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대규모 해외 탄화규소 공장: 생산 능력의 미친 확장 및 풍부한 제품 포트폴리오

출시일 : 2021. 11. 11.

대규모 해외 탄화규소 공장: 생산 능력의 미친 확장 및 풍부한 제품 포트폴리오
실리콘 카바이드 확장
탄화규소와 질화갈륨이라는 두 가지 새로운 반도체 재료는 고온 저항, 고압 저항 및 고주파 특성으로 인해 전력 소자 분야에서 널리 사용되었습니다. 특히, 기존의 실리콘 기반 전력 장치와 비교하여 실리콘 카바이드 전력 장치는 기존 실리콘 기반 재료의 물리적 한계를 뛰어 넘었습니다.실리콘 카바이드의 온도 저항은 실리콘 기반 재료의 두 배입니다.전기 파괴 전계 강도는 또한 실리콘 기반 재료보다 몇 배 더 높습니다. 실리콘 카바이드 재료는 고온, 고압 및 고출력 장비에 대한 최고의 솔루션이되었습니다.

탄화규소, 질화갈륨 등의 고효율·안정성 3세대 전력반도체 소재에 대한 '탄소중립'의 대세에 대한 관심이 높아지고 있다. 탄화규소 동력장치도 공업, 자동차, 철도, 태양광발전 등 분야의 급속한 발전에 따라 충분히 응용되고 있으며 탄화규소에 대한 시장 수요가 매우 풍부하고 시장 침투율도 해마다 증가하고 있다.

CASA 통계에 따르면, 2020년에는 국내 3세대 반도체, 전력 전자 장치 및 무선 주파수 전자 장치의 총 출력 가치가 100억 위안 이상에 도달할 것으로 예상됩니다. 그 중 탄화규소와 질화갈륨 소자의 생산량은 44.7억 위안으로 전년 동기 대비 54% 증가했다. 동시에, 2025년까지 세계 자동차 시장에서 SiC 전력 장치의 규모가 38.0% 증가하여 그때까지 총 시장 가치가 100억 위안에 이를 것으로 추정되며, SiC에 대한 거대한 여지가 있습니다. 개발.

이제 신에너지 자동차와 태양광 발전의 생산 능력이 풀려나면서 세계 실리콘 카바이드 시장을 중심으로 실리콘 카바이드 전력 소자에 대한 시장의 수요가 계속 확대되고 있습니다. 국제시장은 여전히 ​​미국, 독일, 독일을 기반으로 하고 있으며 일본 등 외국계 기업이 지배적인 위치를 점하고 있다.

출하량의 45%를 차지하는 미국 회사 Wolfspeed

3세대 전력반도체의 선두기업인 울프스피드는 2019년 업계 선두의 조명 사업을 매각하고 업계의 초점을 3세대 전력반도체 분야로 전환했다. 반도체 업계 통계에 따르면 2020년 상반기 울프스피드의 SiC 웨이퍼 출하량은 전 세계 전체의 45%를 차지했다. Wolfspeed의 탄화규소 제품은 산업 및 자동차 분야에서 사용되는 SiC 쇼트키 다이오드, SiC MOSFET 부품 및 모듈을 포함합니다.

탄화규소 쇼트키 다이오드와 관련하여 Wolfspeed는 최대 내압이 650V이고 정격 전류가 4A, 6A, 8A 및 10A인 6세대 산업용 등급 제품을 출시했습니다. 레벨 효율이 매우 좋으며 역 회복 전류 및 열 폭주의 문제가 없습니다. 동시에 자동차 등급의 SiC 쇼트키 다이오드는 최대 내압 650V, 정격 전류 8A, 20A, 30A로 3세대로 발전했습니다.실제 응용 분야에서 시스템의 전력 밀도는 더욱 냉각 시스템이 추가로 필요하지 않고 부피가 줄어들고 온도 조절도 잘되며 주로 자동차 충전 시스템 및 배터리 관리 시스템에 사용됩니다.

실리콘 카바이드 MOSFET의 경우 Wolfspeed의 산업용 등급 제품과 자동차 등급 제품이 3세대로 발전했으며 그 중 2세대 산업용 등급 제품의 내전압은 1700V에 도달하여 산업용 등급 제품 중 최고입니다. 5A ~ 115A의 전류 범위를 다룹니다. 동시에 자동차 등급 제품의 내전압은 1200V에 도달했으며 정격 전류에는 22A 및 32A의 두 가지 옵션이 있습니다. 일반적으로 Wolfspeed의 탄화규소 MOSFET은 내전압 및 대기 전력 소비 측면에서 우수한 성능을 보이며 시스템의 스위칭 주파수 및 전력 밀도를 향상시킵니다.
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출처: Wolfspeed

전기 자동차 분야에서 탄화규소 동력 장치의 응용 이점은 매우 두드러지며 개발 전망도 매우 유망합니다. 자동차 분야에서 탄화규소 전력 장치의 잠재적인 성능을 더 깊이 탐구하기 위해 Wolfspeed는 폭스바겐 그룹과 협력 관계에 도달하여 대중에게 더 나은 탄화규소 솔루션을 제공하고 공동으로 탄화규소의 발전을 기대합니다. 미래에 탄화규소의 발전을 촉진한다.전기자동차 분야의 응용은 더 긴 항속거리, 더 낮은 생산 비용, 더 빠른 보급 속도를 가진 전기 자동차를 만들 것이다.

2019년 Wolfspeed는 실리콘 카바이드 전력 장치 및 에피택셜 웨이퍼의 생산 능력을 확장하기 위해 10억 위안을 투자했으며, 그 중 일부는 뉴욕 Massey Township에 "세계 최대" 실리콘 카바이드 웨이퍼 공장을 건설하는 데 사용됩니다. 2022년 완공 및 가동된다. 이 팹은 주로 자동차 등급의 200mm 탄화규소 웨이퍼 생산에 사용됩니다. 나머지 부분은 미국 더럼(Durham)에 200mm 탄화규소 웨이퍼 공장 건설에 사용되며, 생산 라인은 완전 자동화 방식으로 생산될 예정이다. 탄화규소 제품의 생산 능력이 크게 증가했습니다. Wolfspeed는 공식적으로 그때까지 SiC 및 GaN 장치 제품 사업의 비율이 재료 사업의 비율을 초과하여 매출이 15억 달러에 달하고 순이익이 3억 7,500만 달러에 달할 것이라고 공식적으로 밝혔습니다.

독일 인피니언, 시니어 탄화규소 전력소자

Infineon은 수년 동안 탄화규소 분야에 깊이 관여해 왔으며 2001년에 최초의 탄화규소 다이오드를 시장에 출시했으며 비교적 기술 축적이 깊습니다. 현재 Infineon의 탄화규소 전력 장치의 주요 제품에는 MOSFET, 쇼트키 다이오드 및 MOSFET과 다이오드의 결합 모듈이 포함됩니다.

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출처: 인피니언 공식 홈페이지

Infineon은 실리콘 카바이드 개별 전원 공급 장치의 최초 공급업체로, 실리콘 카바이드 다이오드 장치는 기존 실리콘 기반 재료의 물리적 한계를 극복하여 150V 다이오드의 원래 내압을 1200V로 높였습니다. 인피니언의 탄화규소 다이오드는 차량 수준 및 산업 등급 요구 사항을 충족하며 그 중 산업용 등급 탄화규소 다이오드 제품에는 600V, 650V 및 1200V의 3가지 계열이 있고 자동차 등급 탄화규소 제품에는 650V 계열이 하나만 있습니다. 인피니언의 다이오드는 현재 5세대까지 발전했으며, 다른 제조사의 다이오드 구조에 비해 몇 가지 차이점이 있다.인피니언은 다이오드의 성능을 향상시키기 위해 쇼트키 다이오드와 PN 접합 다이오드의 장점을 결합했다. 쇼트키 다이오드의 N형 도핑 영역에 도핑된 창이 추가됩니다. 기술 업그레이드로 인피니언의 5세대 다이오드는 전도 손실을 이전 세대 제품에 비해 30% 줄였으며, 서지 방지 전류 기능은 정격 전류보다 약 13배 높아 시스템의 안전성을 크게 향상시켰다.

탄화규소 MOSFET과 관련하여 Infineon의 제품은 자동차 및 산업용 애플리케이션도 모두 포함합니다. 그 중 공업용 단관 탄화규소 MOSFET은 1700V까지의 내전압을 가지고 있으며, 650V, 1200V 제품도 개발되고 있으며, 자동차용 제품 중 1200V 계열만 있다. Infineon의 탄화규소 MOSFET은 고급 비대칭 트렌치 반도체 기술을 채택하여 최적화 후 25°C의 작업 환경에서 턴오프 손실은 IGBT의 20%에 불과하고 턴오프 손실은 IGBT의 20%에 불과합니다. 175°C의 작업 환경에서 IGBT의 10%, 매우 낮은 스위칭 손실. 부하 전류가 15A일 때 순방향 전압 강하는 IGBT의 절반에 불과하고 전도 손실이 적습니다. 프리휠링을 반복한 상태에서 인피니언의 탄화규소 MOSFET도 고속 회복 다이오드로 사용할 수 있어 일반 다이오드보다 성능이 높다.

출처: 인피니언

올해 5월 인피니언은 새로운 차량용 전력 모듈 HybridPACK Drive CoolSiC를 출시했는데, 이 모듈은 정격 전압이 1200V이고 정격 전류가 400A/200A인 두 가지 버전이 있습니다. 전력 모듈은 전기 자동차의 트랙션 인버터에 사용되는 CoolSiC 트렌치 MOSFET 기술을 사용하여 높은 전력 밀도 및 고성능 특성으로 최대 250kW의 전력을 달성하여 차량에 더 긴 배터리 수명과 더 높은 효율을 제공하고 배터리 비용을 절감할 수 있습니다. 전기 자동차의. 현대차 전동화팀장에 따르면 인피니언의 CoolSiC 파워모듈을 사용하면 전기차의 주행거리를 ​​5% 이상 늘릴 수 있다.

협력 측면에서 해외 언론 보도에 따르면 인피니언과 일본 웨이퍼 제조업체인 Showa Denko는 올해 5월 탄화규소 재료 공급 협력을 체결해 탄화규소 개발을 위한 인피니언의 기판 수요를 확보했다. 이에 앞서 Infineon과 Wolfspeed는 자동차 및 산업 분야의 전력 장치에서 Infineon의 지배적인 위치를 공고히 하기 위해 장기 탄화규소 웨이퍼 공급 계약도 체결했습니다.

일본 기업 최초로 탄화규소 파워 모듈을 출시한 ROHM

ROHM은 탄화규소 재료 생산, 웨이퍼 제조, 칩 패키징 및 테스트 역량을 갖추고 있으며, 그 탄화규소 제품은 업계에서 상당한 영향력을 행사하고 있습니다. 로옴의 탄화규소 제품은 다이오드, MOSFET, 전원 모듈을 포함하며, 로옴은 세계 최초로 탄화규소 전원 모듈을 출시한 제조사입니다.
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출처: 로옴

올해 7월 로옴은 IGBT 제품의 RGWxx65C 시리즈를 출시했다.RGWxx65C 시리즈는 IGBT의 피드백 유닛 부분에 SiC 쇼트키 배리어 다이오드를 내장했다. 손실이 비교적 적으며 자동차 규정 AEC-Q101 표준 인증을 통과했으며 산업 및 자동차 분야에서 사용할 수 있습니다. ROHM에 따르면 이 시리즈 제품의 전기 자동차 트랙션 인버터 적용 시 스위칭 손실은 기존 IGBT에 비해 67%, SJ-MOSFET에 비해 24% 감소합니다. 효율 변환 측면에서 RGWxx65C 시리즈 제품은 97% 이상의 고효율 변환을 보장할 수 있으며, 동작 주파수가 100kHz일 때 변환 효율은 기존 IGBT보다 3% 높습니다. 생산능력 면에서는 아직 샘플 단계에 있으며, 계획에 따르면 올해 12월 월 2만장 규모로 양산 단계에 진입할 예정이다.

탄화규소 다이오드의 경우 로옴의 다이오드가 3세대 제품으로 발전했으며 그 중 2세대 제품은 최대 내전압 1200V, 정격 전류는 5A~40A입니다. 3세대 제품의 다이오드는 주로 650V, 2A~20A에 집중되어 있으며, JBS 구조의 설계 프로세스를 채택하고 동일한 작업 조건에서 3세대 서지 방지 전류 용량이 2A에 비해 2배 증가합니다. -세대 제품. , 전도 손실도 감소했습니다. 동시에 3세대 제품의 누설전류는 이전 세대 제품의 1/20에 불과하다.

로옴은 탄화규소 MOSFET과 관련하여 650V와 1200V의 두 가지 전압 레벨을 주로 포함하는 3세대 트렌치 게이트 탄화규소 MOSFET을 출시했습니다. 3세대 트렌치 게이트 실리콘 카바이드 MOSFET의 온 저항은 2세대 평면 실리콘 카바이드 MOSFET에 비해 절반으로 감소하여 시스템 전력 소비를 줄입니다. 그 중 SCT3 시리즈는 패키징 공정을 개선하고 4핀 패키징 공정을 채택했으며, 로옴 관계자에 따르면 4핀 탄화규소 MOSFET은 3핀 패키지보다 스위칭 손실이 35% 낮아 시스템 효율이 향상된다. .

용량 증설 측면에서는 시장의 증가하는 탄화규소 파워 디바이스 시장 수요에 부응하기 위해 로옴은 2019년부터 Apollo 공장을 증설하기 시작했습니다. 프로젝트는 2020년 말에 완료될 예정입니다. 로옴 테크놀로지 센터의 수원 토켄 소장에 따르면 2025년까지 로옴의 탄화규소 생산 능력은 2017년의 16배가 될 것이라고 한다.