Siliziumkarbid hat noch eine weitere bahnbrechende Anwendung

Als Antwort auf die Nachfrage nach „schnellen, kleinen, leichten und dünnen“ Schnellladegeräten für Mobiltelefone haben Siliziumkarbid-Leistungshalbleiter in letzter Zeit eine weitere bahnbrechende Anwendung gefunden.

In extrem kompakten Anwendungen wie Handy-Ladegeräten ist die Leiterplattenfläche äußerst wertvoll. Ultradünne PD-Schnellladeverfahren setzen daher bevorzugt auf oberflächenmontierbare Bauelemente mit einer Dicke von unter 2 mm. Basic Semiconductor hat kürzlich neue Siliziumkarbid-Schottky-Dioden im SMBF-Gehäuse vorgestellt. Der größte Vorteil dieser Dioden liegt in ihrer Kombination aus hoher Geschwindigkeit, geringem Gewicht und niedriger Dicke. Mit Abmessungen von nur 5.3 mm × 3.6 mm × 1.35 mm ist sie dünner als das SMB-Gehäuse (2.3 mm) und kleiner als die Gehäuse der DFN-Serie und des TO-252-Gehäuses.

Abbildung 1: Ultrakleines Siliziumkarbidbauteil für ein Handy-Ladegerät

Angesichts des industriellen Strebens nach höherer Leistungsdichte und der zunehmenden Verbreitung von Galliumnitrid-Leistungshalbleitern muss die aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC) die Betriebsfrequenz erhöhen, um das Kernvolumen zu reduzieren. Die Leistung herkömmlicher FRDs genügt den Anforderungen der Hochfrequenzgleichrichtung nicht mehr, was günstige Voraussetzungen für den Einsatz von Siliziumkarbiddioden in der PFC schafft.

Tatsächlich brachte Baseus im Jahr 2020, als die meisten Hersteller von Schnellladegeräten noch den Markt für 65-Watt-Galliumnitrid-Schnellladegeräte erkundeten, das branchenweit erste 120-Watt-Schnellladegerät mit Galliumnitrid und Siliziumkarbid auf den Markt. Dieses Produkt machte die Idee des Siliziumkarbid-Schnellladens erstmals Realität und ebnete den Weg für die kommerzielle Nutzung von Siliziumkarbid im Bereich des Schnellladens.

Abbildung 2: Das weltweit erste Siliziumkarbid-Ladegerät

In der Folge zogen Hersteller wie MOMAX und REMAX nach und brachten eine Reihe von 100-Watt-Hochleistungs-Schnellladequellen auf Siliziumkarbidbasis auf den Markt, wodurch auch immer mehr Branchenkenner und Verbraucher ein besseres Verständnis für Siliziumkarbid erlangten.

Neben Halbleiter-Basistechnologien präsentierten chinesische Siliziumkarbid-Hersteller dieses Jahr auf der Shanghai Munich Exhibition drei 100-Watt-Schnelllade-Referenzdesigns auf Basis von Siliziumkarbiddioden. Diese decken die drei gängigen Leistungssegmente 200 W, 120 W und 100 W ab. Die 200-W- und 120-W-Referenzdesigns nutzen eine PFC+LLC-Architektur und einen Mehrportausgang. Zu den Siliziumkarbid-Anbietern, deren Produkte sich für Hochleistungs-USB-PD-Schnellladequellen eignen, gehören unter anderem Alpha Power Solutions, Maplesemi, SGKS und PY Pingwei.

Abbildung 3: Siliziumkarbid-PD-Schnelllademodul von Tyco Tianrun

Der Autor ist überzeugt, dass die Essenz der Siliziumkarbid-Technologie in ihrer hohen Leistungsdichte liegt. Sie entwickelt sich nicht nur in Hochleistungsbereichen wie 5G-Basisstationen, Elektrofahrzeugen, Hochgeschwindigkeitszügen und intelligenten Stromnetzen erfolgreich, sondern ist auch in Bereichen wie Wearables, Handy-Ladegeräten und High-End-LEDs, die zwar wenig Strom und niedrige Spannung benötigen, aber dennoch eine hohe Leistungsdichte erfordern, sehr nützlich.

Der Markt für Halbleiterladegeräte der dritten Generation ist riesig.

Nehmen wir Handy-Ladegeräte als Beispiel. Um dem Bedarf der Nutzer an schnellem Laden gerecht zu werden, hat sich die Ausgangsleistung der Ladegeräte in den letzten zehn Jahren etwa verzehnfacht. Gleichzeitig wurde im Sinne einer besseren Benutzerfreundlichkeit darauf geachtet, Größe und Gewicht der Ladegeräte so gering wie möglich zu halten.

Setzt man den oben beschriebenen Nachfragetrend fort und geht davon aus, dass der weltweite Absatz von Mobiltelefonen bis 2025 1.5 Milliarden Einheiten erreicht, die Marktdurchdringung von Halbleiterladegeräten der dritten Generation 25 % beträgt und der Preis für Halbleiterladegeräte der dritten Generation auf 80 Yuan sinkt, dann wird das Marktvolumen für Halbleiterladegeräte der dritten Generation bis zu 30 Milliarden Yuan betragen.

Abbildung 4: Zukunftsprognose für den Markt

Datenquelle: „Forschungsbericht zur Halbleiterindustrie 2021 mit breiter Bandlücke“

Darüber hinaus bieten Halbleiterbauelemente der dritten Generation neben Ladegeräten für Mobiltelefone auch vielversprechende Perspektiven in den Bereichen tragbare Geräte, Drohnen und andere Alltagsgeräte mit geringem Gewicht (wie zum Beispiel Handstaubsauger, selbstbalancierende Fahrzeuge usw.).

Abbildung 5: Zukünftiger Entwicklungstrend für Ladegeräte Quelle: Charging Head Network

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