Source: This article comes from John Palmour, chief technical officer of Wolfspeed, Cree.

Многие силовые системы переходят от кремниевой (Si) технологии к технологии карбида кремния (SiC). Это станет самым масштабным изменением в полупроводниковой промышленности со времен перехода от биполярных полупроводников к биполярным транзисторам с изолированным затвором (IGBT) в 1980-х годах. Этот сдвиг происходит в то время, когда многие отрасли, затронутые им, переживают необычный период масштабных перемен. От автомобильной промышленности до солнечной энергетики преимущества карбида кремния (SiC) стали неоспоримыми. В условиях значительных изменений все основные игроки работают над дальнейшей интеграцией карбида кремния (SiC) в свои технологии.

Автомобильная промышленность — яркий пример современной отрасли, переживающей беспрецедентные изменения. В течение следующего десятилетия автомобильная промышленность перейдет от двигателей внутреннего сгорания к электрификации. Преобразование кремния (Si) в карбид кремния (SiC) играет важную роль в повышении эффективности электромобилей для удовлетворения потребительских потребностей, а также в соблюдении государственных норм, касающихся последствий изменения климата. Решения на основе карбида кремния (SiC) помогают вывести электромобили «на новый уровень», улучшая такие области применения, как инфраструктура быстрой зарядки, приводные инверторы и источники питания, а также способствуя развитию таких областей, как телекоммуникации, военная и аэрокосмическая промышленность.

Рисунок 1. Сотрудники племени Кри в лаборатории.

Возможности для электромобилей

Автопроизводители, включая Tesla, Ford и Volkswagen, объявили о планах инвестировать более 300 миллиардов долларов в электромобили в течение следующего десятилетия, поскольку потребительский спрос продолжает расти, а государственное регулирование ужесточается. Аналитики прогнозируют, что к 2030 году на долю электромобилей (BEV) будет приходиться 15% автомобильного парка. В результате рынок компонентов из карбида кремния (SiC) для электромобилей будет экспоненциально расти в ближайшие годы.

В условиях такого пристального внимания к электрификации производители больше не могут игнорировать преимущества карбида кремния (SiC). Карбид кремния (SiC) увеличивает запас хода батареи, улучшает ее характеристики и сокращает время зарядки по сравнению с кремниевой (Si) технологией, используемой в обычных электромобилях. В результате многие поставщики объявили о своих инициативах в области электромобилей совместно с компанией Cree. Например, Delphi Technologies разрабатывает более эффективные, компактные и легкие инверторные системы с использованием полупроводников на основе карбида кремния (SiC), а ZF Group разрабатывает полностью электрические силовые установки. ABB Group разрабатывает и поставляет различные силовые системы на основе карбида кремния (SiC).

Повышение эффективности

Карбид кремния (SiC) имеет гораздо меньшие потери при переключении, чем IGBT-транзисторы на основе кремния (Si). Кроме того, устройства на основе карбида кремния не имеют встроенного напряжения, и их потери проводимости значительно ниже. В результате карбид кремния (SiC) обладает более высокой удельной мощностью, легче и работает на более высоких частотах. В недавних автомобильных испытаниях технология карбида кремния (SiC) компании Cree позволила снизить потери в инверторе примерно на 78% по сравнению с кремнием (Si).

В автомобильной промышленности эти улучшения эффективности могут использоваться в силовых агрегатах, преобразователях мощности, а также во внешних и бортовых зарядных устройствах. Карбид кремния (SiC) может повысить общую эффективность электромобилей на 5–10% по сравнению с традиционными решениями на основе кремния (Si). Производители могут использовать это для увеличения запаса хода или уменьшения потребности в громоздких и дорогих батареях. Кроме того, карбид кремния (SiC) снижает требования к охлаждению, экономит место и легче, чем решения на основе кремния (Si). Карбид кремния (SiC) также используется в быстрых зарядных устройствах, которые в настоящее время увеличивают запас хода на 75 миль всего за 5 минут.

Постоянное снижение стоимости решений на основе карбида кремния (SiC) привело к дальнейшему росту их внедрения. На примере автомобилей мы подсчитали, что стоимость компонентов из карбида кремния (SiC), используемых в электромобилях, составляет приблизительно от 250 до 500 долларов (в зависимости от их энергопотребления). Общая экономия для автопроизводителей на стоимости батарей, размерах и весе батарей и инверторов, а также на потребностях в охлаждении может достигать 2,000 долларов на один электромобиль. Хотя существует множество других факторов, стимулирующих переход от кремния (Si) к карбиду кремния (SiC), этот момент является ключевым.

За пределами автомобильной промышленности

Примерно половина из 9 миллиардов долларов, которые компания Cree может заработать на рынке карбида кремния (SiC), приходится на автомобильную промышленность, а также на солнечную энергетику, аэрокосмическую и оборонную промышленность, а также коммуникационную инфраструктуру. Согласно последним оценкам Canaccord Genuity, к 2030 году спрос на карбид кремния (SiC) превысит 20 миллиардов долларов.

图2. МОП-транзистор Cree 650 В

Силовые устройства на основе карбида кремния (SiC) также помогают промышленным и энергетическим компаниям максимально эффективно использовать электроэнергию и пространство. Карбид кремния (SiC) обеспечивает высокочастотным промышленным источникам питания и источникам бесперебойного питания более высокую эффективность, более высокую удельную мощность и меньший вес, а преимущества карбида кремния (SiC) значительно превосходят его стоимость. В этих областях более высокая эффективность означает более высокую прибыль.

В области силовой электроники карбид кремния (SiC) значительно эффективнее кремния (Si) и обладает в три раза большей удельной мощностью, что делает высоковольтные системы легче, меньше, эффективнее и экономичнее. Однако эти превосходные характеристики достигли критической точки, и производители больше не могут закрывать на это глаза, если хотят оставаться конкурентоспособными на современном рынке.

Будущее полупроводников

Ранее основным препятствием для внедрения карбида кремния (SiC) была высокая стоимость. Однако по мере роста объемов производства и накопления опыта его стоимость продолжает снижаться. В результате его производство также стало более эффективным и усовершенствованным. Более того, клиенты понимают, что истинная ценность карбида кремния (SiC) заключается в сравнении на системном уровне, а не на уровне отдельных устройств. Для удовлетворения потребностей различных отраслей промышленности производство карбида кремния (SiC) будет и дальше совершенствоваться, объемы производства будут расти, а его цена будет продолжать снижаться. Взяв за образец компанию Cree, она осуществила масштабные инвестиции для удовлетворения этих потребностей, включая строительство завода в штате Нью-Йорк, использующего передовые технологии и соответствующего автомобильным стандартам, что позволит увеличить производственную мощность более чем в 30 раз по сравнению с 2017 годом.

Переход от кремния (Si) к карбиду кремния (SiC) — это уже не вопрос «если» и «когда», мы уже на этом пути. Захватывающе быть полностью вовлеченным в масштабные изменения во многих отраслях. Будущее этих отраслей определенно не статично, и мы, безусловно, продолжим наблюдать беспрецедентные перемены. И те производители, которые смогут быстро адаптироваться к этим изменениям, пожнут плоды.

Примечание: Данная статья воспроизведена из интернета и направлена ​​на защиту прав интеллектуальной собственности. При перепечатке, пожалуйста, указывайте первоисточник и автора. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации.

Номер телефона компании: +86-0755-83044319
Факс: +86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли

QQ: 332496225 Менеджер Цю

Адрес: Комната 809, корпус C, технологический корпус Чжаньтао, проспект Миньчжи, 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.