Grandes fábricas extranjeras de carburo de silicio: increíble expansión de la capacidad de producción y rica cartera de productos
Expansión de carburo de silicio
Dos nuevos materiales semiconductores, carburo de silicio y nitruro de galio, se han utilizado ampliamente en el campo de los dispositivos de potencia debido a su resistencia a altas temperaturas, resistencia a alta presión y características de alta frecuencia. En particular, en comparación con los dispositivos de potencia tradicionales a base de silicio, los dispositivos de potencia de carburo de silicio han superado los límites físicos de los materiales tradicionales a base de silicio. La resistencia a la temperatura del carburo de silicio es el doble que la de los materiales a base de silicio. La intensidad del campo de ruptura eléctrica es también varias veces superior a la de los materiales a base de silicio. Los materiales de carburo de silicio se han convertido en la mejor solución para equipos de alta temperatura, alta presión y alta potencia.
La tendencia general de la "neutralidad del carbono" ha aumentado la atención de la gente hacia los materiales semiconductores de potencia de tercera generación estables y de alta eficiencia, como el carburo de silicio y el nitruro de galio. Los dispositivos de energía de carburo de silicio también se han aplicado plenamente bajo el rápido desarrollo de la industria, los automóviles, el tránsito ferroviario, la generación de energía fotovoltaica y otros campos. La demanda del mercado de carburo de silicio es muy próspera y la tasa de penetración del mercado también aumenta año tras año.
Según las estadísticas de CASA, el valor de producción total de semiconductores nacionales de tercera generación, dispositivos electrónicos de potencia y dispositivos electrónicos de radiofrecuencia alcanzará más de 10 mil millones de yuanes en 2020. Entre ellos, el valor de producción de los dispositivos de carburo de silicio y nitruro de galio alcanzó los 4.470 millones de yuanes, un aumento interanual del 54%. Al mismo tiempo, se estima que para 2025, la escala de los dispositivos de potencia de SiC en el mercado automotriz global aumentará en un 38.0%, lo que traerá un valor de mercado total de 10 mil millones de yuanes para entonces, y hay un gran espacio para el SiC. desarrollo.
Ahora que se libera la capacidad de producción de vehículos de nueva energía y generación de energía fotovoltaica, la demanda del mercado de dispositivos de energía de carburo de silicio continúa expandiéndose, enfocándose en el mercado global de carburo de silicio. Debido al inicio tardío de los fabricantes nacionales en el campo de semiconductores de energía, el mercado internacional sigue estando basado en Estados Unidos, Alemania y Alemania, donde empresas extranjeras como Japón ocupan una posición dominante.
Wolfspeed, una empresa estadounidense que representa el 45% de los envíos
Como empresa líder de semiconductores de potencia de tercera generación, Wolfspeed vendió el negocio de iluminación de su industria líder en 2019 y cambió el enfoque de la industria al campo de semiconductores de potencia de tercera generación. Según las estadísticas de la industria de los semiconductores, los envíos de obleas de SiC de Wolfspeed en el primer semestre de 2020 representaron el 45% del total mundial. Los productos de carburo de silicio de Wolfspeed cubren diodos SiC Schottky, componentes y módulos SiC MOSFET, que se utilizan en los campos industrial y automotriz.
En términos de diodos Schottky de carburo de silicio, Wolfspeed ha lanzado la sexta generación de productos de grado industrial con un voltaje de resistencia máxima de 650V y corrientes nominales que cubren 4A, 6A, 8A y 10A. En el convertidor elevador PFC, puede mejorar el sistema. nivel de eficiencia muy bien, y no habrá problemas de corriente de recuperación inversa y fugas térmicas. Al mismo tiempo, los diodos SiC Schottky de calidad para automóviles también se han desarrollado hasta la tercera generación, con una tensión de resistencia máxima de 650 V y corrientes nominales de 8 A, 20 A y 30 A. En aplicaciones prácticas, la densidad de potencia del sistema es aún mayor mejorado y el sistema se reduce El volumen, sin la necesidad de un sistema de enfriamiento adicional, también puede lograr un buen control de temperatura, y se utiliza principalmente en sistemas de carga de automóviles y sistemas de gestión de baterías.
En términos de MOSFET de carburo de silicio, los productos de grado industrial Wolfspeed y los productos de grado automotriz se han desarrollado hasta la tercera generación. Entre ellos, el voltaje de resistencia de los productos de grado industrial de segunda generación ha alcanzado 1700V, que es el más alto entre los productos de grado industrial. Se cubren los rangos de corriente de 5A a 115A. Al mismo tiempo, la tensión soportada de los productos para automóviles ha alcanzado los 1200 V y la corriente nominal tiene dos opciones: 22 A y 32 A. En general, el MOSFET de carburo de silicio de Wolfspeed tiene un buen rendimiento en términos de voltaje soportado y consumo de energía en espera, y mejora la frecuencia de conmutación del sistema y la densidad de potencia.
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Fuente: Wolfspeed
Las ventajas de aplicación de los dispositivos de potencia de carburo de silicio en el campo de los vehículos eléctricos son bastante destacadas, y las perspectivas de desarrollo también son muy prometedoras. Con el fin de explorar más a fondo el rendimiento potencial de los dispositivos de potencia de carburo de silicio en el campo de la automoción, Wolfspeed ha llegado a una relación de cooperación con el Grupo Volkswagen para proporcionar al público mejores soluciones de carburo de silicio y, en conjunto, mirar hacia el futuro desarrollo del carburo de silicio. y promover el desarrollo de carburo de silicio en el futuro.La aplicación en el campo de los vehículos eléctricos creará vehículos eléctricos con un rango de crucero más largo, un costo de producción más bajo y una velocidad de reabastecimiento más rápida.
En 2019, Wolfspeed invirtió mil millones de yuanes para expandir la capacidad de producción de dispositivos eléctricos de carburo de silicio y obleas epitaxiales, parte de los cuales se utiliza para construir la planta de obleas de carburo de silicio "más grande del mundo" en Massey Township, Nueva York, que se espera que sea completado y puesto en funcionamiento en 2022. La fábrica se utiliza principalmente para la producción de obleas de carburo de silicio de 200 mm de grado automotriz. La otra parte se utiliza para la construcción de una planta de obleas de carburo de silicio de 200 mm en Durham, EE. UU. La línea de producción se producirá de manera totalmente automatizada. Según el plan, la línea de producción se pondrá en funcionamiento en 2024, y el Habrá un aumento sustancial de la capacidad de producción de productos de carburo de silicio. Wolfspeed declaró oficialmente que para entonces, la proporción del negocio de productos de dispositivos de SiC y GaN superará la proporción del negocio de materiales, con ingresos que alcanzarán los 1.500 millones de dólares estadounidenses y los ingresos netos alcanzarán los 375 millones de dólares estadounidenses.
La empresa alemana Infineon, un dispositivo de potencia de carburo de silicio de alto nivel
Infineon ha estado profundamente involucrado en el campo del carburo de silicio durante muchos años. En 2001, lanzó al mercado el primer diodo de carburo de silicio y tiene una acumulación técnica relativamente profunda. En la actualidad, los principales productos de Infineon de dispositivos de potencia de carburo de silicio incluyen: MOSFET, diodo Schottky y módulos combinados de MOSFET y diodo.
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Fuente: sitio web oficial de Infineon
Infineon's es el primer proveedor de fuentes de alimentación discretas de carburo de silicio. Sus dispositivos de diodos de carburo de silicio superan las limitaciones físicas de los materiales tradicionales a base de silicio, aumentando el voltaje de resistencia original de sólo diodos de 150 V a 1200 V. Los diodos de carburo de silicio de Infineon cumplen con los requisitos de nivel de vehículos y de grado industrial. Entre ellos, los productos de diodos de carburo de silicio de grado industrial tienen tres series de 600V, 650V y 1200V, y los productos de carburo de silicio de grado automotriz tienen solo una serie de 650V. Los diodos de Infineon ahora se han desarrollado hasta la quinta generación. En comparación con las estructuras de diodos de otros fabricantes, existen algunas diferencias. Infineon combina las ventajas de los diodos Schottky y los diodos de unión PN para mejorar el rendimiento de los diodos. Por un lado, un tipo P La ventana dopada se agrega a la región dopada de tipo N del diodo Schottky. Con las actualizaciones tecnológicas, los diodos de quinta generación de Infineon han reducido las pérdidas de conducción en un 30% en comparación con los productos de la generación anterior, y su capacidad de corriente anti-sobretensión es aproximadamente 13 veces mayor que la corriente nominal, mejorando en gran medida la seguridad del sistema.
En términos de MOSFET de carburo de silicio, los productos de Infineon también cubren aplicaciones industriales y de automoción. Entre ellos, los MOSFET de carburo de silicio de un solo tubo de grado industrial tienen un voltaje de resistencia de hasta 1700 V. También se han desarrollado productos con 650 V y 1200 V, y solo hay una serie de 1200 V entre los productos de grado automotriz. El MOSFET de carburo de silicio de Infineon adopta una avanzada tecnología de semiconductores de trinchera asimétrica. Después de la optimización, la pérdida de apagado es solo el 20% de la de IGBT en un entorno de trabajo de 25 ° C, y la pérdida de apagado es solo el 20% de la de IGBT en un entorno de trabajo de 175 ° C. 10% de IGBT, pérdida de conmutación extremadamente baja. Cuando la corriente de carga es de 15 A, la caída de voltaje directo es solo la mitad del IGBT y la pérdida de conducción es pequeña. En el estado de marcha libre repetida, el MOSFET de carburo de silicio de Infineon también se puede utilizar como un diodo de recuperación rápida, y su rendimiento es superior al de los diodos ordinarios.
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Fuente: Infineon
En mayo de este año, Infineon lanzó un nuevo módulo de potencia para vehículos HybridPACK Drive CoolSiC. El módulo tiene una tensión nominal de 1200 V y tiene dos versiones con una corriente nominal de 400 A / 200 A. El módulo de potencia utiliza la tecnología CoolSiC trench MOSFET, utilizada en el inversor de tracción de vehículos eléctricos, puede alcanzar hasta 250 kW de potencia, con alta densidad de potencia y características de alto rendimiento, para proporcionar a los vehículos una mayor duración de la batería y una mayor eficiencia, reducir el costo de la batería. de vehículos eléctricos. Según Jung, jefe del equipo de electrificación de Hyundai Motor, el uso del módulo de potencia CoolSiC de Infineon puede aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos en más de un 5%.
En términos de cooperación, según informes de medios extranjeros, Infineon y el fabricante japonés de obleas Showa Denko llegaron a una cooperación en el suministro de materiales de carburo de silicio en mayo de este año, asegurando la demanda de sustrato de Infineon para el desarrollo de carburo de silicio. Antes de esto, Infineon y Wolfspeed también firmaron un acuerdo de suministro de obleas de carburo de silicio a largo plazo para consolidar la posición dominante de Infineon en dispositivos de potencia en los campos automotriz e industrial.
ROHM, la primera empresa japonesa en lanzar módulos de potencia de carburo de silicio
ROHM tiene las capacidades de producción de material de carburo de silicio, fabricación de obleas, empaquetado de chips y pruebas, y sus productos de carburo de silicio son bastante influyentes en la industria. Los productos de carburo de silicio de ROHM cubren diodos, MOSFET y módulos de potencia, y ROHM es el primer fabricante del mundo en lanzar módulos de potencia de carburo de silicio.
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Fuente: ROHM
En julio de este año, ROHM lanzó la serie RGWxx65C de productos IGBT. La serie RGWxx65C tiene un diodo de barrera SiC Schottky incorporado en la parte de la unidad de retroalimentación del IGBT. Dado que el diodo de carburo de silicio no tiene corriente de recuperación inversa, la serie RGWxx65C La pérdida es relativamente baja, ha pasado la certificación del estándar AEC-Q101 para regulaciones automotrices y puede usarse en los campos industrial y automotriz. Según ROHM, la pérdida de conmutación de esta serie de productos en la aplicación de inversores de tracción de vehículos eléctricos se reduce en un 67% en comparación con los IGBT tradicionales y en un 24% en comparación con los SJ-MOSFET. En términos de conversión de eficiencia, los productos de la serie RGWxx65C pueden garantizar una conversión de alta eficiencia de más del 97%. Cuando la frecuencia de operación es de 100 kHz, la eficiencia de conversión será un 3% mayor que la del IGBT tradicional. En términos de capacidad de producción, aún se encuentra en la etapa de muestra, según el plan, entrará en la etapa de producción en masa a una escala de 20.000 piezas mensuales en diciembre de este año.
En términos de diodos de carburo de silicio, los diodos de ROHM se han desarrollado para los productos de tercera generación, entre los que los productos de segunda generación han alcanzado una tensión de resistencia máxima de 1200 V, y la corriente nominal está entre 5 A y 40 A. Los diodos de los productos de tercera generación se concentran principalmente en 650V, entre 2A y 20A. Se adopta el proceso de diseño de la estructura JBS. En las mismas condiciones de trabajo, la capacidad de corriente anti-sobretensión de tercera generación se duplica en comparación con la segunda -productos de generación., También se ha reducido la pérdida de conducción. Al mismo tiempo, la corriente de fuga del producto de tercera generación es solo 1/20 del producto de la generación anterior.
En términos de MOSFET de carburo de silicio, ROHM ha introducido el MOSFET de carburo de silicio de puerta de trinchera de tercera generación, que incluye principalmente dos niveles de voltaje de 650V y 1200V. La resistencia a la activación del MOSFET de carburo de silicio de trinchera de tercera generación se reduce a la mitad en comparación con el MOSFET de carburo de silicio plano de segunda generación, lo que reduce el consumo de energía del sistema. Entre ellos, la serie SCT3 ha mejorado el proceso de empaquetado y ha adoptado un proceso de empaquetado de 4 pines. Según los funcionarios de ROHM, el MOSFET de carburo de silicio de 4 pines tiene una pérdida de conmutación un 35% menor que el paquete de tres pines, lo que mejora la eficiencia del sistema. .
En términos de expansión de capacidad, para satisfacer la creciente demanda del mercado de dispositivos de potencia de carburo de silicio, ROHM comenzó a expandir la fábrica de Apollo en 2019. El proyecto se completará a fines de 2020. Se espera que se ponga oficialmente en funcionamiento. operación en 2022. El área de la nueva fábrica casi se duplicará. Según Tokken Suwon, Director del Centro de Tecnología ROHM, para 2025, la capacidad de producción de carburo de silicio de ROHM será 16 veces mayor que la de 2017.
