In december vorig jaar kondigde Denso aan dat, als onderdeel van zijn inspanningen om een ​​koolstofarme samenleving te realiseren, zijn nieuwste model boost power module, uitgerust met hoogwaardige siliciumcarbide (SiC) vermogenshalfgeleiders, met massaproductie is begonnen en wordt gebruikt in On het nieuwe Toyota Mirai-model gelanceerd op 9 december 2020.

In de presentatie verklaarde DENSO dat het bedrijf de REVOSIC-technologie heeft ontwikkeld die gericht is op de toepassing van SiC-vermogenshalfgeleiders (diodes en transistors) in automobieltoepassingen. Zij wezen erop dat siliciumcarbide een halfgeleidermateriaal is met superieure prestaties bij hoge temperaturen, hoge frequenties en hoge druk in vergelijking met conventioneel silicium (Si). Daarom heeft het gebruik van SiC in kritische apparaten om het vermogensverlies, de omvang en het gewicht van systemen aanzienlijk te verminderen en de elektrificatie te versnellen, veel aandacht getrokken.

 

In 2014 introduceerde DENSO een SiC-transistor voor niet-automobieltoepassingen en bracht deze op de markt voor audioproducten. DENSO zet zijn onderzoek naar toepassingen in voertuigen voort en in 2018 gebruikte Toyota SiC-diodes in voertuigen in zijn Sora-brandstofcelbus.

 

DENSO heeft nu een nieuwe SiC-transistor voor de automobielindustrie ontwikkeld. Dit is de eerste keer dat DENSO SiC gebruikt voor diodes en transistors in de automobielindustrie. De nieuw ontwikkelde SiC-transistors bieden een hoge betrouwbaarheid en hoge prestaties in de automobielindustrie, een uitdaging voor halfgeleiders, dankzij DENSO's unieke structuur en verwerkingstechnologie, waarbij gebruik wordt gemaakt van trench gate MOSFET's. De nieuwe boost-powermodule, uitgerust met SiC-vermogenshalfgeleiders (diodes en transistors), is ongeveer 30% kleiner in volume en heeft ongeveer 70% minder vermogensverlies dan conventionele producten met Si-vermogenshalfgeleiders, wat bijdraagt ​​aan miniaturisatie. De boost-powermodule verbetert de brandstofefficiëntie van voertuigen.

 

DENSO zei dat het bedrijf zal blijven werken aan het onderzoek en de ontwikkeling van REVOSIC-technologie en de toepassing ervan zal uitbreiden naar elektrische voertuigen, inclusief hybride elektrische voertuigen en puur elektrische voertuigen, om zo te helpen een koolstofarme samenleving op te bouwen.

 

Onlangs heeft DENSO er in een persbericht op gewezen dat vermogenshalfgeleiders vergelijkbaar zijn met de spieren van het menselijk lichaam. Het beweegt componenten zoals omvormers en motoren (ledematen) op basis van opdrachten van de ECU (hersenen). Typische vermogenshalfgeleiders die in autoproducten worden gebruikt, zijn gemaakt van silicium (Si). Siliciumcarbide presteert daarentegen superieure prestaties bij hoge temperaturen, hoge frequenties en hoge spanningen, waardoor het vermogensverlies, de omvang en het gewicht van de omvormer aanzienlijk worden verminderd. Daarom hebben SiC-apparaten aandacht gekregen vanwege hun versnelling van de elektrificatie van voertuigen.

 

Denso wees erop dat de boost power-module die gebruik maakt van de siliciumcarbide halfgeleiders van het bedrijf ongeveer 30% kleiner is en 70% minder vermogensverlies heeft dan conventionele producten die gebruik maken van silicium power halfgeleiders. Dit maakt kleinere producten en een verbeterde brandstofefficiëntie van voertuigen mogelijk.

 

Ingenieurs van Denso zeiden ook dat siliciumcarbide, vergeleken met silicium, een lage weerstand heeft, waardoor de stroom gemakkelijker vloeit. Vanwege dit kenmerk werd een prototype van een SiC-apparaat beschadigd door een plotselinge hoge stroomstoot. Daartoe heeft Denso's samenwerking tussen meerdere afdelingen besproken hoe we ten volle kunnen profiteren van de verliesarme prestaties van SiC en tegelijkertijd schade aan apparaten op de markt kunnen voorkomen, en het probleem hebben opgelost met een idee dat onze afdeling niet alleen kon bedenken: met behulp van een speciaal driver-IC om de stroom op hoge snelheid af te sluiten.

 

Patent op siliciumcarbide: Denso staat op de vijfde plaats

 

Volgens Nikkei-rapporten hebben Japanse en Amerikaanse bedrijven de top vijf van patenten met betrekking tot siliciumcarbide (SiC), een halfgeleidermateriaal van de nieuwe generatie, gemonopoliseerd. Volgens de statistieken van de Japanese Patent Result Company, die zich bezighoudt met patentanalyse, staat Cree uit de Verenigde Staten, die betrokken is bij halfgeleidersubstraten van siliciumcarbide, op de eerste plaats, gevolgd door Japanse bedrijven als Roma en Sumitomo Electric Industries.

De scores zijn berekend op basis van volume en aandacht, gebaseerd op Amerikaanse patentgegevens die op 29 juli zijn vrijgegeven. Siliciumcarbide wordt gebruikt als vervanging voor het bestaande siliciumhalfgeleidersubstraatmateriaal, wat bijdraagt ​​aan het verbeteren van de prestaties en energiebesparing van vermogenshalfgeleiders. Op gebieden zoals puur elektrische voertuigen (EV's) en omvormers voor fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen wordt het toepassingsbereik van siliciumcarbide voortdurend uitgebreid. In een koolstofarme samenleving wordt verwacht dat de vraag zal toenemen.

 

 Uit de analyse van Patent Result blijkt dat Cree, die op de eerste plaats staat, voordelen heeft op het gebied van siliciumcarbidesubstraten en kristallisatieoctrooien. Nr. 2 Roma en nr. 5 Denso hebben voordelen bij het verminderen van vermogensverlies, nr. 3 Sumitomo Electric heeft een sterkere kristalstructuur dan siliciumcarbide, en nr. 4 Mitsubishi Electric heeft een voordeel wat betreft de structuur van halfgeleiderapparaten.

DENSO heeft grotere doelen

In 2019 kondigden Toyota en Denso gezamenlijk een nieuwe joint venture aan. Het nieuwe bedrijf ontwikkelt voornamelijk halfgeleidertechnologie voor de automobielsector van de volgende generatie. Ze richtten hun blik op galliumoxide en diamant, vermogenshalfgeleiders die SiC (siliciumcarbide) en GaN (galliumnitride) kunnen uitdagen.

Door diepgaand onderzoek naar de basisstructuur en verwerkingstechnologie van producten zal de nieuwe joint venture zich richten op de ontwikkeling van geavanceerde toekomstgerichte technologieën voor elektronische componenten zoals voedingsmodules voor elektrische voertuigen of perifere monitoringsensoren voor autonome voertuigen.

Als een van de weinige OEM's ter wereld die IGBT's kan produceren, werkt Toyota nauw samen met Fuji Electric, Mitsubishi Electric en Denso. Denso, dat een belang neemt in Infineon, werkt samen met FLOSFIA, een technologische start-up opgericht door de Universiteit van Kyoto, om de ontwikkeling en toepassing van halfgeleiderproducten voor de automobielindustrie te versterken. Ze investeren allemaal in en ontwikkelen een nieuwe generatie vermogenshalfgeleiders om de kosten en omvang van vermogensmodules voor elektrische voertuigen te verlagen en te verkleinen.

Disclaimer: dit artikel is overgenomen van de "Wide Bandgap Semiconductor Technology Innovation Alliance". Dit artikel vertegenwoordigt alleen de persoonlijke mening van de auteur en vertegenwoordigt niet de mening van Sac Micro en de industrie. Het is alleen bedoeld voor herdrukken en delen, en ondersteunt de bescherming van intellectuele eigendomsrechten. Geef dit bij herdruk aan. De oorspronkelijke bron en auteur. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen.