Große ausländische Siliziumkarbid-Fabriken: verrückte Erweiterung der Produktionskapazitäten und reichhaltiges Produktportfolio
Expansion aus Siliziumkarbid
Zwei neue Halbleitermaterialien, Siliziumkarbid und Galliumnitrid, sind aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit, hohen Druckbeständigkeit und ihrer Hochfrequenzeigenschaften weit verbreitet auf dem Gebiet der Leistungsbauelemente verwendet worden. Insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen siliziumbasierten Leistungsbauelementen haben Siliziumkarbid-Leistungsbauelemente die physikalischen Grenzen herkömmlicher siliziumbasierter Materialien durchbrochen. Die Temperaturbeständigkeit von Siliziumkarbid ist doppelt so hoch wie die von siliziumbasierten Materialien. Die elektrische Durchbruchfeldstärke beträgt auch um ein Vielfaches höher als bei siliziumbasierten Materialien. Siliziumkarbid-Werkstoffe haben sich zur besten Lösung für Hochtemperatur-, Hochdruck- und Hochleistungsgeräte entwickelt.

Der allgemeine Trend zur „Kohlenstoffneutralität“ hat die Aufmerksamkeit der Menschen auf hocheffiziente und stabile Leistungshalbleitermaterialien der dritten Generation wie Siliziumkarbid und Galliumnitrid erhöht. Siliziumkarbid-Leistungsgeräte wurden auch im Rahmen der schnellen Entwicklung von Industrie, Automobilen, Schienenverkehr, photovoltaischer Stromerzeugung usw. vollständig eingesetzt.Die Marktnachfrage nach Siliziumkarbid ist sehr wohlhabend, und die Marktdurchdringungsrate nimmt ebenfalls von Jahr zu Jahr zu.

Laut CASA-Statistiken wird der Gesamtproduktionswert von inländischen Halbleitern der dritten Generation, leistungselektronischen Geräten und elektronischen Hochfrequenzgeräten im Jahr 2020 mehr als 10 Milliarden Yuan erreichen. Unter ihnen erreichte der Produktionswert von Siliziumkarbid- und Galliumnitrid-Geräten 4,47 Milliarden Yuan, ein Anstieg von 54 % gegenüber dem Vorjahr. Gleichzeitig wird geschätzt, dass bis 2025 die Größe der SiC-Leistungsgeräte auf dem globalen Automobilmarkt um 38,0 % zunehmen wird, was bis dahin einen Gesamtmarktwert von 10 Milliarden Yuan bringen wird, und es gibt viel Raum für SiC Entwicklung.

Nachdem die Produktionskapazitäten für neue Energiefahrzeuge und photovoltaische Stromerzeugung freigesetzt wurden, wächst die Nachfrage des Marktes nach Siliziumkarbid-Leistungsgeräten weiter und konzentriert sich auf den globalen Siliziumkarbid-Markt. Der internationale Markt basiert nach wie vor auf den USA, Deutschland und Deutschland, wobei ausländische Unternehmen wie Japan eine dominierende Stellung einnehmen.

Wolfspeed, ein US-Unternehmen, das 45 % der Sendungen ausmacht

Als führendes Unternehmen von Leistungshalbleitern der dritten Generation hat Wolfspeed 2019 sein branchenführendes Beleuchtungsgeschäft verkauft und den Fokus der Branche auf den Bereich der Leistungshalbleiter der dritten Generation verlagert. Laut Statistiken der Halbleiterindustrie machten die SiC-Wafer-Lieferungen von Wolfspeed im ersten Halbjahr 2020 45% des weltweiten Gesamtvolumens aus. Die Siliziumkarbid-Produkte von Wolfspeed umfassen SiC-Schottky-Dioden, SiC-MOSFET-Komponenten und -Module, die in der Industrie und im Automobilbereich eingesetzt werden.

In Bezug auf Siliziumkarbid-Schottky-Dioden hat Wolfspeed die sechste Generation von Produkten in Industriequalität mit einer maximalen Spannungsfestigkeit von 650 V und Nennströmen von 4 A, 6 A, 8 A und 10 A auf den Markt gebracht. Wirkungsgrad sehr gut, und es treten keine Probleme mit Rückstrom und thermischem Durchgehen auf. Gleichzeitig haben sich auch SiC-Schottky-Dioden in Autoqualität zur dritten Generation entwickelt, mit einer maximalen Stehspannung von 650 V und Nennströmen von 8 A, 20 A und 30 A. In der Praxis wird die Leistungsdichte des Systems weiter erhöht verbessert und das System wird reduziert.Das Volumen, ohne dass ein zusätzliches Kühlsystem benötigt wird, kann auch eine gute Temperaturregelung erreichen und wird hauptsächlich in Autoladesystemen und Batteriemanagementsystemen verwendet.

In Bezug auf Siliziumkarbid-MOSFETs haben sich Wolfspeed-Produkte in Industriequalität und Produkte in Automobilqualität bis zur dritten Generation entwickelt.Unter ihnen hat die Stehspannung der Produkte in Industriequalität der zweiten Generation 1700 V erreicht, was die höchste unter den Produkten in Industriequalität ist Strombereiche von 5A bis 115A werden abgedeckt. Gleichzeitig hat die Stehspannung von Produkten in Autoqualität 1200 V erreicht, und der Nennstrom hat zwei Optionen: 22 A und 32 A. Im Allgemeinen weist der Siliziumkarbid-MOSFET von Wolfspeed eine gute Leistung in Bezug auf die Spannungsfestigkeit und den Standby-Stromverbrauch auf und verbessert die Schaltfrequenz und Leistungsdichte des Systems.
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Quelle: Wolfspeed

Die Anwendungsvorteile von Siliziumkarbid-Leistungsgeräten im Bereich von Elektrofahrzeugen sind sehr ausgeprägt und auch die Entwicklungsperspektiven sind sehr vielversprechend. Um die potenzielle Leistung von Siliziumkarbid-Leistungsgeräten im Automobilbereich eingehender zu untersuchen, hat Wolfspeed eine Kooperationsbeziehung mit dem Volkswagen-Konzern geschlossen, um der Öffentlichkeit bessere Siliziumkarbid-Lösungen anzubieten und freut sich gemeinsam auf die zukünftige Entwicklung von Siliziumkarbid und die Entwicklung von Siliziumkarbid in der Zukunft fördern.Die Anwendung im Bereich der Elektrofahrzeuge wird Elektrofahrzeuge mit größerer Reichweite, niedrigeren Produktionskosten und schnellerer Nachschubgeschwindigkeit schaffen.

Im Jahr 2019 investierte Wolfspeed 1 Milliarde Yuan in die Erweiterung der Produktionskapazität von Siliziumkarbid-Leistungsbauteilen und Epitaxiewafern, von denen ein Teil für den Bau des „weltgrößten“ Siliziumkarbid-Waferwerks in Massey Township, New York, verwendet wird, das voraussichtlich fertiggestellt und 2022 in Betrieb genommen. Die Fabrik wird hauptsächlich für die Herstellung von 200-mm-Siliziumkarbid-Wafern in Automobilqualität verwendet. Der andere Teil wird für den Bau einer 200-mm-Siliziumkarbid-Wafer-Anlage in Durham, USA, verwendet. Die Produktionslinie wird vollautomatisiert produziert. Die Produktionslinie soll laut Plan 2024 in Betrieb gehen und die Die Produktionskapazität von Siliziumkarbidprodukten wird deutlich erhöht. Wolfspeed gab offiziell bekannt, dass bis dahin der Anteil des Produktgeschäfts mit SiC- und GaN-Geräten den Anteil des Werkstoffgeschäfts mit einem Umsatz von 1,5 Milliarden US-Dollar und einem Nettogewinn von 375 Millionen US-Dollar übersteigen wird.

Deutsches Unternehmen Infineon, ein hochrangiges Siliziumkarbid-Leistungsgerät

Infineon engagiert sich seit vielen Jahren intensiv im Bereich Siliziumkarbid, hat 2001 die erste Siliziumkarbid-Diode auf den Markt gebracht und verfügt über eine relativ tiefe technische Ausstrahlung. Derzeit umfassen Infineons Hauptprodukte von Siliziumkarbid-Leistungsgeräten: MOSFET, Schottky-Diode und kombinierte Module aus MOSFET und Diode.

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Quelle: offizielle Website von Infineon

Infineon ist der erste Anbieter von diskreten Siliziumkarbid-Netzteilen und durchbricht mit seinen Siliziumkarbid-Dioden die physikalischen Grenzen traditioneller Materialien auf Siliziumbasis und erhöht die ursprüngliche Spannungsfestigkeit von nur 150 V Dioden auf 1200 V. Die Siliziumkarbid-Dioden von Infineon erfüllen die Anforderungen auf Fahrzeugniveau und Industriequalität: Unter anderem haben Siliziumkarbid-Diodenprodukte in Industriequalität drei Serien von 600 V, 650 V und 1200 V und Siliziumkarbid-Produkte in Automobilqualität haben nur eine Serie von 650 V. Die Dioden von Infineon haben sich mittlerweile zur fünften Generation entwickelt. Im Vergleich zu Diodenstrukturen anderer Hersteller gibt es einige Unterschiede: Infineon kombiniert die Vorteile von Schottky-Dioden und PN-Übergangsdioden, um die Leistung von Dioden zu verbessern dotiertes Fenster wird dem dotierten N-Typ-Gebiet der Schottky-Diode hinzugefügt. Mit technologischen Upgrades haben die Dioden der fünften Generation von Infineon die Leitungsverluste im Vergleich zu Produkten der vorherigen Generation um 30 % reduziert und ihre Stoßstromfestigkeit ist etwa 13-mal höher als der Nennstrom, was die Sicherheit des Systems erheblich verbessert.

Auch bei den Siliziumkarbid-MOSFETs decken die Produkte von Infineon sowohl Automobil- als auch Industrieanwendungen ab. Darunter haben Einrohr-Siliziumkarbid-MOSFETs in Industriequalität eine Spannungsfestigkeit von bis zu 1700 V. Es wurden auch Produkte mit 650 V und 1200 V entwickelt, und es gibt nur eine 1200-V-Serie unter den Produkten in Automobilqualität. Der Siliziumkarbid-MOSFET von Infineon verwendet fortschrittliche asymmetrische Trench-Halbleitertechnologie.Nach der Optimierung beträgt der Abschaltverlust nur 20 % des IGBT in einer Arbeitsumgebung von 25 °C und der Abschaltverlust nur 20 % des IGBT in einer Arbeitsumgebung von 175° C. 10 % IGBT, extrem niedrige Schaltverluste. Wenn der Laststrom 15 A beträgt, beträgt der Durchlassspannungsabfall nur die Hälfte des IGBT und der Leitungsverlust ist gering. Im Zustand des wiederholten Freilaufs kann der Siliziumkarbid-MOSFET von Infineon auch als Fast-Recovery-Diode verwendet werden, und seine Leistung ist höher als die von gewöhnlichen Dioden.
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Quelle: Infineon

Im Mai dieses Jahres hat Infineon ein neues fahrzeugtaugliches Leistungsmodul HybridPACK Drive CoolSiC mit einer Nennspannung von 1200 V und zwei Versionen mit einem Nennstrom von 400 A/200 A auf den Markt gebracht. Das Leistungsmodul verwendet die CoolSiC-Trench-MOSFET-Technologie, die im Traktionswechselrichter von Elektrofahrzeugen verwendet wird, kann eine Leistung von bis zu 250 kW mit hoher Leistungsdichte und hohen Leistungsmerkmalen erreichen, um Fahrzeugen eine längere Batterielebensdauer und einen höheren Wirkungsgrad zu bieten, die Batteriekosten zu senken von Elektrofahrzeugen. Laut Jung, dem Leiter des Elektrifizierungsteams von Hyundai Motor, kann der Einsatz des CoolSiC-Leistungsmoduls von Infineon die Reichweite von Elektrofahrzeugen um mehr als 5 % erhöhen.

Im Hinblick auf die Zusammenarbeit haben Infineon und der japanische Waferhersteller Showa Denko im Mai dieses Jahres laut ausländischen Medienberichten eine Kooperation bei der Lieferung von Siliziumkarbid-Materialien vereinbart, die den Substratbedarf von Infineon für die Entwicklung von Siliziumkarbid sichert. Zuvor haben Infineon und Wolfspeed auch einen langfristigen Liefervertrag für Siliziumkarbid-Wafer unterzeichnet, um die marktbeherrschende Stellung von Infineon bei Leistungsgeräten im Automobil- und Industriebereich zu festigen.

ROHM, das erste japanische Unternehmen, das Siliziumkarbid-Leistungsmodule auf den Markt bringt

ROHM verfügt über die Fähigkeiten zur Herstellung von Siliziumkarbid-Material, Waferherstellung, Chip-Packaging und -Tests, und seine Siliziumkarbid-Produkte sind in der Branche ziemlich einflussreich. Die Siliziumkarbid-Produkte von ROHM umfassen Dioden, MOSFETs und Leistungsmodule, und ROHM ist der weltweit erste Hersteller, der Siliziumkarbid-Leistungsmodule auf den Markt bringt.
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Quelle: ROHM

Im Juli dieses Jahres hat ROHM die RGWxx65C-Serie von IGBT-Produkten auf den Markt gebracht.Die RGWxx65C-Serie verfügt über eine eingebaute SiC-Schottky-Diode im Rückkopplungsteil des IGBT.Da die Siliziumkarbid-Diode keinen Sperrstrom hat, ist die RGWxx65C-Serie sind Einschalter, der Verlust ist relativ gering und es hat die Zertifizierung des AEC-Q101-Standards für Automobilvorschriften bestanden und kann im Industrie- und Automobilbereich verwendet werden. Laut ROHM wird der Schaltverlust dieser Produktserie bei der Anwendung von Traktionswechselrichtern für Elektrofahrzeuge um 67 % im Vergleich zu herkömmlichen IGBTs und um 24 % im Vergleich zu SJ-MOSFETs reduziert. In Bezug auf die Wirkungsgradumwandlung können die Produkte der RGWxx65C-Serie eine hohe Wirkungsgradumwandlung von mehr als 97 % garantieren.Bei einer Betriebsfrequenz von 100 kHz liegt der Umwandlungswirkungsgrad um 3 % höher als der herkömmlicher IGBT. Was die Produktionskapazität angeht, befindet es sich noch im Musterstadium und soll laut Plan im Dezember dieses Jahres in einer Größenordnung von 20.000 Stück pro Monat in die Massenproduktion gehen.

In Bezug auf Siliziumkarbid-Dioden wurden die Dioden von ROHM zu den Produkten der dritten Generation entwickelt, von denen die Produkte der zweiten Generation eine maximale Stehspannung von 1200 V erreicht haben und der Nennstrom zwischen 5 A und 40 A liegt. Die Dioden der Produkte der dritten Generation sind hauptsächlich auf 650 V konzentriert, zwischen 2 A und 20 A. Der Designprozess der JBS-Struktur wird übernommen. Unter den gleichen Arbeitsbedingungen wird die Überspannungsschutzfähigkeit der dritten Generation im Vergleich zur zweiten verdoppelt -Generation-Produkte. , Der Leitungsverlust wurde ebenfalls reduziert. Gleichzeitig beträgt der Ableitstrom des Produkts der dritten Generation nur 1/20 des Produkts der vorherigen Generation.

In Bezug auf den Siliziumkarbid-MOSFET hat ROHM den Trench-Gate-Siliziumkarbid-MOSFET der dritten Generation vorgestellt, der hauptsächlich zwei Spannungsebenen von 650 V und 1200 V umfasst. Der Einschaltwiderstand des Trench-Gate-Siliziumkarbid-MOSFET der dritten Generation wird im Vergleich zum planaren Siliziumkarbid-MOSFET der zweiten Generation um die Hälfte reduziert, wodurch der Systemstromverbrauch reduziert wird. Unter ihnen hat die SCT3-Serie den Verpackungsprozess verbessert und einen 4-Pin-Gehäuseprozess eingeführt. Laut ROHM-Beamten hat der 4-Pin-Siliziumkarbid-MOSFET einen um 35 % niedrigeren Schaltverlust als das 3-Pin-Gehäuse, wodurch die Systemeffizienz verbessert wird .

Um der steigenden Marktnachfrage nach Siliziumkarbid-Leistungsgeräten gerecht zu werden, hat ROHM 2019 mit dem Ausbau der Apollo-Fabrik begonnen. Das Projekt wird Ende 2020 abgeschlossen sein. Es wird erwartet, dass es offiziell in Betrieb genommen wird Die Produktionsfläche der neuen Fabrik wird bis 2022 nahezu verdoppelt und laut Tokken Suwon, Direktor des ROHM Technology Centers, wird die Siliziumkarbid-Produktionskapazität von ROHM bis 2025 16-mal höher sein als im Jahr 2017.