Mô-đun nguồn (IPM), IGBT và Thiết bị điện ô tô

Tại sao cacbua silic được coi là tương lai của mô-đun điện ô tô?

Độ rộng vùng cấm của cacbua silic xấp xỉ ba lần so với vật liệu gốc silic. Cường độ trường đánh thủng tới hạn gấp khoảng mười lần cường độ trường sự cố của vật liệu gốc silicon. Độ dẫn nhiệt của cacbua silic gấp khoảng ba lần so với vật liệu gốc silicon và tốc độ trôi bão hòa điện tử gấp khoảng hai lần so với vật liệu gốc silicon. Điện trở cao, khả năng chịu nhiệt độ cao và đặc tính tần số cao của vật liệu cacbua silic khiến chúng phù hợp với các điều kiện vận hành đòi hỏi khắt khe hơn so với các thiết bị dựa trên silicon. Chúng có thể cải thiện đáng kể hiệu quả và mật độ năng lượng đồng thời giảm chi phí, kích thước và trọng lượng trong các ứng dụng.

So sánh hiệu suất của các vật liệu bán dẫn khác nhau

Theo dữ liệu của Yole, quy mô thị trường toàn cầu của các thiết bị điện silicon cacbua được dự đoán sẽ tăng từ 1.09 tỷ USD vào năm 2021 lên 6.297 tỷ USD vào năm 2027, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 34%. Trong số đó, quy mô thị trường cacbua silic cho xe điện dự kiến sẽ tăng từ 685 triệu USD lên 4.986 tỷ USD, thể hiện tốc độ CAGR thậm chí còn cao hơn là 39.2%. Xe điện (bao gồm bộ biến tần, bộ sạc tích hợp và bộ chuyển đổi DC/DC) là ứng dụng hạ nguồn lớn nhất cho cacbua silic, với thị phần dự kiến sẽ tăng từ 62.8% lên 79.2%, cho thấy thị phần có xu hướng tăng liên tục.

Phân tích thị trường của Yole

Xu hướng ứng dụng cacbua silic trong ngành công nghiệp ô tô

Trong ngành công nghiệp xe điện, vấn đề được quan tâm nhất là quãng đường di chuyển. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến phạm vi lái xe, bao gồm dung lượng pin, trọng lượng xe và hiệu suất chuyển đổi năng lượng của hệ thống điện. Chất bán dẫn điện là cốt lõi của quá trình chuyển đổi năng lượng và các thiết bị năng lượng cacbua silic có lợi thế hơn các thiết bị dựa trên silicon, chẳng hạn như tổn hao dẫn điện thấp hơn, tần số chuyển mạch cao hơn và độ bền điện áp làm việc cao hơn. Chúng có thể đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng của hệ thống cao hơn và có thể cung cấp phạm vi lái xe rộng hơn so với khi sử dụng các thiết bị năng lượng dựa trên silicon có cùng lượng điện. Do đó, nhu cầu ứng dụng thiết bị năng lượng cacbua silic trong xe điện ngày càng trở nên nổi bật. Trong xe điện, việc ứng dụng các thiết bị điện cacbua silic chủ yếu tập trung vào hai hướng: một là dành cho bộ biến tần truyền động động cơ (bộ điều khiển động cơ) và hai là dành cho hệ thống cấp điện trên xe, chủ yếu bao gồm các hệ thống chuyển đổi nguồn (on- bo mạch DC/DC), hệ thống sạc trên bo mạch (OBC), hệ thống điều hòa không khí trên bo mạch (PTC và máy nén) và các khía cạnh khác.

Logic công nghiệp hóa và công nghệ của mô-đun năng lượng cacbua silic ô tô

Hiện tại, ngành công nghiệp cacbua silic toàn cầu bị chi phối bởi Hoa Kỳ, Châu Âu và Nhật Bản, với phần lớn nguyên liệu cacbua silic đến từ các công ty Mỹ. Châu Âu có một chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh bao gồm chất nền cacbua silic, epit Wax, thiết bị và ứng dụng, trong khi Nhật Bản có lợi thế hàng đầu về phát triển chip, mô-đun và ứng dụng cacbua silic. Trung Quốc hiện có chuỗi công nghiệp cacbua silic hoàn chỉnh và có khả năng cạnh tranh quốc tế trong các ứng dụng thử nghiệm và chuẩn bị nguyên liệu. Hiện nay, các công ty nước ngoài đứng đầu, còn các công ty trong nước vẫn chưa tạo được thị phần đáng kể. Tuy nhiên, trong lĩnh vực phương tiện sử dụng năng lượng mới, do Trung Quốc dẫn đầu về điện khí hóa phương tiện, thị trường trong nước đang trở thành yếu tố thuận lợi cho sự trỗi dậy của các công ty bán dẫn trong nước.

Hiện tại, các công ty cacbua silic toàn cầu đang tích cực khám phá thị trường ô tô, với các ứng dụng chính bao gồm các thiết bị nguồn rời rạc và mô-đun nguồn. Trong số đó, các đặc tính tuyệt vời của chip cacbua silic cần được hiện thực hóa thông qua các kết nối hiệu quả và đáng tin cậy với hệ thống đóng gói và mạch để đạt được hiệu suất hoàn hảo. Các mô-đun nguồn MOSFET silicon cacbua, được sản xuất thông qua thiết kế chuyên nghiệp và quy trình đóng gói tiên tiến, hiện đang là xu hướng chủ đạo trong các ứng dụng xe điện.

Còn tiếp...