silício precisam ser realizadas por meio de conexões eficientes e confiáveis com embalagens e sistemas de circuitos, a fim de alcançar um desempenho perfeito. Os módulos de potência MOSFET de carboneto de silício, produzidos através de design profissional e processos de embalagem avançados, são atualmente a principal tendência em aplicações de veículos elétricos.

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