W grudniu ubiegłego roku firma Denso ogłosiła, że ​​w ramach wysiłków na rzecz urzeczywistnienia społeczeństwa niskoemisyjnego jej najnowszy model modułu zasilania wspomagającego wyposażonego w wysokiej jakości półprzewodniki mocy z węglika krzemu (SiC) rozpoczął masową produkcję i jest stosowany w On nowy model Toyoty Mirai wprowadzony na rynek 9 grudnia 2020 r.

W prezentacji firma DENSO poinformowała, że ​​opracowała technologię REVOSIC, której celem jest zastosowanie półprzewodników mocy SiC (diod i tranzystorów) w zastosowaniach motoryzacyjnych. Podkreśla, że ​​węglik krzemu jest materiałem półprzewodnikowym o lepszych parametrach w środowiskach o wysokiej temperaturze, wysokiej częstotliwości i wysokim ciśnieniu w porównaniu z konwencjonalnym krzemem (Si). Dlatego zastosowanie SiC w urządzeniach o krytycznym znaczeniu, w celu znacznego zmniejszenia strat mocy, rozmiaru i masy systemów oraz przyspieszenia elektryfikacji, cieszy się dużym zainteresowaniem.

 

W 2014 roku firma DENSO wprowadziła tranzystor SiC do zastosowań poza motoryzacją i wprowadziła go na rynek w produktach audio. DENSO kontynuuje badania nad zastosowaniami w pojazdach, a w 2018 roku Toyota wykorzystała diody SiC w swoim autobusie Sora z ogniwami paliwowymi.

 

Firma DENSO opracowała nowy samochodowy tranzystor SiC, co oznacza, że ​​po raz pierwszy firma wykorzystała SiC w diodach i tranzystorach samochodowych. Nowo opracowane tranzystory SiC zapewniają wysoką niezawodność i wydajność w środowisku motoryzacyjnym, które stanowi wyzwanie dla półprzewodników, dzięki unikalnej konstrukcji i technologii przetwarzania DENSO, wykorzystującej tranzystory MOSFET z bramką typu trench gate. Nowy moduł mocy boost wyposażony w półprzewodniki mocy SiC (diody, tranzystory) ma o około 30% mniejszą objętość i o około 70% mniejsze straty mocy niż konwencjonalne produkty wyposażone w półprzewodniki mocy Si, co przyczynia się do miniaturyzacji. Moduł mocy boost poprawia efektywność paliwową pojazdu.

 

DENSO oświadczyło, że firma będzie kontynuować prace badawczo-rozwojowe nad technologią REVOSIC i rozszerzać jej zastosowanie na pojazdy elektryczne, w tym pojazdy hybrydowe i pojazdy czysto elektryczne, aby pomóc w budowaniu społeczeństwa niskoemisyjnego.

 

Niedawno DENSO wskazało w komunikacie prasowym, że półprzewodniki mocy są jak mięśnie ludzkiego ciała. Porusza komponenty takie jak falowniki i silniki (kończyny) w oparciu o polecenia z ECU (mózgu). Typowe półprzewodniki mocy stosowane w produktach motoryzacyjnych wykonane są z krzemu (Si). Natomiast węglik krzemu charakteryzuje się doskonałą wydajnością w środowiskach o wysokiej temperaturze, wysokiej częstotliwości i wysokim napięciu, pomagając znacznie zmniejszyć straty mocy, rozmiar i wagę falownika. Dlatego też zwrócono uwagę na urządzenia SiC ze względu na przyspieszenie elektryfikacji pojazdów.

 

Denso zwrócił uwagę, że moduł mocy wspomagającej wykorzystujący półprzewodniki mocy z węglika krzemu firmy jest o około 30% mniejszy i ma o 70% mniejsze straty mocy w porównaniu z konwencjonalnymi produktami wykorzystującymi półprzewodniki mocy z krzemu. Pozwala to na mniejsze produkty i większą oszczędność paliwa pojazdu.

 

Inżynierowie Denso powiedzieli również, że w porównaniu do krzemu węglik krzemu ma niski opór, dzięki czemu prąd przepływa łatwiej. Z powodu tej cechy prototypowe urządzenie SiC zostało uszkodzone przez nagły skok prądu o wysokim natężeniu. W tym celu w ramach współpracy wielu działów firmy Denso omówiono, w jaki sposób w pełni wykorzystać wydajność SiC przy niskich stratach, jednocześnie zapobiegając uszkodzeniom urządzeń dostępnych na rynku, i rozwiązano problem za pomocą pomysłu, na który nasz dział nie mógł wpaść sam: użycie specjalnego układu scalonego sterownika do odcięcia prądu przy dużej prędkości.

 

Patent na węglik krzemu: Denso zajmuje piąte miejsce

 

Według raportów Nikkei firmy japońskie i amerykańskie zmonopolizowały 5 najważniejszych patentów związanych z węglikiem krzemu (SiC), materiałem półprzewodnikowym nowej generacji. Według statystyk japońskiej firmy Patent Result Company, zajmującej się analizą patentów, na pierwszym miejscu znajduje się firma Cree ze Stanów Zjednoczonych, zajmująca się produkcją podłoży półprzewodnikowych z węglika krzemu, a za nią plasują się firmy japońskie, takie jak Roma i Sumitomo Electric Industries.

Wyniki obliczono według objętości i uwagi na podstawie danych patentowych USA opublikowanych 29 lipca. Węglik krzemu jest stosowany jako substytut istniejącego materiału podłoża półprzewodników krzemowych, co przyczynia się do poprawy wydajności i oszczędności energii półprzewodników mocy. W takich dziedzinach, jak pojazdy całkowicie elektryczne (EV) i falowniki do fotowoltaicznych systemów wytwarzania energii, zakres zastosowań węglika krzemu stale się poszerza. W zdekarbonizowanym społeczeństwie oczekuje się wzrostu popytu.

 

 Analiza Patent Result pokazuje, że Cree, które zajmuje pierwsze miejsce, ma przewagę w zakresie substratów z węglika krzemu i patentów na krystalizację. Nr 2 Roma i nr 5 Denso mają zalety w zmniejszaniu strat mocy, nr 3 Sumitomo Electric ma silniejszą strukturę krystaliczną niż węglik krzemu, a nr 4 Mitsubishi Electric ma przewagę w strukturze urządzeń półprzewodnikowych.

DENSO ma większe cele

W 2019 roku Toyota i Denso wspólnie ogłosiły utworzenie nowego wspólnego przedsięwzięcia. Nowa firma opracowuje głównie technologię półprzewodników motoryzacyjnych nowej generacji. Skupili się na tlenku galu i diamencie, półprzewodnikach mocy, które mogą stanowić wyzwanie dla SiC (węglika krzemu) i GaN (azotku galu).

Poprzez dogłębne badania nad podstawową strukturą i technologią przetwarzania produktów, nowe wspólne przedsięwzięcie skoncentruje się na rozwoju zaawansowanych, przyszłościowych technologii komponentów elektronicznych, takich jak moduły mocy do pojazdów elektrycznych czy peryferyjne czujniki monitorujące do pojazdów autonomicznych.

Jako jeden z niewielu producentów OEM na świecie, którzy mogą produkować tranzystory IGBT, Toyota ściśle współpracuje z firmami Fuji Electric, Mitsubishi Electric i Denso. Denso, nabywając udziały w Infineon, współpracuje z FLOSFIA, start-upem technologicznym założonym przez Uniwersytet w Kioto, aby wzmocnić rozwój i zastosowanie półprzewodników samochodowych. Wszystkie te firmy inwestują i rozwijają nową generację półprzewodników mocy, aby obniżyć koszty i zmniejszyć rozmiary modułów mocy w pojazdach elektrycznych.

Zastrzeżenie: Ten artykuł pochodzi z „Wide Bandgap Semiconductor Technology Innovation Alliance”. Ten artykuł przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora i nie reprezentuje poglądów Sac Micro ani branży. Służy wyłącznie do ponownego drukowania i udostępniania oraz wspiera ochronę praw własności intelektualnej. Proszę o informację przy ponownym druku. Oryginalne źródło i autor, jeśli doszło do naruszenia, skontaktuj się z nami, aby je usunąć.