Im Dezember letzten Jahres gab Denso bekannt, dass im Rahmen seiner Bemühungen zur Verwirklichung einer kohlenstoffarmen Gesellschaft die Massenproduktion seines neuesten Boost-Power-Modulmodells mit hochwertigen Siliziumkarbid-Leistungshalbleitern (SiC) begonnen hat und in On zum Einsatz kommt Das neue Modell Toyota Mirai kam am 9. Dezember 2020 auf den Markt.

In der Präsentation erklärte DENSO, das Unternehmen habe die REVOSIC-Technologie entwickelt, die auf den Einsatz von SiC-Leistungshalbleitern (Dioden und Transistoren) in Automobilanwendungen abzielt. Das Unternehmen betonte, dass Siliziumkarbid ein Halbleitermaterial mit überlegener Leistung in Umgebungen mit hohen Temperaturen, hohen Frequenzen und hohem Druck im Vergleich zu herkömmlichem Silizium (Si) sei. Daher habe der Einsatz von SiC in kritischen Geräten, um Leistungsverluste, Größe und Gewicht von Systemen deutlich zu reduzieren und die Elektrifizierung zu beschleunigen, große Aufmerksamkeit erregt.

 

DENSO führte 2014 einen SiC-Transistor für nicht-automobile Anwendungen ein und vermarktete ihn für Audioprodukte. DENSO forscht weiterhin an Fahrzeuganwendungen, und 2018 setzte Toyota in seinem Brennstoffzellenbus Sora SiC-Dioden für Fahrzeuge ein.

 

DENSO hat nun einen neuen SiC-Transistor für die Automobilindustrie entwickelt und damit erstmals SiC für Dioden und Transistoren in der Automobilindustrie eingesetzt. Dank DENSOs einzigartiger Struktur und Verarbeitungstechnologie mit Trench-Gate-MOSFETs bieten die neu entwickelten SiC-Transistoren hohe Zuverlässigkeit und Leistung im Automobilbereich, der für Halbleiter eine Herausforderung darstellt. Das neue Boost-Power-Modul mit SiC-Leistungshalbleitern (Dioden, Transistoren) ist etwa 30 % kleiner und weist rund 70 % weniger Leistungsverlust auf als herkömmliche Produkte mit Si-Leistungshalbleitern, was zur Miniaturisierung beiträgt. Boost-Power-Modul zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz von Fahrzeugen.

 

DENSO sagte, dass das Unternehmen weiterhin an der Forschung und Entwicklung der REVOSIC-Technologie arbeiten und ihre Anwendung auf Elektrofahrzeuge, einschließlich Hybrid-Elektrofahrzeuge und reine Elektrofahrzeuge, ausweiten werde, um zum Aufbau einer kohlenstoffarmen Gesellschaft beizutragen.

 

Kürzlich wies DENSO in einer Pressemitteilung darauf hin, dass Leistungshalbleiter wie die Muskeln des menschlichen Körpers seien. Es bewegt Komponenten wie Wechselrichter und Motoren (Gliedmaßen) basierend auf Befehlen vom Steuergerät (Gehirn). Typische Leistungshalbleiter, die in Automobilprodukten verwendet werden, bestehen aus Silizium (Si). Im Gegensatz dazu weist Siliziumkarbid eine überlegene Leistung in Hochtemperatur-, Hochfrequenz- und Hochspannungsumgebungen auf und trägt dazu bei, den Leistungsverlust, die Größe und das Gewicht des Wechselrichters deutlich zu reduzieren. Daher haben SiC-Geräte aufgrund ihrer Beschleunigung der Fahrzeugelektrifizierung Aufmerksamkeit erregt.

 

Denso wies darauf hin, dass das Boost-Power-Modul, das die Siliziumkarbid-Leistungshalbleiter des Unternehmens verwendet, etwa 30 % kleiner ist und 70 % weniger Leistungsverluste aufweist als herkömmliche Produkte, die Silizium-Leistungshalbleiter verwenden. Dies ermöglicht kleinere Produkte und eine verbesserte Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs.

 

Denso-Ingenieure sagten außerdem, dass Siliziumkarbid im Vergleich zu Silizium einen geringen Widerstand habe, sodass der Strom leichter fließen könne. Aufgrund dieser Eigenschaft wurde ein Prototyp eines SiC-Geräts durch einen plötzlichen hohen Stromstoß beschädigt. Zu diesem Zweck diskutierte die abteilungsübergreifende Zusammenarbeit von Denso, wie man die verlustarme Leistung von SiC voll ausnutzen und gleichzeitig Schäden an Geräten auf dem Markt verhindern kann, und löste das Problem mit einer Idee, auf die unsere Abteilung alleine nicht kommen konnte: Verwendung eines speziellen Treiber-ICs, um den Strom bei hoher Geschwindigkeit zu unterbrechen.

 

Siliziumkarbid-Patent: Denso auf Platz fünf

 

Nikkei-Berichten zufolge haben japanische und amerikanische Unternehmen die fünf wichtigsten Patente im Zusammenhang mit Siliziumkarbid (SiC), einem Halbleitermaterial der neuen Generation, monopolisiert. Laut den Statistiken der Japanese Patent Result Company, die sich mit Patentanalysen beschäftigt, liegt Cree aus den USA, das sich mit Siliziumkarbid-Halbleitersubstraten befasst, an erster Stelle, gefolgt von japanischen Unternehmen wie Roma und Sumitomo Electric Industries.

Die Bewertungen wurden nach Volumen und Aufmerksamkeit berechnet, basierend auf US-Patentdaten, die am 29. Juli veröffentlicht wurden. Siliziumkarbid wird als Ersatz für das bestehende Silizium-Halbleitersubstratmaterial verwendet, was zur Verbesserung der Leistung und Energieeinsparung von Leistungshalbleitern beiträgt. In Bereichen wie reinen Elektrofahrzeugen (EVs) und Wechselrichtern für Photovoltaik-Stromerzeugungssysteme erweitert sich der Anwendungsbereich von Siliziumkarbid ständig. In einer dekarbonisierten Gesellschaft wird erwartet, dass die Nachfrage steigt.

 

 Die Analyse von Patent Result zeigt, dass Cree, das an erster Stelle steht, Vorteile bei Siliziumkarbidsubstraten und Kristallisationspatenten hat. Nr. 2 Roma und Nr. 5 Denso haben Vorteile bei der Reduzierung des Leistungsverlusts, Nr. 3 Sumitomo Electric hat eine stärkere Kristallstruktur als Siliziumkarbid und Nr. 4 Mitsubishi Electric hat einen Vorteil bei der Halbleiterbauelementstruktur.

DENSO hat größere Ziele

Im Jahr 2019 kündigten Toyota und Denso gemeinsam ein neues Joint Venture an. Das neue Unternehmen entwickelt hauptsächlich Automobil-Halbleitertechnologie der nächsten Generation. Sie haben Galliumoxid und Diamant im Visier, Leistungshalbleiter, die es mit SiC (Siliziumkarbid) und GaN (Galliumnitrid) aufnehmen können.

Durch eingehende Forschung zur grundlegenden Struktur und Verarbeitungstechnologie von Produkten wird sich das neue Joint Venture auf die Entwicklung fortschrittlicher Zukunftstechnologien für elektronische Komponenten wie Leistungsmodule für Elektrofahrzeuge oder periphere Überwachungssensoren für autonome Fahrzeuge konzentrieren.

Als einer der wenigen OEMs weltweit, die IGBTs produzieren können, arbeitet Toyota eng mit Fuji Electric, Mitsubishi Electric und Denso zusammen. Denso beteiligt sich an Infineon und kooperiert mit FLOSFIA, einem von der Universität Kyoto gegründeten Technologie-Start-up-Unternehmen, um die Entwicklung und Anwendung von Halbleiterprodukten für die Automobilindustrie zu stärken. Sie alle investieren in die Entwicklung einer neuen Generation von Leistungshalbleitern, um Kosten und Größe von Leistungsmodulen für Elektrofahrzeuge zu reduzieren.

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