Силовые полупроводники открывают эру SiC (Часть первая)

Введение:

Благодаря растущему спросу на рынке автомобильных терминалов и ценовому паритету с кремнием производство карбида кремния (SiC) быстро растет.

Тысячи силовых полупроводниковых модулей уже используются в электромобилях для бортовой зарядки, тяговых инверторов и DC-DC-преобразователей. Большинство из них в настоящее время изготавливаются с использованием кремниевых IGBT. Однако переход на SiC-MOSFET позволил удвоить плотность мощности и ускорить переключение в более компактных и лёгких корпусах.

Требования к высокому напряжению и эксплуатации в жарких и суровых условиях становятся всё более строгими для электромобилей и зарядных станций. Однако из-за более высокой стоимости производства и упаковки широкозонных материалов карбид кремния (SiC) потребуется некоторое время, чтобы закрепиться на рынке. Тем не менее, ситуация меняется. Виктор Велиадис, исполнительный директор и главный технический директор PowerAmerica, заявил, что цены на силовые модули SiC теперь сопоставимы с ценами на кремниевые модули, что, в свою очередь, способствует развитию партнёрских отношений в сфере поставок и строительству новых заводов по производству SiC.

Предстоит еще много работы. Технология пластин SiC нуждается в обновлении. Для производства этих устройств требуется 20% новых технологических инструментов и 80% улучшенных инструментов. Наша цель — ускорить оборот интегрированных и дискретных силовых устройств, поэтому производители автомобилей обращаются к прямому сотрудничеству с литейными заводами при переходе от пластины к модулю.

Рынок и технологии силового SiC и GaN

К 2030 году в мире будет произведено 39 миллионов электромобилей, что эквивалентно совокупному годовому темпу роста в 22% с 2022 по 2030 год. Это, в свою очередь, стимулирует рынок силовых полупроводников, на который приходится примерно 50% кремниевых устройств, 35% устройства из карбида кремния и 12% устройств из нитрида галлия, которые, как ожидается, будут использоваться на рынке до 2030 года. В электромобилях тяговые инверторы преобразуют мощность постоянного тока от аккумуляторной батареи в мощность переменного тока, обеспечивая мощность для привода передних и задних двигателей. SiC также может ускорить зарядку бортовых и внешних систем и передать электроэнергию из сети электромобилям.

Самое главное, что модули SiC являются краеугольным камнем перехода от батарей 400 В к батареям 800 В. Когда скорость зарядки выше, запас хода достаточен, а стоимость аккумуляторной батареи на автомобиль составляет менее 10,000 XNUMX долларов США, потребители быстрее перейдут на электромобили.

Модули SiC достигают критической точки, когда они становятся конкурентоспособными по стоимости с кремниевыми силовыми решениями, обеспечивая при этом более высокую эффективность и более компактные системы. В сочетании с расширением ассортимента батарей на 800 В за счет используемых в настоящее время батарей на 400 В (содержащих устройства на 600 В или 650 В), стимулируется массовое производство устройств SiC на 1,200 В. Однако изменения в цепочке поставок, такие как влияние дефектов кристаллов пластин на выход, потери в упаковке устройств и интеграции модулей, а также более тесные связи между производителями автомобилей и производителями энергосистем, все еще продолжаются. С практической точки зрения, для того, чтобы новые SiC-пластины и мощности по производству пластин вышли на массовое производство, потребуется некоторое время.

Однако это не ослабило энтузиазма людей по поводу этой технологии. Аналитики продолжают повышать прогнозы по рынку SiC. Yole Group прогнозирует, что к 6.3 году рынок силовых полупроводников достигнет 2027 миллиарда долларов, из которых 70% придется на автомобильное применение. Рассматривая только производство пластин SiC (начиная с пластин SiC), TECHCET прогнозирует совокупный годовой темп роста на уровне 14% с 2022 по 2027 год.