Grandi fabbriche straniere di carburo di silicio: folle espansione della capacità produttiva e ricco portafoglio di prodotti
Espansione al carburo di silicio
Due nuovi materiali semiconduttori, carburo di silicio e nitruro di gallio, sono stati ampiamente utilizzati nel campo dei dispositivi di potenza grazie alla loro resistenza alle alte temperature, resistenza alle alte pressioni e caratteristiche ad alta frequenza. In particolare, rispetto ai tradizionali dispositivi di potenza a base di silicio, i dispositivi di potenza al carburo di silicio hanno superato i limiti fisici dei tradizionali materiali a base di silicio.La resistenza alla temperatura del carburo di silicio è il doppio di quella dei materiali a base di silicio.L'intensità del campo di scarica elettrica è anche parecchie volte superiore a quello dei materiali a base di silicio. I materiali in carburo di silicio sono diventati la soluzione migliore per apparecchiature ad alta temperatura, alta pressione e alta potenza.

La tendenza generale della "neutralità del carbonio" ha aumentato l'attenzione della gente verso materiali semiconduttori di potenza di terza generazione stabili e ad alta efficienza come il carburo di silicio e il nitruro di gallio. I dispositivi di potenza al carburo di silicio sono stati pienamente applicati anche sotto il rapido sviluppo dell'industria, delle automobili, del trasporto ferroviario, della generazione di energia fotovoltaica e di altri campi.La domanda di mercato per il carburo di silicio è molto prospera e anche il tasso di penetrazione del mercato aumenta di anno in anno.

Secondo le statistiche CASA, il valore della produzione totale di semiconduttori domestici di terza generazione, dispositivi elettronici di potenza e dispositivi elettronici a radiofrequenza raggiungerà più di 10 miliardi di yuan nel 2020. Tra questi, il valore di uscita dei dispositivi al carburo di silicio e al nitruro di gallio ha raggiunto i 4,47 miliardi di yuan, con un aumento del 54% su base annua. Allo stesso tempo, si stima che entro il 2025, la scala dei dispositivi di potenza SiC nel mercato automobilistico globale aumenterà del 38,0%, il che porterà a un valore di mercato totale di 10 miliardi di yuan per allora, e c'è enorme spazio per SiC sviluppo.

Ora che è stata rilasciata la capacità di produzione di veicoli di nuova energia e generazione di energia fotovoltaica, la domanda del mercato di dispositivi di potenza in carburo di silicio continua ad espandersi, concentrandosi sul mercato globale del carburo di silicio.A causa del tardivo avvio dei produttori nazionali nel campo dei semiconduttori di potenza, il mercato internazionale è ancora basato su Stati Uniti, Germania e Germania, mentre le società straniere come il Giappone occupano una posizione dominante.

Wolfspeed, azienda statunitense che rappresenta il 45% delle spedizioni

In qualità di azienda leader nei semiconduttori di potenza di terza generazione, Wolfspeed ha venduto l'attività di illuminazione del suo settore leader nel 2019 e ha spostato l'attenzione del settore sul campo dei semiconduttori di potenza di terza generazione. Secondo le statistiche dell'industria dei semiconduttori, le spedizioni di wafer SiC di Wolfspeed nella prima metà del 2020 hanno rappresentato il 45% del totale globale. I prodotti in carburo di silicio di Wolfspeed comprendono diodi Schottky SiC, componenti e moduli MOSFET SiC, utilizzati nei settori industriale e automobilistico.

In termini di diodi Schottky al carburo di silicio, Wolfspeed ha lanciato la sesta generazione di prodotti di livello industriale con una tensione di tenuta massima di 650 V e correnti nominali che coprono 4 A, 6 A, 8 A e 10 A. Nel convertitore boost PFC, può migliorare il sistema- livello di efficienza molto bene, e non ci saranno problemi di corrente di recupero inversa e di fuga termica. Allo stesso tempo, anche i diodi Schottky SiC per auto sono stati sviluppati fino alla terza generazione, con una tensione di tenuta massima di 650 V e correnti nominali di 8 A, 20 A e 30 A. Nelle applicazioni pratiche, la densità di potenza del sistema è ulteriormente migliorato e il sistema è ridotto.Il volume, senza la necessità di un sistema di raffreddamento aggiuntivo, può anche ottenere un buon controllo della temperatura ed è principalmente utilizzato nei sistemi di ricarica per auto e nei sistemi di gestione della batteria.

In termini di MOSFET in carburo di silicio, i prodotti Wolfspeed di grado industriale e i prodotti di grado automobilistico sono passati alla terza generazione.Tra questi, la tensione di tenuta dei prodotti di grado industriale di seconda generazione ha raggiunto 1700V, che è la più alta tra i prodotti di grado industriale. sono coperti gli intervalli di corrente da 5A a 115A. Allo stesso tempo, la tensione di tenuta dei prodotti per auto ha raggiunto i 1200 V e la corrente nominale ha due opzioni: 22 A e 32 A. In generale, il MOSFET al carburo di silicio di Wolfspeed ha buone prestazioni in termini di tensione di tenuta e consumo di energia in standby e migliora la frequenza di commutazione del sistema e la densità di potenza.
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Fonte: Wolfspeed

I vantaggi applicativi dei dispositivi di potenza al carburo di silicio nel campo dei veicoli elettrici sono piuttosto importanti e anche le prospettive di sviluppo sono molto promettenti. Al fine di esplorare più a fondo le potenziali prestazioni dei dispositivi di alimentazione in carburo di silicio nel campo automobilistico, Wolfspeed ha raggiunto un rapporto di cooperazione con il Gruppo Volkswagen per fornire al pubblico migliori soluzioni in carburo di silicio e guardare insieme al futuro sviluppo del carburo di silicio e promuovere lo sviluppo del carburo di silicio in futuro.L'applicazione nel campo dei veicoli elettrici creerà veicoli elettrici con un'autonomia di crociera più lunga, costi di produzione inferiori e una maggiore velocità di rifornimento.

Nel 2019, Wolfspeed ha investito 1 miliardo di yuan per espandere la capacità di produzione di dispositivi di alimentazione in carburo di silicio e wafer epitassiali, parte dei quali viene utilizzata per costruire l'impianto di wafer in carburo di silicio "più grande del mondo" a Massey Township, New York, che dovrebbe essere completata e messa in funzione nel 2022. Il fab viene utilizzato principalmente per la produzione di wafer in carburo di silicio da 200 mm di grado automobilistico. L'altra parte è utilizzata per la costruzione di un impianto di wafer in carburo di silicio da 200 mm a Durham, USA. La linea di produzione sarà prodotta in modo completamente automatizzato. Secondo il piano, la linea di produzione sarà messa in funzione nel 2024 e la capacità di produzione di prodotti in carburo di silicio sarà C'è stato un aumento sostanziale. Wolfspeed ha dichiarato ufficialmente che a quel punto, la proporzione del business dei dispositivi SiC e GaN supererà la proporzione del business dei materiali, con entrate che raggiungeranno 1,5 miliardi di dollari USA e un utile netto che raggiungerà i 375 milioni di dollari USA.

Società tedesca Infineon, un dispositivo di alimentazione in carburo di silicio di alto livello

Infineon è stata profondamente coinvolta nel campo del carburo di silicio per molti anni e nel 2001 ha lanciato sul mercato il primo diodo in carburo di silicio e ha un accumulo tecnico relativamente profondo. Al momento, i principali prodotti Infineon di dispositivi di alimentazione in carburo di silicio includono: MOSFET, diodo Schottky e moduli combinati di MOSFET e diodo.

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Fonte: sito ufficiale di Infineon

Infineon è il primo fornitore di alimentatori discreti in carburo di silicio.I suoi dispositivi a diodi in carburo di silicio superano i limiti fisici dei tradizionali materiali a base di silicio, aumentando la tensione di tenuta originale di soli 150V diodi a 1200V. I diodi al carburo di silicio di Infineon soddisfano i requisiti a livello di veicolo e di livello industriale.Tra questi, i prodotti a diodi in carburo di silicio di livello industriale hanno tre serie di 600 V, 650 V e 1200 V e i prodotti in carburo di silicio di livello automobilistico hanno solo una serie di 650 V. I diodi di Infineon sono ora passati alla quinta generazione. Rispetto alle strutture di diodi di altri produttori, ci sono alcune differenze. Infineon combina i vantaggi dei diodi Schottky e dei diodi a giunzione PN per migliorare le prestazioni dei diodi. Per uno, un tipo P la finestra drogata viene aggiunta alla regione drogata di tipo N del diodo Schottky. Con gli aggiornamenti tecnologici, i diodi di quinta generazione di Infineon hanno ridotto le perdite di conduzione del 30% rispetto ai prodotti della generazione precedente e la loro capacità di corrente anti-sovracorrente è circa 13 volte superiore alla corrente nominale, migliorando notevolmente la sicurezza del sistema.

In termini di MOSFET in carburo di silicio, i prodotti Infineon coprono anche applicazioni automobilistiche e industriali. Tra questi, i MOSFET in carburo di silicio a tubo singolo di livello industriale hanno una tensione di tenuta fino a 1700 V. Sono stati sviluppati anche prodotti con 650 V e 1200 V e tra i prodotti di livello automobilistico esiste solo una serie da 1200 V. Il MOSFET in carburo di silicio di Infineon adotta la tecnologia avanzata dei semiconduttori a trincea asimmetrica.Dopo l'ottimizzazione, la perdita di spegnimento è solo il 20% di quella dell'IGBT in un ambiente di lavoro di 25°C e la perdita di spegnimento è solo il 20% di quella dell'IGBT in un ambiente di lavoro di 175° C. 10% di IGBT, perdite di commutazione estremamente basse. Quando la corrente di carico è 15A, la caduta di tensione diretta è solo la metà dell'IGBT e la perdita di conduzione è piccola. Nello stato di ruota libera ripetuta, il MOSFET al carburo di silicio di Infineon può essere utilizzato anche come diodo a recupero rapido e le sue prestazioni sono superiori a quelle dei normali diodi.
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Fonte: Infineon

Nel maggio di quest'anno, Infineon ha rilasciato un nuovo modulo di alimentazione per veicoli HybridPACK Drive CoolSiC.Il modulo ha una tensione nominale di 1200 V e ha due versioni con una corrente nominale di 400 A/200 A. Il modulo di potenza utilizza la tecnologia MOSFET a trincea CoolSiC, utilizzata nell'inverter di trazione dei veicoli elettrici, può raggiungere fino a 250 kW di potenza, con elevata densità di potenza e caratteristiche ad alte prestazioni, per fornire ai veicoli una maggiore durata della batteria e una maggiore efficienza, ridurre il costo della batteria dei veicoli elettrici. Secondo Jung, il capo del team di elettrificazione di Hyundai Motor, l'uso del modulo di alimentazione CoolSiC di Infineon può aumentare l'autonomia dei veicoli elettrici di oltre il 5%.

In termini di cooperazione, secondo i resoconti dei media stranieri, Infineon e il produttore di wafer giapponese Showa Denko hanno raggiunto una cooperazione nella fornitura di materiali in carburo di silicio nel maggio di quest'anno, garantendo la domanda di substrato di Infineon per lo sviluppo di carburo di silicio. In precedenza, Infineon e Wolfspeed hanno anche firmato un accordo a lungo termine per la fornitura di wafer in carburo di silicio per consolidare la posizione dominante di Infineon nei dispositivi di potenza nei settori automobilistico e industriale.

ROHM, la prima azienda giapponese a lanciare moduli di potenza in carburo di silicio

ROHM ha le capacità di produzione di materiali in carburo di silicio, produzione di wafer, confezionamento e test di chip e i suoi prodotti in carburo di silicio sono piuttosto influenti nel settore. I prodotti in carburo di silicio di ROHM coprono diodi, MOSFET e moduli di alimentazione e ROHM è il primo produttore al mondo a lanciare moduli di alimentazione in carburo di silicio.
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Fonte: ROHM

Nel luglio di quest'anno, ROHM ha rilasciato la serie RGWxx65C di prodotti IGBT. La serie RGWxx65C ha un diodo a barriera Schottky SiC integrato nella parte dell'unità di retroazione dell'IGBT. Poiché il diodo al carburo di silicio non ha corrente di recupero inversa, la serie RGWxx65C sono interruttori on.La perdita è relativamente bassa e ha superato la certificazione dello standard AEC-Q101 per le normative automobilistiche e può essere utilizzato nei settori industriale e automobilistico. Secondo ROHM, la perdita di commutazione di questa serie di prodotti nell'applicazione di inverter di trazione per veicoli elettrici è ridotta del 67% rispetto agli IGBT tradizionali e del 24% rispetto agli SJ-MOSFET. In termini di conversione di efficienza, i prodotti della serie RGWxx65C possono garantire una conversione ad alta efficienza superiore al 97%.Quando la frequenza operativa è di 100kHz, l'efficienza di conversione sarà del 3% superiore a quella del tradizionale IGBT. In termini di capacità produttiva, è ancora in fase di campionatura e, secondo il piano, entrerà nella fase di produzione di massa su una scala di 20.000 pezzi al mese a dicembre di quest'anno.

In termini di diodi al carburo di silicio, i diodi ROHM sono stati sviluppati per i prodotti di terza generazione, tra i quali i prodotti di seconda generazione hanno raggiunto una tensione di tenuta massima di 1200 V e la corrente nominale è compresa tra 5 A e 40 A. I diodi dei prodotti di terza generazione sono concentrati principalmente a 650 V, tra 2 A e 20 A. Viene adottato il processo di progettazione della struttura JBS. A parità di condizioni di lavoro, la capacità di corrente antisovratensione di terza generazione è raddoppiata rispetto alla seconda prodotti di nuova generazione. , Anche la perdita di conduzione è stata ridotta. Allo stesso tempo, la corrente di dispersione del prodotto di terza generazione è solo 1/20 del prodotto della generazione precedente.

In termini di MOSFET al carburo di silicio, ROHM ha introdotto il MOSFET al carburo di silicio trench-gate di terza generazione, che comprende principalmente due livelli di tensione di 650V e 1200V. La resistenza on del MOSFET al carburo di silicio trench-gate di terza generazione è ridotta della metà rispetto al MOSFET al carburo di silicio planare di seconda generazione, riducendo così il consumo energetico del sistema. Tra questi, la serie SCT3 ha migliorato il processo di confezionamento e ha adottato un processo di confezionamento a 4 pin.Secondo i funzionari di ROHM, il MOSFET in carburo di silicio a 4 pin ha una perdita di commutazione inferiore del 35% rispetto al pacchetto a tre pin, migliorando così l'efficienza del sistema .

In termini di espansione della capacità, al fine di soddisfare la crescente domanda del mercato di dispositivi di potenza al carburo di silicio, ROHM ha iniziato ad espandere la fabbrica Apollo nel 2019. Il progetto sarà completato alla fine del 2020. Si prevede che sarà ufficialmente messo in operazione nel 2022. L'area della nuova fabbrica sarà quasi raddoppiata.Secondo Tokken Suwon, Direttore del ROHM Technology Center, entro il 2025, la capacità di produzione di carburo di silicio di ROHM sarà 16 volte quella del 2017.