Nel dicembre dello scorso anno, Denso ha annunciato che, nell'ambito dei suoi sforzi per realizzare una società a basse emissioni di carbonio, il suo ultimo modello di modulo di potenza boost dotato di semiconduttori di potenza in carburo di silicio (SiC) di alta qualità ha avviato la produzione di massa e viene utilizzato in On il nuovo modello Toyota Mirai lanciato il 9 dicembre 2020.

Nella presentazione, DENSO ha affermato di aver sviluppato la tecnologia REVOSIC, volta ad applicare i semiconduttori di potenza SiC (diodi e transistor) alle applicazioni automobilistiche. L'azienda ha sottolineato che il carburo di silicio è un materiale semiconduttore con prestazioni superiori in ambienti ad alta temperatura, alta frequenza e alta pressione rispetto al silicio (Si) convenzionale. Pertanto, l'uso del SiC in dispositivi critici per ridurre significativamente la perdita di potenza, le dimensioni e il peso dei sistemi e accelerare l'elettrificazione ha attirato notevole attenzione.

 

Nel 2014, DENSO ha introdotto un transistor SiC per applicazioni non automobilistiche e lo ha commercializzato per prodotti audio. DENSO continua la sua ricerca sulle applicazioni veicolari e nel 2018 Toyota ha utilizzato diodi SiC per applicazioni veicolari nel suo autobus a celle a combustibile Sora.

 

Ora, DENSO ha sviluppato un nuovo transistor SiC per il settore automobilistico, segnando la prima volta in cui DENSO utilizza il SiC per diodi e transistor per il settore automobilistico. I transistor SiC di nuova concezione offrono elevata affidabilità e prestazioni elevate nell'ambiente automobilistico, che presenta sfide per i semiconduttori, grazie alla struttura e alla tecnologia di elaborazione esclusive di DENSO, che applica MOSFET con gate trench. Il nuovo modulo di potenza boost dotato di semiconduttori di potenza SiC (diodi, transistor) ha un volume inferiore di circa il 30% e una perdita di potenza inferiore di circa il 70% rispetto ai prodotti convenzionali dotati di semiconduttori di potenza Si, contribuendo alla miniaturizzazione. Modulo di potenza boost per migliorare l'efficienza del carburante del veicolo.

 

DENSO ha affermato che la società continuerà a lavorare sulla ricerca e sullo sviluppo della tecnologia REVOSIC e ad espandere la sua applicazione ai veicoli elettrici, compresi i veicoli elettrici ibridi e i veicoli elettrici puri, in modo da contribuire a costruire una società a basse emissioni di carbonio.

 

Recentemente DENSO ha sottolineato in un comunicato stampa che i semiconduttori di potenza sono come i muscoli del corpo umano. Muove componenti come inverter e motori (arti) in base ai comandi dell'ECU (cervello). I tipici semiconduttori di potenza utilizzati nei prodotti automobilistici sono realizzati in silicio (Si). Al contrario, il carburo di silicio offre prestazioni superiori in ambienti ad alta temperatura, alta frequenza e alta tensione, contribuendo a ridurre significativamente la perdita di potenza, le dimensioni e il peso dell'inverter. Pertanto, i dispositivi SiC hanno ricevuto attenzione per la loro accelerazione dell’elettrificazione dei veicoli.

 

Denso ha sottolineato che il modulo boost power che utilizza i semiconduttori di potenza al carburo di silicio dell'azienda ha dimensioni più piccole di circa il 30% e una perdita di potenza inferiore del 70% rispetto ai prodotti convenzionali che utilizzano semiconduttori di potenza al silicio. Ciò consente prodotti più piccoli e una migliore efficienza del carburante del veicolo.

 

Gli ingegneri Denso hanno anche affermato che, rispetto al silicio, il carburo di silicio ha una bassa resistenza, quindi la corrente scorre più facilmente. A causa di questa caratteristica, un prototipo di dispositivo SiC è stato danneggiato da un improvviso picco di corrente elevata. A tal fine, la collaborazione multi-dipartimento di Denso ha discusso su come sfruttare appieno le prestazioni a basse perdite del SiC prevenendo al contempo danni ai dispositivi sul mercato, e ha risolto il problema con un'idea che il nostro dipartimento non avrebbe potuto elaborare da solo: utilizzando uno speciale driver IC per interrompere la corrente ad alta velocità.

 

Brevetto sul carburo di silicio: Denso al quinto posto

 

Secondo i rapporti del Nikkei, le aziende giapponesi e americane hanno monopolizzato i 5 principali brevetti relativi al carburo di silicio (SiC), un materiale semiconduttore di nuova generazione. Secondo le statistiche della Japanese Patent Result Company, che si occupa di analisi dei brevetti, al primo posto c'è la statunitense Cree, che si occupa di substrati per semiconduttori in carburo di silicio, seguita da aziende giapponesi come Roma e Sumitomo Electric Industries.

I punteggi sono stati calcolati in base al volume e all'attenzione, sulla base dei dati sui brevetti statunitensi rilasciati il ​​29 luglio. Il carburo di silicio viene utilizzato come sostituto del materiale esistente del substrato semiconduttore di silicio, che contribuisce a migliorare le prestazioni e il risparmio energetico dei semiconduttori di potenza. In campi come quelli dei veicoli elettrici puri (EV) e degli inverter per i sistemi di generazione di energia fotovoltaica, il campo di applicazione del carburo di silicio è in continua espansione. In una società decarbonizzata, la domanda dovrebbe espandersi.

 

 L'analisi dei risultati dei brevetti mostra che Cree, che è al primo posto, presenta vantaggi nei substrati di carburo di silicio e nei brevetti di cristallizzazione. N. 2 Roma e N. 5 Denso presentano vantaggi nel ridurre la perdita di potenza, N. 3 Sumitomo Electric ha una struttura cristallina più forte rispetto al carburo di silicio e N. 4 Mitsubishi Electric ha un vantaggio nella struttura dei dispositivi a semiconduttore.

DENSO ha obiettivi più grandi

Nel 2019, Toyota e Denso hanno annunciato congiuntamente una nuova joint venture. La nuova società sviluppa principalmente la tecnologia dei semiconduttori automobilistici di prossima generazione. Hanno messo gli occhi sull'ossido di gallio e sul diamante, semiconduttori di potenza che possono sfidare il SiC (carburo di silicio) e il GaN (nitruro di gallio).

Attraverso una ricerca approfondita sulla struttura di base e sulla tecnologia di lavorazione dei prodotti, la nuova joint venture si concentrerà sullo sviluppo di tecnologie avanzate e lungimiranti per componenti elettronici come moduli di potenza per veicoli elettrici o sensori di monitoraggio periferici per veicoli autonomi.

Essendo uno dei pochi OEM al mondo in grado di produrre IGBT, Toyota collabora attivamente con Fuji Electric, Mitsubishi Electric e Denso. Denso, acquisendo una partecipazione in Infineon, collabora con FLOSFIA, una start-up tecnologica fondata dall'Università di Kyoto, per rafforzare lo sviluppo e l'applicazione di prodotti a semiconduttore per l'automotive. Tutte queste aziende stanno investendo e sviluppando una nuova generazione di dispositivi a semiconduttore di potenza per ridurre i costi e le dimensioni dei moduli di potenza per veicoli elettrici.

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