Güç yarı iletkeni SiC çağını başlatıyor (Birinci Bölüm)

Giriş:

Otomotiv terminal pazarındaki artan talep ve silikon ile fiyat paritesi nedeniyle silisyum karbür (SiC) üretimi hızla artıyor.

Elektrikli araçlarda yerleşik şarj, çekiş invertörleri ve DC-DC dönüşümü için binlerce güç yarı iletken modülü kullanıldı. Bunların çoğu şu anda silikon bazlı IGBT'ler kullanılarak üretiliyor. Ancak, SiC bazlı MOSFET'lere geçiş, daha küçük ve daha hafif paketlerde güç yoğunluğunu iki katına çıkardı ve anahtarlama hızını artırdı.

Elektrikli araçlar ve şarj istasyonları için yüksek voltaj ve sıcak ve zorlu ortamlarda çalışma gereksinimleri giderek daha zorlu hale geliyor. Ancak, geniş bant aralıklı malzemelerin daha yüksek üretim ve paketleme maliyetleri nedeniyle, silisyum karbürün (SiC) sağlam bir zemin kazanması biraz zaman alacak. Yine de bu durum değişiyor. PowerAmerica İcra Direktörü ve Teknoloji Direktörü Victor Veliadis, SiC güç modüllerinin fiyatlarının artık silikon bazlı modüllerle karşılaştırılabilir olduğunu ve bunun da tedarik ortaklıklarını ve yeni SiC fabrikalarının inşasını teşvik ettiğini belirtti.

Hala yapılması gereken çok iş var. SiC levha teknolojisinin yükseltilmesi gerekiyor. Bu cihazların üretimi %20 yeni proses araçları ve %80 iyileştirilmiş araçlar gerektirir. Amacımız entegre ve ayrık güç cihazlarının devir hızını hızlandırmaktır; bu nedenle otomotiv üreticileri dökümhanelerle doğrudan levhadan modüle işbirliğine yöneliyor.

SiC ve GaN gücünün pazarı ve teknolojisi

2030 yılına gelindiğinde dünya 39 milyon saf elektrikli araç üretecek ve bu da 22'den 2022'a kadar yıllık %2030'lik bileşik büyüme oranına eşdeğer. Bu da yaklaşık %50'si silikon cihazlar, %35'i silikon cihazlarla olmak üzere güç yarı iletken pazarını harekete geçiriyor. silisyum karbür cihazların ve galyum nitrür cihazların %12'sinin 2030 yılına kadar piyasada kullanılması bekleniyor. Elektrikli araçlarda çekiş invertörleri, ön ve arka motorları çalıştırmak için güç sağlamak üzere akü paketinden gelen DC gücünü AC gücüne dönüştürür. SiC ayrıca yerleşik ve araç dışı sistemlerin şarj edilmesini hızlandırabilir ve şebekeden elektrikli araçlara güç getirebilir.

En önemlisi SiC modülleri 400V akülerden 800V akülere geçişin temel taşını oluşturur. Şarj hızları daha hızlı, sürüş menzilleri yeterli ve araç başına akü paketi maliyeti 10,000 doların altında olduğunda tüketiciler elektrikli araçları daha hızlı benimseyecek.

SiC modülleri, daha yüksek verimlilik ve daha kompakt sistemler elde ederken, silikon bazlı güç çözümleriyle maliyet açısından rekabetçi oldukları kritik bir noktaya ulaşıyor. Şu anda kullanılan 800V pillerden (400V veya 600V cihazları içeren) 650V pil aralığının genişletilmesiyle birlikte, 1,200V SiC cihazlarının seri üretimi teşvik ediliyor. Ancak levha kristal kusurlarının verim üzerindeki etkisi, cihaz ambalajı ve modül entegrasyonundaki kayıplar ve otomobil üreticileri ile güç sistemi üreticileri arasındaki daha yakın bağlantılar gibi tedarik zinciri değişiklikleri halen devam etmektedir. Pratik açıdan bakıldığında, yeni SiC levha ve levha fabrikası kapasitesinin seri üretime ulaşması biraz zaman alacaktır.

Ancak bu durum insanların teknolojiye olan ilgisini azaltmadı. Analistler SiC pazarı tahminlerini yükseltmeye devam ediyor. Yole Group, güç yarı iletken pazarının 6.3 yılına kadar %2027'i otomotiv uygulamaları olmak üzere 70 milyar dolara ulaşacağını öngörüyor. Yalnızca SiC levha üretimine bakıldığında (SiC levhalardan başlayarak), TECHCET 14'den 2022'ye kadar yıllık %2027'lük bir bileşik büyüme oranı öngörüyor.