Introdução:

Impulsionada pela crescente demanda no mercado de terminais automotivos e pela paridade de preços com o silício, a produção de carboneto de silício (SiC) está crescendo rapidamente.

Milhares de módulos semicondutores de potência já foram utilizados em veículos elétricos para carregamento a bordo, inversores de tração e conversão CC-CC. A maioria deles é atualmente fabricada com IGBTs à base de silício. No entanto, a mudança para MOSFETs à base de SiC dobrou a densidade de potência e acelerou a velocidade de comutação em encapsulamentos menores e mais leves.

Os requisitos de alta tensão e operação em ambientes quentes e severos estão se tornando cada vez mais exigentes para veículos elétricos e estações de recarga. No entanto, devido aos custos mais elevados de fabricação e embalagem de materiais com banda larga, levará algum tempo para que o carboneto de silício (SiC) se torne uma referência. No entanto, essa situação está mudando. Victor Veliadis, Diretor Executivo e Diretor de Tecnologia da PowerAmerica, afirmou que os preços dos módulos de energia de SiC agora são comparáveis aos dos módulos à base de silício, o que, por sua vez, promove parcerias de fornecimento e a construção de novas fábricas de SiC.

Ainda há muito trabalho a ser feito. A tecnologia do wafer SiC precisa ser atualizada. A fabricação desses dispositivos requer 20% de novas ferramentas de processo e 80% de ferramentas aprimoradas. Nosso objetivo é acelerar a velocidade de rotatividade de dispositivos de energia integrados e discretos, e é por isso que os fabricantes automotivos estão recorrendo à colaboração direta de wafer para módulo com fundições.

O mercado e a tecnologia de energia SiC e GaN

Até 2030, o mundo produzirá 39 milhões de veículos eléctricos puros, o que equivale a uma taxa composta de crescimento anual de 22% de 2022 a 2030. Isto, por sua vez, impulsiona o mercado de semicondutores de potência, com aproximadamente 50% de dispositivos de silício, 35% de dispositivos de carboneto de silício e 12% dos dispositivos de nitreto de gálio que deverão ser usados no mercado até 2030. Em veículos elétricos, os inversores de tração convertem a energia CC da bateria em energia CA para fornecer energia para acionar os motores dianteiros e traseiros. O SiC também pode acelerar o carregamento de sistemas embarcados e externos e levar energia da rede para veículos elétricos.

Mais importante ainda, os módulos SiC constituem a pedra angular da transição de baterias de 400 V para baterias de 800 V. Quando as velocidades de carregamento são mais rápidas, as autonomias de condução são suficientes e o custo da bateria por veículo é inferior a 10,000 dólares, os consumidores adotarão veículos elétricos mais rapidamente.

Os módulos de SiC estão atingindo um ponto crítico em que são competitivos em termos de custo com soluções de energia baseadas em silício, ao mesmo tempo em que alcançam maior eficiência e sistemas mais compactos. Juntamente com a expansão da gama de baterias de 800 V das baterias de 400 V atualmente utilizadas (contendo dispositivos de 600 V ou 650 V), a produção em massa de dispositivos SiC de 1,200 V está sendo estimulada. No entanto, as mudanças na cadeia de abastecimento, como o impacto dos defeitos dos cristais wafer no rendimento, as perdas no empacotamento dos dispositivos e na integração dos módulos, e as ligações mais estreitas entre os fabricantes de automóveis e os fabricantes de sistemas de energia, ainda estão em curso. De uma perspectiva prática, levará algum tempo para que a nova capacidade de fabricação de wafers e wafers de SiC atinja a produção em massa.

No entanto, isso não diminuiu o entusiasmo das pessoas pela tecnologia. Os analistas continuam a aumentar suas previsões para o mercado de SiC. O Yole Group prevê que o mercado de semicondutores de potência atingirá US$ 6.3 bilhões até 2027, com 70% para aplicações automotivas. Olhando apenas para a produção de wafers de SiC (a partir de wafers de SiC), a TECHCET prevê uma taxa composta de crescimento anual de 14% de 2022 a 2027.