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

ระบบไฟฟ้าหลายระบบกำลังเปลี่ยนจากเทคโนโลยีซิลิคอน (Si) ไปเป็นเทคโนโลยีซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) นี่จะเป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่สุดที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าเคยประสบมานับตั้งแต่การเปลี่ยนจากเซมิคอนดักเตอร์แบบไบโพลาร์ไปเป็นทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ที่มีฉนวนกั้น (IGBT) ในช่วงทศวรรษ 1980 การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่หลายอุตสาหกรรมที่ได้รับผลกระทบกำลังเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่ไม่ธรรมดา ตั้งแต่อุตสาหกรรมยานยนต์ไปจนถึงพลังงานแสงอาทิตย์ ข้อดีของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) กลายเป็นสิ่งที่ไม่อาจมองข้ามได้ ในขณะที่กำลังเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญ ผู้เล่นรายใหญ่ทุกรายกำลังทำงานเพื่อบูรณาการซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) เข้ากับเทคโนโลยีของตนให้มากขึ้น

อุตสาหกรรมยานยนต์เป็นตัวอย่างสำคัญของอุตสาหกรรมสมัยใหม่ที่กำลังเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน ในอีกสิบปีข้างหน้า อุตสาหกรรมยานยนต์จะเปลี่ยนจากเครื่องยนต์สันดาปภายในไปสู่ระบบไฟฟ้า การเปลี่ยนซิลิคอน (Si) ไปเป็นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มีบทบาทสำคัญในการทำให้รถยนต์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของผู้บริโภค ในขณะเดียวกันก็ปฏิบัติตามกฎระเบียบของรัฐบาลที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ โซลูชันซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) กำลังช่วยยกระดับรถยนต์ไฟฟ้าไปอีกขั้น ปรับปรุงการใช้งานต่างๆ เช่น โครงสร้างพื้นฐานการชาร์จเร็ว อินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อน และแหล่งจ่ายไฟ และช่วยให้เกิดความก้าวหน้าในการใช้งานต่างๆ เช่น โทรคมนาคม การทหาร และอวกาศ

รูปที่ 1. พนักงานของ Cree ในห้องปฏิบัติการ

โอกาสสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า

บริษัทผู้ผลิตรถยนต์ เช่น เทสลา ฟอร์ด และโฟล์คสวาเกน ได้ประกาศแผนการลงทุนมากกว่า 300 พันล้านดอลลาร์ในรถยนต์ไฟฟ้าในอีกสิบปีข้างหน้า เนื่องจากความต้องการของผู้บริโภคยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องและกฎระเบียบของรัฐบาลเข้มงวดขึ้น นักวิเคราะห์คาดการณ์ว่ารถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ (BEV) จะคิดเป็น 15% ของจำนวนรถยนต์ทั้งหมดภายในปี 2030 ส่งผลให้ตลาดชิ้นส่วนซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าจะเติบโตอย่างก้าวกระโดดในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

ด้วยความสำคัญของการใช้พลังงานไฟฟ้าในปัจจุบัน ผู้ผลิตจึงไม่สามารถมองข้ามข้อดีของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ได้อีกต่อไป ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ช่วยเพิ่มระยะทางการวิ่งของแบตเตอรี่ ปรับปรุงประสิทธิภาพ และลดเวลาในการชาร์จเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีซิลิคอน (Si) ที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าแบบดั้งเดิม ส่งผลให้ซัพพลายเออร์หลายรายประกาศโครงการรถยนต์ไฟฟ้ากับ Cree ตัวอย่างเช่น Delphi Technologies กำลังพัฒนาระบบอินเวอร์เตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ขนาดเล็กลง และน้ำหนักเบาขึ้นโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ในขณะที่ ZF Group กำลังพัฒนาระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าทั้งหมด และ ABB Group กำลังพัฒนาและจัดหาระบบพลังงานต่างๆ ที่ใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)

การปรับปรุงประสิทธิภาพ

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มีการสูญเสียจากการสวิตช์ต่ำกว่า IGBT ที่ใช้ซิลิคอน (Si) มาก นอกจากนี้ อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ไม่มีแรงดันไฟฟ้าภายใน และการสูญเสียจากการนำไฟฟ้าก็ต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด ส่งผลให้ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มีความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าสูงกว่า น้ำหนักเบากว่า และทำงานที่ความถี่สูงกว่า ในการทดสอบด้านยานยนต์ล่าสุด เทคโนโลยีซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ของ Cree ช่วยลดการสูญเสียของอินเวอร์เตอร์ลงได้ประมาณ 78% เมื่อเทียบกับซิลิคอน (Si)

ในอุตสาหกรรมยานยนต์ การปรับปรุงประสิทธิภาพเหล่านี้สามารถนำไปใช้ในระบบขับเคลื่อน ตัวแปลงพลังงาน และเครื่องชาร์จทั้งแบบติดตั้งบนและนอกตัวรถได้ ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) สามารถเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของรถยนต์ไฟฟ้าได้ 5% ถึง 10% เมื่อเทียบกับโซลูชันที่ใช้ซิลิคอน (Si) แบบดั้งเดิม ผู้ผลิตสามารถใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้เพื่อเพิ่มระยะทางการขับขี่หรือลดความจำเป็นในการใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่และราคาแพง นอกจากนี้ ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ยังช่วยลดความต้องการในการระบายความร้อน ประหยัดพื้นที่ และมีน้ำหนักเบากว่าโซลูชันที่ใช้ซิลิคอน (Si) ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ยังเป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องชาร์จเร็ว ซึ่งปัจจุบันสามารถเพิ่มระยะทางได้ถึง 75 ไมล์ในเวลาเพียง 5 นาที

ต้นทุนของวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้มีการนำไปใช้งานเพิ่มมากขึ้น ยกตัวอย่างเช่น รถยนต์ เราประเมินว่าชิ้นส่วนซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้ามีมูลค่าประมาณ 250 ถึง 500 ดอลลาร์สหรัฐ (ขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงาน) การประหยัดต้นทุนโดยรวมสำหรับผู้ผลิตรถยนต์ในด้านแบตเตอรี่ ขนาดและน้ำหนักของแบตเตอรี่และอินเวอร์เตอร์ และความต้องการด้านการระบายความร้อน อาจสูงถึง 2,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อรถยนต์ไฟฟ้าหนึ่งคัน แม้ว่าจะมีปัจจัยอื่นๆ อีกมากมายที่ผลักดันการเปลี่ยนจากซิลิคอน (Si) ไปเป็นซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) แต่ประเด็นนี้ถือเป็นกุญแจสำคัญ

นอกเหนือจากอุตสาหกรรมยานยนต์

ความต้องการจากอุตสาหกรรมยานยนต์คิดเป็นสัดส่วนประมาณครึ่งหนึ่งของโอกาสทางธุรกิจซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มูลค่า 9 พันล้านดอลลาร์ของ Cree ในขณะที่พลังงานแสงอาทิตย์ การบินและอวกาศและการป้องกันประเทศ และโครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารเป็นตัวขับเคลื่อนความต้องการที่สำคัญอื่นๆ จากการประมาณการล่าสุดของ Canaccord Genuity ความต้องการซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) จะเกิน 20 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2030

ภาพที่2. ครี 650V MOSFET

อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ยังช่วยให้บริษัทอุตสาหกรรมและพลังงานสามารถใช้พลังงานและพื้นที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ความหนาแน่นของพลังงาน และน้ำหนักเบาให้กับแหล่งจ่ายไฟอุตสาหกรรมความถี่สูงและเครื่องสำรองไฟ และประโยชน์ของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) นั้นมีมากกว่าต้นทุนของมันเอง ในด้านเหล่านี้ ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นหมายถึงผลกำไรที่สูงขึ้น

ในด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลัง ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มีประสิทธิภาพมากกว่าซิลิคอน (Si) มาก และมีความหนาแน่นของกำลังมากกว่าถึงสามเท่า ทำให้ระบบแรงดันสูงมีน้ำหนักเบา ขนาดเล็ก มีประสิทธิภาพมากขึ้น และคุ้มค่ากว่า ประสิทธิภาพที่เหนือกว่านี้ได้มาถึงจุดเปลี่ยนแล้ว และผู้ผลิตไม่สามารถเพิกเฉยได้อีกต่อไปหากต้องการรักษาความสามารถในการแข่งขันในตลาดปัจจุบัน

อนาคตของเซมิคอนดักเตอร์

ก่อนหน้านี้ ต้นทุนเป็นอุปสรรคสำคัญต่อการนำซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มาใช้ แต่เมื่อผลผลิตและประสบการณ์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ต้นทุนก็ลดลงเรื่อยๆ ส่งผลให้กระบวนการผลิตมีประสิทธิภาพและประณีตมากขึ้น นอกจากนี้ ลูกค้ายังตระหนักว่าคุณค่าที่แท้จริงของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) อยู่ที่ระดับระบบมากกว่าการเปรียบเทียบในระดับอุปกรณ์ เพื่อตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมต่างๆ การผลิตซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) จะได้รับการพัฒนาต่อไป การผลิตจะเติบโตอย่างต่อเนื่อง และราคาจะลดลงอย่างต่อเนื่อง โดยอ้างอิงจาก Cree บริษัทได้ลงทุนอย่างมหาศาลเพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้ รวมถึงการสร้างโรงงานในรัฐนิวยอร์กที่ใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยและได้มาตรฐานระดับยานยนต์ ซึ่งจะเพิ่มกำลังการผลิตมากกว่า 30 เท่าของปี 2017

การเปลี่ยนผ่านจากซิลิคอน (Si) ไปสู่ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ไม่ใช่คำถามว่าจะเกิดขึ้นหรือไม่และเมื่อไหร่ เพราะเราได้มาถึงจุดนั้นแล้ว นับเป็นเรื่องน่าตื่นเต้นที่ได้มีส่วนร่วมอย่างเต็มที่ในการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในหลายอุตสาหกรรม อนาคตของอุตสาหกรรมเหล่านี้ไม่ได้หยุดนิ่งอย่างแน่นอน และเราจะยังคงเห็นการเปลี่ยนแปลงที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนอย่างต่อเนื่อง และผู้ผลิตที่สามารถปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็วจะได้รับผลตอบแทนที่คุ้มค่า

หมายเหตุ: บทความนี้คัดลอกมาจากอินเทอร์เน็ตและสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปเผยแพร่ซ้ำ หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น