บทนำ:

ด้วยแรงผลักดันจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นในตลาดเทอร์มินัลของยานยนต์และความเท่าเทียมกันของราคากับซิลิคอน การผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) จึงเติบโตอย่างรวดเร็ว

ปัจจุบันมีโมดูลเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าหลายพันโมดูลที่ถูกนำไปใช้ในยานยนต์ไฟฟ้าสำหรับการชาร์จไฟบนรถ อินเวอร์เตอร์สำหรับลากจูง และการแปลง DC เป็น DC โดยส่วนใหญ่ในปัจจุบันผลิตโดยใช้ IGBT ที่ใช้ซิลิคอน อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนมาใช้ MOSFET ที่ใช้ซิลิคอนไอซี ทำให้ความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าและความเร็วในการสลับเพิ่มขึ้นในแพ็คเกจที่เล็กลงและเบากว่า

ข้อกำหนดด้านแรงดันไฟฟ้าสูงและการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ร้อนและรุนแรงกำลังทวีความรุนแรงมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับยานยนต์ไฟฟ้าและสถานีชาร์จ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากต้นทุนการผลิตและบรรจุภัณฑ์ที่สูงขึ้นของวัสดุแบนด์แก็ปกว้าง (Wide Band Gap) จึงต้องใช้เวลาสักระยะหนึ่งกว่าที่ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) จะแข็งแรง อย่างไรก็ตาม สถานการณ์กำลังเปลี่ยนแปลงไป วิคเตอร์ เวเลียดิส กรรมการบริหารและประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายเทคโนโลยีของ PowerAmerica ระบุว่าราคาของโมดูลพลังงาน SiC ในปัจจุบันเทียบได้กับโมดูลที่ใช้ซิลิคอน ซึ่งช่วยส่งเสริมความร่วมมือด้านการจัดหาและการสร้างโรงงาน SiC แห่งใหม่

ยังมีงานที่ต้องทำอีกมาก จำเป็นต้องอัพเกรดเทคโนโลยีเวเฟอร์ SiC การผลิตอุปกรณ์เหล่านี้ต้องใช้เครื่องมือในกระบวนการผลิตใหม่ 20% และเครื่องมือที่ได้รับการปรับปรุง 80% เป้าหมายของเราคือการเร่งความเร็วในการหมุนเวียนของอุปกรณ์ไฟฟ้าแบบรวมและแบบแยกส่วน ซึ่งเป็นสาเหตุที่ผู้ผลิตยานยนต์หันมาใช้การทำงานร่วมกันแบบเวเฟอร์เป็นโมดูลกับโรงหล่อโดยตรง

ตลาดและเทคโนโลยีของพลังงาน SiC และ GaN

ภายในปี 2030 โลกจะผลิตรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ 39 ล้านคัน ซึ่งเทียบเท่ากับอัตราการเติบโตต่อปีที่ 22% ตั้งแต่ปี 2022 ถึง 2030 ซึ่งจะขับเคลื่อนตลาดเซมิคอนดักเตอร์กำลังด้วยอุปกรณ์ซิลิคอนประมาณ 50% หรือ 35% ของ อุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ และอุปกรณ์แกลเลียมไนไตรด์ 12% คาดว่าจะใช้ในตลาดจนถึงปี 2030 ในยานพาหนะไฟฟ้า อินเวอร์เตอร์แบบฉุดลากจะแปลงพลังงาน DC จากชุดแบตเตอรี่เป็นไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อให้พลังงานในการขับเคลื่อนมอเตอร์ด้านหน้าและด้านหลัง SiC ยังสามารถเร่งการชาร์จระบบออนบอร์ดและนอกบอร์ด และนำพลังงานจากกริดมาสู่ยานพาหนะไฟฟ้า

สิ่งสำคัญที่สุดคือ โมดูล SiC เป็นรากฐานสำคัญของการเปลี่ยนจากแบตเตอรี่ 400V เป็นแบตเตอรี่ 800V เมื่อความเร็วในการชาร์จเร็วขึ้น ระยะการขับขี่ก็เพียงพอ และราคาชุดแบตเตอรี่ต่อคันต่ำกว่า 10,000 ดอลลาร์ ผู้บริโภคจะหันมาใช้รถยนต์ไฟฟ้าเร็วขึ้น

โมดูล SiC กำลังเข้าสู่จุดวิกฤติซึ่งมีการแข่งขันด้านต้นทุนกับโซลูชันพลังงานที่ใช้ซิลิคอน ขณะเดียวกันก็บรรลุประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและระบบที่กะทัดรัดยิ่งขึ้น เมื่อรวมกับการขยายช่วงแบตเตอรี่ 800V จากแบตเตอรี่ 400V ที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน (ประกอบด้วยอุปกรณ์ 600V หรือ 650V) การผลิตจำนวนมากของอุปกรณ์ SiC 1,200V จึงได้รับการกระตุ้น อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงของห่วงโซ่อุปทาน เช่น ผลกระทบของข้อบกพร่องของผลึกเวเฟอร์ต่อผลผลิต การสูญเสียบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์และการรวมโมดูล และการเชื่อมต่อที่ใกล้ชิดระหว่างผู้ผลิตรถยนต์และผู้ผลิตระบบไฟฟ้ายังคงดำเนินต่อไป จากมุมมองเชิงปฏิบัติ จะใช้เวลาสักระยะหนึ่งก่อนที่ SiC เวเฟอร์ใหม่และกำลังการผลิตเวเฟอร์แฟบจะถึงการผลิตจำนวนมาก

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้บั่นทอนความกระตือรือร้นของผู้คนต่อเทคโนโลยีนี้ นักวิเคราะห์ยังคงเพิ่มการคาดการณ์ตลาด SiC ของตนต่อไป Yole Group คาดการณ์ว่าตลาดเซมิคอนดักเตอร์กำลังจะมีมูลค่าถึง 6.3 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2027 โดย 70% สำหรับการใช้งานในยานยนต์ เมื่อพิจารณาเฉพาะการผลิตเวเฟอร์ SiC (เริ่มจากเวเฟอร์ SiC) TECHCET คาดการณ์อัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้นที่ 14% ตั้งแต่ปี 2022 ถึง 2027