สารกึ่งตัวนำแบบแถบพลังงานกว้างรุ่นที่สาม ซึ่งมีซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นตัวแทน สามารถทำงานได้ตามปกติในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิ แรงดัน และความถี่สูงขึ้น ในขณะที่ใช้พลังงานน้อยลง มีความทนทานและความน่าเชื่อถือมากขึ้น ซึ่งจะมอบโอกาสในการก้าวกระโดดสำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังรุ่นต่อไปที่มีขนาดเล็กกว่า เร็วขึ้น ต้นทุนต่ำกว่า และมีประสิทธิภาพสูงกว่า

ความก้าวหน้าและการพัฒนาอุตสาหกรรมเทคโนโลยีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์จะเปิดโอกาสใหม่ๆ ในการใช้งานระบบไฟฟ้าแรงสูง และจะมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการเปลี่ยนแปลงของระบบไฟฟ้า คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ เช่น ประสิทธิภาพสูง แรงดันสูง อุณหภูมิสูง และความถี่สูง ทำให้มีศักยภาพในการใช้งานอย่างมากในด้านเครื่องใช้ในครัวเรือน การประหยัดพลังงานของมอเตอร์ ยานยนต์ไฟฟ้า โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ อวกาศ การสำรวจน้ำมัน ระบบอัตโนมัติ เรดาร์ และการสื่อสาร

บทนำเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังซิลิคอนคาร์ไบด์

1. นิยามของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) หมายถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังแบบแบนด์แกปกว้างที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม SiC มีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูง ความถี่สูง และประสิทธิภาพสูง โดยแบ่งตามรูปแบบการทำงานของอุปกรณ์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง SiC ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไดโอดกำลังและหลอดสวิตช์กำลัง ไดโอดกำลังประกอบด้วยไดโอด Schottky แบบ Junction Barrier (JBS) ไดโอด PiN และไดโอด Superjunction ส่วนหลอดสวิตช์กำลังส่วนใหญ่ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์แบบ MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Switching Tube) ทรานซิสเตอร์แบบ JFET (Junction Field Effect Switching Tube) ทรานซิสเตอร์แบบ BJT (Bipolar Switching Tube) ทรานซิสเตอร์แบบ IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ไทริสเตอร์แบบ GTO (Gate Turn-Off Tyristors) และไทริสเตอร์แบบ ETO (Emitter Turn-Off Tyristors) เป็นต้น

2. ข้อได้เปรียบทางเทคนิค

คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของสารกึ่งตัวนำซิลิคอนคาร์ไบด์ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์มีข้อได้เปรียบที่โดดเด่นดังต่อไปนี้เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอน:

(1) มีความต้านทานขณะเปิดต่ำกว่า ภายใต้แรงดันพังทลายต่ำ (ประมาณ 50V) ความต้านทานขณะเปิดจำเพาะของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์อยู่ที่เพียง 1.12uΩ ซึ่งประมาณ 1/100 ของอุปกรณ์ซิลิคอนที่คล้ายกัน ภายใต้แรงดันพังทลายสูง (ประมาณ 5kV) ความต้านทานขณะเปิดจำเพาะจะเพิ่มขึ้นเป็น 25.9mΩ ซึ่งประมาณ 1/300 ของอุปกรณ์ซิลิคอนที่คล้ายกัน ความต้านทานขณะเปิดที่ต่ำกว่าช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังซิลิคอนคาร์ไบด์มีการสูญเสียการนำไฟฟ้าที่น้อยลง จึงทำให้ได้ประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องจักรที่สูงขึ้น

(2) มีแรงดันพังทลายที่สูงกว่า ตัวอย่างเช่น ไดโอด Schottky ซิลิคอนเชิงพาณิชย์โดยทั่วไปมีพิกัดแรงดันน้อยกว่า 300V แต่พิกัดแรงดันของไดโอด Schottky ซิลิคอนคาร์ไบด์เชิงพาณิชย์ตัวแรกนั้นสูงถึง 600V พิกัดแรงดันของ MOSFET ซิลิคอนคาร์ไบด์เชิงพาณิชย์ตัวแรกคือ 1200V ในขณะที่ MOSFET ซิลิคอนที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่ต่ำกว่า 1kV

(3) ความต้านทานความร้อนของเคสจุดเชื่อมต่อที่ต่ำกว่าจะทำให้อุณหภูมิของอุปกรณ์เพิ่มขึ้นช้าลง

(4) อุณหภูมิการทำงานสูงสุดที่สูงขึ้น คาดว่าความเสถียรในการทำงานสูงสุดของซิลิคอนคาร์ไบด์จะสูงถึงมากกว่า 600°C ในขณะที่อุณหภูมิรอยต่อสูงสุดของอุปกรณ์ซิลิคอนอยู่ที่เพียง 150°C เท่านั้น

(5) ความต้านทานต่อรังสีที่แข็งแกร่งขึ้น ซึ่งสามารถลดน้ำหนักของอุปกรณ์ป้องกันรังสีเมื่อใช้ในด้านการบินและสาขาอื่นๆ

(6) ความเสถียรที่สูงขึ้น คุณลักษณะไปข้างหน้าและย้อนกลับของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์เปลี่ยนแปลงน้อยมากเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

(7) ลดการสูญเสียจากการโกง อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์มีการสูญเสียการสวิตช์น้อยและสามารถทำงานที่ความถี่การสวิตช์ที่สูงกว่า (>20kHz) ซึ่งทำได้ยากในอุปกรณ์ซิลิคอนที่ระดับกำลังไฟหลายสิบกิโลวัตต์

3. หมวดหมู่หลัก

(1) ไดโอด Schottky คาร์ไบด์ซิลิคอน

ไดโอด Schottky Barrier (SBD) เป็นอุปกรณ์แบบขั้วเดียว จึงไม่มีการฉีดและกักเก็บพาหะเพิ่มเติมในระหว่างกระบวนการนำไฟฟ้า ดังนั้นจึงแทบไม่มีกระแสย้อนกลับ กระบวนการปิดการทำงานจึงรวดเร็วมาก และการสูญเสียจากการสวิตช์ก็ต่ำมาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก Schottky barrier ของซิลิคอนมีค่าต่ำ กระแสรั่วไหลย้อนกลับของ SBD ซิลิคอนจึงค่อนข้างสูง และแรงดันบล็อกต่ำ จึงสามารถใช้งานได้เฉพาะในสถานการณ์แรงดันต่ำ 100-200 โวลต์เท่านั้น ส่วนไดโอด PiN มักใช้ในสถานการณ์ที่มีแรงดันสูงกว่า แต่กระแสย้อนกลับมีขนาดใหญ่และการสูญเสียจากการสวิตช์ก็สูง เนื่องจากความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าวิกฤตที่ทำให้เกิดการพังทลายของวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์สูง จึงค่อนข้างง่ายที่จะผลิต SBD ซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีแรงดันพังทลายย้อนกลับเกิน 1000 โวลต์

ด้วยข้อดีอันเป็นเอกลักษณ์ของ SiC ทำให้ผู้ผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เช่น Cree ผลิตไดโอด Schottky SiC แรงดันสูงที่มีระดับกระแสไฟฟ้าต่ออุปกรณ์ 1-20A และระดับแรงดัน 300V, 600V และ 1200V ตารางที่ 1 แสดงผู้ผลิต SBD ซิลิคอนคาร์ไบด์รายใหญ่ในระดับนานาชาติในปัจจุบันและระดับของอุปกรณ์เชิงพาณิชย์ของพวกเขา Cree เพิ่งเปิดตัว SBD ซิลิคอนคาร์ไบด์ระดับแรงดัน 1700V รุ่นล่าสุด ในการใช้งานสวิตช์แรงดันสูง ไดโอด Schottky SiC ให้ประสิทธิภาพที่เกือบสมบูรณ์แบบ มีแรงดันการฟื้นตัวไปข้างหน้าเกือบเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงสามารถเปิดใช้งานได้ทันที ต่างจากความจุของรอยต่อ ประจุที่เก็บไว้ก็มีขนาดเล็กมากเช่นกัน และสามารถปิดได้อย่างรวดเร็ว

(2) ทรานซิสเตอร์กำลังคาร์ไบด์ซิลิคอน

บริษัท American SemiSouth ได้ทำการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับ JFET ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ และปัจจุบันเป็นผู้จัดจำหน่ายหลักของอุปกรณ์ JFET ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ในเชิงพาณิชย์ทั่วโลก ผลิตภัณฑ์ JFET ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ของบริษัทมีพิกัดแรงดันสูงสุด 1700V และพิกัดกระแสสูงสุด 30A

เนื่องจากคุณสมบัติที่เหนือกว่าและการใช้งานที่ประสบความสำเร็จของซิลิคอน MOSFET ทำให้ซิลิคอนคาร์ไบด์ MOSFET กลายเป็นอุปกรณ์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการวิจัยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังซิลิคอนคาร์ไบด์ บริษัท Cree ของสหรัฐอเมริกาเป็นผู้นำในการสร้างความก้าวหน้าในการวิจัยซิลิคอนคาร์ไบด์ MOSFET และเปิดตัวผลิตภัณฑ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ MOSFET เชิงพาณิชย์สองรุ่น ได้แก่ 10A/1200V และ 20A/1200V ทำให้เป็นผู้ผลิตเพียงรายเดียวในโลกที่จำหน่ายซิลิคอนคาร์ไบด์ MOSFET แบบแยกชิ้นในเชิงพาณิชย์ บริษัท Rohm Corporation ของญี่ปุ่นก็กำลังส่งเสริมกระบวนการเชิงพาณิชย์ของซิลิคอนคาร์ไบด์ MOSFET อย่างแข็งขันเช่นกัน ซิลิคอนคาร์ไบด์ N-channel DMOSFET รุ่นแรกเหล่านี้มุ่งเป้าไปที่การใช้งานที่ 1200V เป็นหลัก ซิลิคอนคาร์ไบด์ MOSFET ที่ระดับแรงดันไฟฟ้านี้มีข้อได้เปรียบมากกว่าอุปกรณ์ซิลิคอนในปัจจุบัน

02

สถานะการพัฒนาอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ในต่างประเทศ 1. สหรัฐอเมริกา

ย้อนกลับไปในปี 1997 ใน "แผนป้องกันประเทศและวิทยาศาสตร์" ที่จัดทำขึ้น สหรัฐอเมริกาได้กำหนดเป้าหมายการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบพลังงานกว้างไว้อย่างชัดเจน ในปี 2014 ประธานาธิบดีโอบามาได้เป็นผู้นำในการจัดตั้งพันธมิตรอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบพลังงานกว้างรุ่นที่สาม ซึ่งมี SiC เป็นตัวแทน เพื่อสนับสนุนเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบพลังงานกว้างอย่างเต็มที่ และเป็นผู้นำนวัตกรรมทางเทคโนโลยีในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังรุ่นต่อไป ปัจจุบันพันธมิตรนี้ได้รับการสนับสนุนจากรัฐบาลกลางและรัฐบาลท้องถิ่นรวมทั้งสิ้น 140 ล้านดอลลาร์สหรัฐ โดยวางแผนที่จะทำให้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบพลังงานกว้างสามารถแข่งขันกับเทคโนโลยีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ใช้ซิลิคอนในปัจจุบันได้ในด้านต้นทุนภายในห้าปีข้างหน้า และจะกลายเป็นชิปและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังประสิทธิภาพสูง ประหยัดพลังงาน และมีประสิทธิภาพสูงรุ่นต่อไป ซึ่งจะนำไปสู่ตลาดอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดและเติบโตเร็วที่สุดหลายแห่งของโลก รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค อุปกรณ์อุตสาหกรรม การสื่อสาร พลังงานสะอาด ฯลฯ เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันระดับนานาชาติและสร้างงานที่มีรายได้สูงอย่างครอบคลุม

2 ประเทศญี่ปุ่น

นับตั้งแต่ปี 1998 รัฐบาลญี่ปุ่นได้ให้ทุนสนับสนุนการวิจัยเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบพลังงานกว้างอย่างต่อเนื่อง ในปี 2013 ญี่ปุ่นได้บรรจุระบบวัสดุ SiC ไว้ใน "ยุทธศาสตร์ของนายกรัฐมนตรี" โดยเชื่อว่า 50% ของการประหยัดพลังงานในอนาคตจะบรรลุได้ด้วยอุปกรณ์ SiC เพื่อสร้างยุคใหม่ของพลังงานสะอาด ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา องค์การพัฒนาเทคโนโลยีอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ของญี่ปุ่น (NEDO) ได้ริเริ่มแผนการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง SiC โดยมุ่งเน้นไปที่การประยุกต์ใช้โมดูลกำลัง SiC ในระบบวงจรหัวรถจักร ระบบแลกเปลี่ยนพลังงานที่หลากหลาย ระบบการผลิตไฟฟ้าและระบบการกู้คืนความร้อนเหลือทิ้งจากเทอร์โบชาร์จเจอร์แบบบูรณาการทางไฟฟ้า อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ทันสมัย ​​และการย่อขนาดตัวเร่งอนุภาค เพื่อบรรลุเป้าหมายของการอนุรักษ์พลังงานและการปรับปรุงประสิทธิภาพ

3. สหภาพยุโรป

ในปี 2557 สหภาพยุโรปได้เปิดตัวโครงการวิจัยเทคโนโลยีพลังงาน SiC สำหรับระบบพลังงานประสิทธิภาพสูง (SPEED) เป็นระยะเวลาสามปี (2557-2560) ด้วยงบประมาณลงทุนรวม 18.58 ล้านยูโร โดยมีสถาบันวิจัยและบริษัท 12 แห่งใน 7 ประเทศเข้าร่วมโครงการ เป้าหมายของโครงการนี้คือการร่วมกันพิชิตเทคโนโลยีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง SiC โดยการรวบรวมผู้ผลิตและนักวิจัยชั้นนำของโลก ก้าวข้ามอุปสรรคทางเทคนิคของห่วงโซ่อุตสาหกรรมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง SiC ทั้งหมด และบรรลุการประยุกต์ใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านพลังงานหมุนเวียน ในปี 2558 กระทรวงวิจัยแห่งสหพันธรัฐเยอรมนีได้ให้ทุนสนับสนุนสถาบันเทคโนโลยีคาร์ลสรูห์และพันธมิตรทางอุตสาหกรรม (จำนวนเงินทุน 800,000 ยูโร) เพื่อทำการวิจัยเกี่ยวกับการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของแหล่งจ่ายไฟความถี่สูงโดยใช้อุปกรณ์สวิตช์ SiC เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของแหล่งจ่ายไฟในการผลิตทางอุตสาหกรรม ลดการใช้พลังงาน และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 03

สถานะการพัฒนาอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ในประเทศจีน

1. ไทโค เทียนรัน

บริษัท Tyco Tianrun ก่อตั้งขึ้นในปี 2011 สายผลิตภัณฑ์ของบริษัทประกอบด้วยผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีหลักพื้นฐาน ผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปจากซิลิคอนคาร์ไบด์ และโซลูชันอุตสาหกรรมหลากหลายชุด ผลิตภัณฑ์หลักพื้นฐานคือไดโอด Schottky ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์

ในปี 2015 Tyco Tianrun ประกาศเปิดตัวผลิตภัณฑ์ไดโอด Schottky ซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังสูง 3300V/50A ตามรายงานระบุว่า ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวมีคุณสมบัติเด่น เช่น แรงดันตกคร่อมขณะส่งผ่านต่ำ ความเร็วในการสวิตช์สูง และการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม เหมาะสำหรับใช้งานในด้านเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น ระบบขนส่งทางรางและโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ

จากรายงานระบุว่า แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าโดยทั่วไปของไดโอด Schottky ซิลิคอนคาร์ไบด์กำลังสูง 3300V/50A คือ 2.22V (IF=50A, Tj=25℃) และ 4.75V (IF=50A, Tj=175℃) กระแสรั่วไหลย้อนกลับโดยทั่วไปมีค่า 120uA (VR=3300V, Tj=25℃) และ 200uA (VR=3300V, Tj=175℃) มีความน่าเชื่อถือสูงสุดในสภาพแวดล้อมทางไฟฟ้าที่รุนแรง สามารถทำงานได้ตามปกติในช่วงอุณหภูมิ -55℃ ถึง 175℃ ผลิตภัณฑ์มีจำหน่ายในรูปแบบชิปเปล่าที่ไม่มีบรรจุภัณฑ์ และสามารถปรับแต่งประเภทบรรจุภัณฑ์ของอุปกรณ์ได้ตามความต้องการของลูกค้า

2. บริษัท เซินเจิ้น เบสิก เซมิคอนดักเตอร์

บริษัท Shenzhen Basic Semiconductor ก่อตั้งขึ้นในปี 2016 โดยมุ่งเน้นการวิจัยและพัฒนาและการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และเป็นหนึ่งในผู้ริเริ่มสถาบันวิจัยเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สามแห่งเซินเจิ้น บริษัท Shenzhen Basic Semiconductor Co., Ltd. ให้ความสำคัญกับการวิจัยและพัฒนาอุปกรณ์ไฟฟ้า SiC มาอย่างยาวนาน ผลิตภัณฑ์หลักได้แก่ ไดโอด SiC, MOSFET SiC และโมดูล MOSFET SiC ระดับยานยนต์ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตไฟฟ้าพลังงานใหม่ ยานยนต์พลังงานใหม่ ระบบขนส่งทางราง และโครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะ

MOSFET ซิลิคอนคาร์ไบด์ 1200V ที่เปิดตัวอย่างเป็นทางการโดย Basic Semiconductor ในเดือนตุลาคม 2018 เป็นผลิตภัณฑ์ระดับอุตสาหกรรมชิ้นแรกที่ออกแบบโดยบริษัทจีนเองและผ่านการทดสอบความน่าเชื่อถือ ประสิทธิภาพของมันอยู่ในระดับชั้นนำของสากล และมีเวลาทนต่อการลัดวงจรได้นานถึง 6 ไมโครวินาที

3. เทคโนโลยีหยางจี้

บริษัท หยางเจี๋ย เทคโนโลยี เชี่ยวชาญด้านการพัฒนาอุตสาหกรรมในสาขาการผลิตชิปและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง การบรรจุและการทดสอบวงจรรวม ผลิตภัณฑ์หลัก ได้แก่ ชิปอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงชนิดต่างๆ ไดโอดกำลังสูง วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ โมดูลกำลังสูง ผลิตภัณฑ์ DFN/QFN, SGTMOS, SBD ซิลิคอนคาร์ไบด์, JBS ซิลิคอนคาร์ไบด์ เป็นต้น ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ระบบรักษาความปลอดภัย การควบคุมอุตสาหกรรม อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ พลังงานใหม่ และอีกหลายสาขา

เว็บไซต์อย่างเป็นทางการของ Yangjie Technology แสดงให้เห็นว่าปัจจุบันมีโมดูล Schottky ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์อยู่ 4 รุ่น ได้แก่ MB200DU01FJ, MB200DU02FJ, MB300U02FJ และ MB40DU12FJ หากดูจากเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์ จะทราบว่ารุ่น MB200DU01FJ สามารถใช้งานได้ในแหล่งจ่ายไฟสำหรับงานชุบโลหะด้วยไฟฟ้า แหล่งจ่ายไฟความถี่สูง แหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่งกระแสสูง ระบบป้องกันการกลับขั้วแบตเตอรี่ เครื่องเชื่อม และสถานการณ์อื่นๆ

3. ผิวเนียนนุ่มชุ่มชื้น

บริษัท Xinguang Runze ก่อตั้งขึ้นในเดือนมีนาคม 2016 เป็นบริษัทเทคโนโลยีขั้นสูงที่เชี่ยวชาญด้านการวิจัยและพัฒนาและการผลิตอุปกรณ์และโมดูลเซมิคอนดักเตอร์ SiC รุ่นที่สาม เมื่อวันที่ 18 กันยายน 2018 สายการผลิตโมดูลพลังงานอัจฉริยะซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiCIPM) แห่งแรกในประเทศของ Xinguangrunze ได้เริ่มดำเนินการผลิตอย่างเป็นทางการ โครงการนี้เริ่มก่อสร้างอย่างเป็นทางการในเดือนธันวาคม 2016 คาดว่าหลังจากสายการผลิตเริ่มดำเนินการอย่างเสถียรแล้ว กำลังการผลิตต่อเดือนจะสูงถึง 300,000 ชิ้น และกำลังการผลิตต่อปีจะสูงถึง 3.6 ล้านชิ้น ปัจจุบันบริษัทมีผลิตภัณฑ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ ได้แก่ ไดโอดขับอิเล็กตรอนแบบสแกน (SBD) และทรานซิสเตอร์แบบกระจายแสง (MOSFET) ซิลิคอนคาร์ไบด์ ตัวอย่างเช่น XGSCS1230SWA เป็นหนึ่งในรุ่นของ SBD ซิลิคอนคาร์ไบด์ ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการแรงดันไฟฟ้า 1200V ได้ สถานการณ์การใช้งาน ได้แก่ แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง การแก้ไขตัวประกอบกำลัง อินเวอร์เตอร์กำลังไฟฟ้า เครื่องสำรองไฟ (UPS) การขับมอเตอร์ เป็นต้น

4. บริษัท รูอิเน็ง เซมิคอนดักเตอร์

บริษัท Ruineng Semiconductor จำกัด เป็นบริษัทร่วมทุนด้านเทคโนโลยีขั้นสูงที่ก่อตั้งโดย NXP Semiconductors และ Beijing Jianguang Asset Management Co., Ltd. Ruineng Semiconductor มุ่งเน้นการพัฒนาผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าแบบไบโพลาร์ที่หลากหลายและล้ำหน้า ซึ่งเป็นผู้นำในอุตสาหกรรม รวมถึงตัวเรียงกระแสและไตรแอกควบคุมด้วยซิลิคอน ไดโอดกำลังไฟฟ้าซิลิคอน ทรานซิสเตอร์แรงดันสูง และไดโอดคาร์ไบด์ซิลิคอน ไดโอดคาร์ไบด์ซิลิคอนของบริษัทส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรม เซิร์ฟเวอร์ เครื่องปรับอากาศ และสาขาอื่นๆ จากเว็บไซต์อย่างเป็นทางการ เราทราบว่า Ruineng Semiconductor มีไดโอดคาร์ไบด์ซิลิคอน 25 รุ่น ซึ่งทั้งหมดสามารถตอบสนองความต้องการแรงดันไฟฟ้า 650V ได้ เช่น รุ่น NXPSC16650B ซึ่งสามารถใช้ในการแก้ไขตัวประกอบกำลังไฟฟ้า แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์โหมด เครื่องสำรองไฟ (UPS) อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ ทีวี LED/OLED มอเตอร์ไดรฟ์ และสถานการณ์อื่นๆ

5. เซี่ยงไฮ้ จ้านซิน อิเล็กทรอนิกส์

บริษัท Shanghai Zhanxin Electronics มุ่งมั่นที่จะพัฒนาชิปและโมดูลพลังงานที่มีประสิทธิภาพคุ้มค่า โดยใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์กำลังจากซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นแกนหลัก เพื่อนำเสนอโซลูชันเซมิคอนดักเตอร์แบบครบวงจรสำหรับการลดขนาด เพิ่มประสิทธิภาพ และลดน้ำหนักของแหล่งจ่ายไฟและระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า

ในเดือนตุลาคม 2017 กระบวนการผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC MOSFET) เสร็จสมบูรณ์บนสายการผลิตขนาด 6 นิ้วที่ได้มาตรฐานระดับอุตสาหกรรม ผลการทดสอบระดับเวเฟอร์แสดงให้เห็นว่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าต่างๆ เป็นไปตามที่คาดหวัง ซึ่งเป็นการวางรากฐานที่มั่นคงสำหรับการปรับปรุงกระบวนการและออกแบบอุปกรณ์ต่อไป ในวันที่ 1 พฤษภาคม 2018 เวเฟอร์ SiC MOSFET ขนาด 6 นิ้วรุ่นแรกที่ผลิตในประเทศได้ถือกำเนิดขึ้นอย่างเป็นทางการ

04

การใช้งานทั่วไปของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ 1. โครงสร้างพื้นฐาน 5G - แหล่งจ่ายไฟสำหรับการสื่อสาร

แหล่งจ่ายไฟสำหรับการสื่อสารเป็นแหล่งพลังงานสำรองสำหรับเซิร์ฟเวอร์และสถานีฐาน ทำหน้าที่จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ส่งสัญญาณต่างๆ และรับประกันการทำงานปกติของระบบสื่อสาร คุณสมบัติความถี่สูงของ MOSFET ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ทำให้หน่วยแม่เหล็กในวงจรไฟฟ้ามีขนาดเล็กลงและเบาลง และประสิทธิภาพโดยรวมของแหล่งจ่ายไฟสูงขึ้น นอกจากนี้ คุณสมบัติการฟื้นตัวย้อนกลับของไดโอด Schottky ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์เกือบเป็นศูนย์ ทำให้มีโอกาสในการใช้งานอย่างกว้างขวางในวงจร PFC หลายประเภท ตัวอย่างเช่น ในวงจร PFC แบบ interleaved ที่ไม่มีบริดจ์สำหรับแหล่งจ่ายไฟสื่อสารประสิทธิภาพสูง 3 กิโลวัตต์ การใช้ไดโอด Schottky ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ 650V/10A ช่วยให้ลูกค้าบรรลุข้อกำหนดทางเทคนิคสูงของประสิทธิภาพการทำงานที่โหลดเต็มที่มากกว่าหรือเท่ากับ 95%

2. ชุดชาร์จรถยนต์พลังงานใหม่ - โมดูลพลังงานสำหรับชุดชาร์จ

การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ได้ผลักดันให้ความต้องการเสาชาร์จไฟเพิ่มขึ้น สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าพลังงานใหม่ การเพิ่มความเร็วในการชาร์จและการลดต้นทุนการชาร์จเป็นเป้าหมายหลักสองประการของการพัฒนาอุตสาหกรรม การใช้อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ในโมดูลพลังงานของเสาชาร์จไฟสามารถทำให้โมดูลพลังงานของเสาชาร์จไฟมีประสิทธิภาพสูงและกำลังไฟสูง ซึ่งจะช่วยเพิ่มความเร็วในการชาร์จและลดต้นทุนการชาร์จได้

3. ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ อินเทอร์เน็ตเชิงอุตสาหกรรม - แหล่งจ่ายไฟสำหรับเซิร์ฟเวอร์

แหล่งจ่ายไฟของเซิร์ฟเวอร์เปรียบเสมือนธนาคารพลังงานของเซิร์ฟเวอร์ แหล่งจ่ายไฟนี้ทำหน้าที่จ่ายพลังงานเพื่อให้ระบบเซิร์ฟเวอร์ทำงานได้อย่างปกติ การใช้อุปกรณ์จ่ายไฟที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ในแหล่งจ่ายไฟของเซิร์ฟเวอร์สามารถเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟ ลดขนาดโดยรวมของศูนย์ข้อมูล ลดต้นทุนการก่อสร้างโดยรวมของศูนย์ข้อมูล และบรรลุประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่น ในโมดูลจ่ายไฟเซิร์ฟเวอร์ขนาด 3 กิโลวัตต์ การใช้ MOSFET ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ในวงจร PFC แบบ Totem Pole สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแหล่งจ่ายไฟเซิร์ฟเวอร์ได้อย่างมากและบรรลุข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

4. แรงดันไฟฟ้าสูงพิเศษ - การประยุกต์ใช้เบรกเกอร์วงจรไฟฟ้ากระแสตรงแบบยืดหยุ่นสำหรับการส่งกำลัง

โครงการระบบแรงดันสูงพิเศษ (UHV) จะก่อให้เกิดความต้องการวัตถุดิบและส่วนประกอบต่างๆ มากมาย อุปกรณ์ไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบสำคัญของเทคโนโลยีการส่งกำลังแบบยืดหยุ่น FACTS ในการส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูงพิเศษ (UHV DC) ที่ปลายทางการส่ง และหม้อแปลงไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ (PET) ที่ปลายทางสถานีไฟฟ้าย่อย ในฐานะที่เป็นส่วนสำคัญส่วนหนึ่งของการส่งกำลังไฟฟ้ากระแสตรงแบบยืดหยุ่น ความน่าเชื่อถือของเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้ากระแสตรงมีผลกระทบอย่างมากต่อเสถียรภาพของระบบส่งทั้งหมด การใช้อุปกรณ์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมในการออกแบบเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้ากระแสตรงจำเป็นต้องเชื่อมต่อหน่วยย่อยหลายระดับเข้าด้วยกันแบบอนุกรม การใช้อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์แรงดันสูงในเบรกเกอร์วงจรไฟฟ้ากระแสตรงสามารถลดจำนวนหน่วยย่อยแบบอนุกรมลงได้อย่างมาก ซึ่งเป็นทิศทางสำคัญของการวิจัยในอุตสาหกรรม

5. รถไฟความเร็วสูงระหว่างเมืองและระบบขนส่งทางรางระหว่างเมือง - ตัวแปลงกำลังขับเคลื่อน, หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง, ตัวแปลงเสริม, แหล่งจ่ายไฟเสริม

ระบบขนส่งทางรางในอนาคตจะมีความต้องการอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงขึ้น เช่น ตัวแปลงกระแสไฟฟ้าสำหรับขับเคลื่อน ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เป็นต้น การใช้อุปกรณ์กำลังที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถเพิ่มความหนาแน่นของกำลังและประสิทธิภาพการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้ได้อย่างมาก ซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักของระบบรับน้ำหนักของระบบขนส่งทางรางได้อย่างมีนัยสำคัญ อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์สามารถบรรลุประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและการลดขนาดของอุปกรณ์ได้มากขึ้น และมีข้อได้เปรียบทางเทคนิคอย่างมากในการขนส่งทางราง รถไฟชินคันเซ็น N700S ของญี่ปุ่นเป็นผู้นำในการใช้อุปกรณ์กำลังซิลิคอนคาร์ไบด์ในตัวแปลงกระแสไฟฟ้าสำหรับขับเคลื่อน ซึ่งช่วยลดน้ำหนักของรถได้อย่างมาก บรรลุประสิทธิภาพการบรรทุกที่สูงขึ้น และลดต้นทุนการดำเนินงาน

05

สรุป แม้ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ยังคงมีปัญหาอยู่บ้าง เช่น กำลังขับต่ำ ราคาสูง มีอุปกรณ์เชิงพาณิชย์ให้เลือกน้อย และขาดบรรจุภัณฑ์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง แต่ด้วยการวิจัยเชิงลึกอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับเทคโนโลยีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ ปัญหาเหล่านี้จะค่อยๆ ได้รับการแก้ไข อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีคุณภาพดีขึ้นและหลากหลายมากขึ้นจะถูกนำออกสู่ตลาด ซึ่งจะช่วยขยายขอบเขตการใช้งานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์อย่างมาก ในอนาคตอันใกล้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์จะกลายเป็นอุปกรณ์สำคัญในการลดการสูญเสียพลังงาน ปรับปรุงประสิทธิภาพ และเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานในการใช้งานตัวแปลงพลังงานต่างๆ

หมายเหตุ: บทความนี้คัดลอกมาจากอินเทอร์เน็ตและสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปเผยแพร่ซ้ำ หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น