大規模な外国の炭化ケイ素工場：生産能力のクレイジーな拡大と豊富な製品ポートフォリオ
炭化ケイ素の膨張
炭化ケイ素と窒化ガリウムの2つの新しい半導体材料は、高温耐性、高圧耐性、高周波特性により、パワーデバイスの分野で広く使用されています。特に、従来のシリコンベースのパワーデバイスと比較して、炭化ケイ素パワーデバイスは、従来のシリコンベースの材料の物理的限界を突破しました。炭化ケイ素の耐熱性は、シリコンベースの材料の2倍です。また、シリコンベースの材料の数倍です。炭化ケイ素材料は、高温、高圧、高出力の機器に最適なソリューションになりました。

「カーボンニュートラル」の一般的な傾向により、炭化ケイ素や窒化ガリウムなどの高効率で安定した第3世代パワー半導体材料への注目が高まっています。炭化ケイ素パワーデバイスは、産業、自動車、鉄道輸送、太陽光発電などの急速な発展の下でも十分に活用されており、炭化ケイ素の市場需要は非常に旺盛であり、市場浸透率も年々増加しています。

CASAの統計によると、国内の第3世代半導体、パワーエレクトロニクスデバイス、および無線周波数電子デバイスの総出力値は、2020年に100億元を超えると予想されています。その中で、炭化ケイ素および窒化ガリウムデバイスの生産額は、前年比54％増の44.7億元に達した。同時に、2025年までに世界の自動車市場におけるSiCパワーデバイスの規模は38.0％増加し、それまでに総市場価値は100億元になると推定されており、SiCの余地は非常に大きい。発達。

新エネルギー車や光起電発電の生産能力が解放された今、世界の炭化ケイ素市場を中心に、炭化ケイ素パワーデバイスの市場需要は拡大を続けています。国際市場は依然として米国、ドイツ、ドイツに基づいており、日本などの外国企業が支配的な地位を占めています。

出荷の45％を占める米国企業のWolfspeed

Wolfspeedは、第3世代パワー半導体のリーディングカンパニーとして、2019年に業界をリードする照明事業を売却し、業界の焦点を第3世代パワー半導体分野に移しました。半導体業界の統計によると、2020年上半期のWolfspeedのSiCウェーハ出荷は、世界全体の45％を占めました。 Wolfspeedの炭化ケイ素製品は、産業および自動車分野で使用されるSiCショットキーダイオード、SiC MOSFETコンポーネント、およびモジュールをカバーしています。

炭化ケイ素ショットキーダイオードに関して、Wolfspeedは、最大耐電圧が650V、定格電流が4A、6A、8A、および10Aの第6世代の工業用グレード製品を発売しました。PFCブーストコンバーターでは、システムを改善できます。レベル効率が非常に良く、逆回復電流や熱暴走の問題はありません。同時に、自動車グレードのSiCショットキーダイオードも第3世代に開発され、最大耐電圧は650V、定格電流は8A、20A、30Aです。実際のアプリケーションでは、システムの電力密度はさらに高くなります。追加の冷却システムを必要とせずに、ボリュームも良好な温度制御を実現でき、主に自動車の充電システムやバッテリー管理システムで使用されます。

炭化ケイ素MOSFETに関しては、Wolfspeed工業用グレード製品と自動車グレード製品が第3世代に発展しました。その中で、第2世代工業用グレード製品の耐電圧は1700Vに達し、工業用グレード製品の中で最も高いです。 5Aから115Aの電流範囲がカバーされます。同時に、自動車グレード製品の耐電圧は1200Vに達し、定格電流には22Aと32Aの2つのオプションがあります。一般に、Wolfspeedの炭化ケイ素MOSFETは、耐電圧と待機電力消費の点で優れた性能を発揮し、システムのスイッチング周波数と電力密度を向上させます。
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出典：Wolfspeed

電気自動車の分野における炭化ケイ素パワーデバイスの応用上の利点は非常に顕著であり、開発の見通しも非常に有望です。自動車分野における炭化ケイ素パワーデバイスの潜在的な性能をより深く探求するために、WolfspeedはVolkswagen Groupと協力関係に達し、より優れた炭化ケイ素ソリューションを一般に提供し、炭化ケイ素の将来の開発を共同で楽しみにしています。将来的には炭化ケイ素の開発を促進します。電気自動車の分野での応用により、航続距離が長く、製造コストが低く、補充速度が速い電気自動車が作成されます。

2019年、Wolfspeedは10億元を投資して、炭化ケイ素パワーデバイスとエピタキシャルウェーハの生産能力を拡大しました。その一部は、ニューヨークのマッセイタウンシップに「世界最大」の炭化ケイ素ウェーハ工場を建設するために使用されます。 2022年に完成し、稼働を開始しました。このファブは、主に自動車グレードの200mm炭化ケイ素ウェーハの製造に使用されます。残りの部分は、米国ダーラムに200mmの炭化ケイ素ウェーハ工場を建設するために使用されます。生産ラインは完全に自動化された方法で生産されます。計画によれば、生産ラインは2024年に稼働し、炭化ケイ素製品の生産能力は大幅に増加しています。 Wolfspeedは、それまでにSiCおよびGaNデバイス製品事業の割合が材料事業の割合を上回り、収益が15億米ドルに達し、純利益が3億7500万米ドルに達すると公式に発表しました。

ドイツの会社インフィニオン、シニア炭化ケイ素パワーデバイス

インフィニオンは長年、炭化ケイ素の分野に深く関わってきました。2001年に、最初の炭化ケイ素ダイオードを市場に投入し、比較的深い技術的蓄積を持っています。現在、インフィニオンの炭化ケイ素パワーデバイスの主な製品には、MOSFET、ショットキーダイオード、およびMOSFETとダイオードの複合モジュールが含まれます。

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出典：インフィニオンの公式ウェブサイト

インフィニオンは、炭化ケイ素ディスクリート電源の最初のサプライヤです。その炭化ケイ素ダイオードデバイスは、従来のシリコンベースの材料の物理的制限を打ち破り、わずか150Vダイオードの元の耐電圧を1200Vに高めます。インフィニオンの炭化ケイ素ダイオードは、車両レベルおよび産業グレードの要件を満たしています。その中で、産業グレードの炭化ケイ素ダイオード製品には、600V、650V、および1200Vの3つのシリーズがあり、自動車グレードの炭化ケイ素製品には、650Vのシリーズが1つしかありません。インフィニオンのダイオードは現在、第5世代に発展しています。他のメーカーのダイオード構造と比較すると、いくつかの違いがあります。インフィニオンは、ダイオードの性能を向上させるために、ショットキーダイオードとPN接合ダイオードの利点を組み合わせています。ショットキーダイオードのN型ドープ領域にドープウィンドウが追加されます。インフィニオンの第5世代ダイオードは、技術的なアップグレードにより、前世代の製品と比較して伝導損失が30％削減され、サージ電流防止能力は定格電流の約13倍になり、システムの安全性が大幅に向上しています。

炭化ケイ素MOSFETに関しては、インフィニオンの製品は自動車と産業の両方のアプリケーションにも対応しています。その中で、工業用シングルチューブ炭化ケイ素MOSFETの耐電圧は最大1700Vです。650Vおよび1200Vの製品も開発されており、自動車グレードの製品の中には1200Vシリーズしかありません。インフィニオンの炭化ケイ素MOSFETは、高度な非対称トレンチ半導体技術を採用しています。最適化後、25°Cの動作環境でのターンオフ損失はIGBTのわずか20％であり、ターンオフ損失はIGBTのわずか20％です。 175°Cの作業環境で。IGBTの10％、スイッチング損失が非常に低い。負荷電流が15Aの場合、順方向電圧降下はIGBTの半分に過ぎず、導通損失は小さいです。インフィニオンの炭化ケイ素MOSFETは、フリーホイーリングを繰り返した状態で高速回復ダイオードとしても使用でき、通常のダイオードよりも性能が高くなっています。
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出典：インフィニオン

インフィニオンは今年5月に、新しい車両グレードのパワーモジュールHybridPACK Drive CoolSiCをリリースしました。このモジュールの定格電圧は1200Vで、定格電流が400A / 200Aの2つのバージョンがあります。パワーモジュールは、電気自動車のトラクションインバーターで使用されるCoolSiCトレンチMOSFETテクノロジーを使用し、最大250kWの電力を実現し、高い電力密度と高性能特性を備えて、車両のバッテリー寿命と効率を高め、バッテリーコストを削減します。電気自動車の。現代自動車の電化チームの責任者であるユング氏によると、インフィニオンのCoolSiCパワーモジュールを使用すると、電気自動車の航続距離が5％以上拡大する可能性があります。

協力に関しては、外国メディアの報道によると、インフィニオンと日本のウェーハメーカーである昭和電工は、今年5月に炭化ケイ素材料の供給に協力し、炭化ケイ素の開発に対するインフィニオンの基板需要を確保しました。これに先立ち、インフィニオンとウルフスピードは、自動車および産業分野のパワーデバイスにおけるインフィニオンの支配的な地位を強化するための長期炭化ケイ素ウェーハ供給契約にも署名しました。

日本で初めて炭化ケイ素パワーモジュールを発売したローム

ROHMは、炭化ケイ素材料の製造、ウェーハ製造、チップのパッケージング、およびテストの機能を備えており、その炭化ケイ素製品は業界に大きな影響を与えています。ロームの炭化ケイ素製品は、ダイオード、MOSFET、およびパワーモジュールを対象としており、ロームは、炭化ケイ素パワーモジュールを発売した世界初のメーカーです。
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出典：ローム

ロームは今年7月にIGBT製品のRGWxx65Cシリーズを発売しました。RGWxx65CシリーズはIGBTのフィードバックユニット部分にSiCショットキーバリアダイオードを内蔵しています。炭化ケイ素ダイオードには逆回復電流がないため、RGWxx65Cシリーズ損失は​​比較的少なく、自動車規制のAEC-Q101規格の認証に合格しており、産業および自動車分野で使用できます。 ROHMによると、電気自動車のトラクションインバーターのアプリケーションにおけるこのシリーズの製品のスイッチング損失は、従来のIGBTと比較して67％、SJ-MOSFETと比較して24％削減されています。効率変換に関しては、RGWxx65Cシリーズ製品は97％以上の高効率変換を保証できます。動作周波数が100kHzの場合、変換効率は従来のIGBTよりも3％高くなります。生産能力はまだサンプル段階であり、計画によれば、今年12月には月2万個規模の量産段階に入る予定です。

炭化ケイ素ダイオードに関しては、ロームのダイオードは第3世代製品向けに開発されており、そのうち第2世代製品は最大耐電圧1200Vに達し、定格電流は5A〜40Aです。第3世代製品のダイオードは主に650V、2A〜20Aに集中しています。JBS構造の設計プロセスが採用されています。同じ動作条件下で、第3世代のアンチサージ電流能力は第2世代に比べて2倍になります。 -世代の製品。、伝導損失も削減されました。同時に、第3世代製品のリーク電流は前世代製品のわずか1/20です。

炭化ケイ素MOSFETに関して、ROHMは第3世代のトレンチゲート炭化ケイ素MOSFETを発表しました。これには、主に650Vと1200Vの2つの電圧レベルが含まれています。第3世代のトレンチゲート炭化ケイ素MOSFETのオン抵抗は、第2世代の平面炭化ケイ素MOSFETと比較して半分に減少し、それによってシステムの電力消費を削減します。その中で、SCT3シリーズはパッケージングプロセスを改善し、4ピンパッケージングプロセスを採用しました。ROHMの関係者によると、4ピン炭化ケイ素MOSFETは3ピンパッケージよりもスイッチング損失が35％低く、システム効率が向上しています。 。

容量拡大に関しては、炭化ケイ素パワーデバイスに対する市場の高まる市場需要に対応するために、ROHMは2019年にアポロ工場の拡張を開始しました。プロジェクトは2020年末に完了する予定です。正式に導入される予定です。新工場の面積はほぼ2倍になります。ROHMテクノロジーセンターの所長であるTokkenSuwon氏に​​よると、2025年までにROHMの炭化ケイ素の生産能力は2017年の16倍になります。