Resumen del crecimiento de la capacidad de fabricación de SiC

La demanda no es un problema para los fabricantes de chips de carburo de silicio (SiC). La dependencia de aguas abajo en este tipo de chips significa que este segmento está ahora en una posición sólida para aumentar la producción. Aunque es probable que los grandes jugadores en este espacio—STMicroelectronics, Onsemi, Wolfspeed, ROHM y similares—tengan su atención firmemente fijada en los mercados emergentes de energía limpia. 

En los últimos años, hemos aprendido que las industrias sostenibles están fuertemente impactadas por eventos globales. Junto a esto, hay varias razones por las cuales las empresas han tomado preferencia por el SiC sobre el silicio—el factor principal es que el material en sí es más resistente a entornos de computación complejos. 

El sector de vehículos eléctricos (EV) es uno de estos ejemplos y, dado que las relaciones comerciales con China solo exacerban la necesidad de localizar la producción y el abastecimiento, también hay un énfasis en construir productos con vidas útiles más largas. En términos de energía renovable, los países continúan evolucionando para reducir su dependencia del comercio energético global. 

Como resultado, estamos viendo que las tecnologías evolucionan exponencialmente en estas áreas, reforzando los esfuerzos para entregar más densidad de potencia y construir soluciones que puedan resistir las pruebas de diferentes ambientes.

La Fabricación de SiC se Está Expandiendo

Los fabricantes de SiC serán fundamentales para impulsar a numerosas industrias hacia adelante, permitiéndoles adoptar tecnologías más avanzadas para reducir costos e incrementar la eficiencia a lo largo de sus operaciones o dentro de sus productos. Combinar el análisis de TrendForce y Future Market Insights (FMI) ayuda a medir el camino del crecimiento de valor en el sector. 

Valor del mercado: 

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• 2022: US$2.8 mil millones (FMI) 
• 2026: US$5.33 mil millones (predicción de TrendForce
• 2032: US$5.8 mil millones (predicción de FMI) 

En general, FMI indica una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 7.5% de 2022 a 2032.

Empresas que expanden la capacidad de fabricación de SiC

STMicroelectronics

Uno de los principales fabricantes de SiC está invirtiendo fondos significativos en aumentar su capacidad de desarrollo. Tras una inversión de €7.5 millones con GlobalFoundries, STMicroelectronics anunció una inversión adicional de €5 millones asignados a la fabricación de chips de SiC en Italia, lo cual se destinará a la producción de una nueva ‘oblea de super semiconductor’ completamente nueva. Esto será una empresa conjunta con Sanan Optoelectronics (anunciada en junio de 2024) y verá el desarrollo de un chip de SiC de ocho pulgadas para apoyar tecnologías más inteligentes.

Onsemi 

Con un gran respaldo del sector automotriz, Onsemi alimentará los nuevos vehículos eléctricos, y ha firmado acuerdos con Volkswagen para construir un inversor de tracción de próxima generación para sus autos. El desarrollo de este componente alimentará la plataforma escalable de VW a medida que el fabricante de automóviles sigue una trayectoria similar a la de otras marcas. Esto muestra cómo las empresas automotrices se benefician de la innovación en SiC, combinando chips potentes y compactos con una arquitectura personalizable.

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Wolfspeed

La compañía alcanzó un hito crítico en marzo de 2024 al completar la instalación de fabricación de SiC más grande y avanzada del mundo. Infineon se menciona como uno de los clientes principales de sus obleas de SiC de 150 mm (seis pulgadas), que se utilizarán para innovar aún más en los sectores de almacenamiento de energía y e-movilidad. Wolfspeed ya firmó un acuerdo de suministro de 10 años con el fabricante de semiconductores con sede en Tokio, Renesas Electronics Corporation, solo ocho meses antes. 

Grupo ROHM 

Apoyando al sector de la energía renovable, el Grupo ROHM anunció en julio de 2023 la firma de un acuerdo básico con Solar Frontier K.K., que fabrica paneles fotovoltaicos (PV). STMicroelectronics mencionado anteriormente también ha firmado un acuerdo con la subsidiaria de ROHM, SiCrystal, para extender su suministro de obleas de sustrato de SiC de 150mm. Este acuerdo viene con la intención de ambas partes de aumentar la entrega de chips avanzados de SiC.

Problemas comunes con el Silicio

A medida que se requiere más flujo de energía, el silicio simplemente no puede soportar el voltaje necesario para lograr esto, ni el calor producido como resultado. Por cada 200V que pasa a través de un diodo de barrera Schottky (SBD) de silicio, los SBD de SiC pueden manejar 600V.

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Otras comparaciones incluyen: 

Operación a Alta Temperatura

• Silicio: Los dispositivos típicamente operan de manera eficiente a temperaturas de hasta 150°C, con un rendimiento que se degrada significativamente cuanto más caliente se pone. 
• SiC: Los dispositivos tienen mucha más estabilidad en escenarios de alta temperatura con menos reducción de rendimiento, operables a 600°C. 

Tensión de Ruptura

• Silicio: Tensión de ruptura más baja, lo que limita su uso en aplicaciones de alta tensión. 
• SiC: Tensión de ruptura más alta (aproximadamente 10 veces la del Silicio), lo cual es excelente para expandir el flujo de energía.

Tamaño y Peso

Generalmente, el SiC es conocido por su superior densidad energética, que supera la del Silicio, lo que ayuda a la eficiencia de conversión de energía, y es posible gracias a su mayor conductividad térmica. Los beneficios de rendimiento integral del SiC superan el uso del Silicio en aplicaciones de alta demanda. 

Industrias Sostenibles Demandando Chips de SiC

Dos tendencias surgen cuando hablamos de una creciente huella de SiC. Esto es probablemente el resultado de esfuerzos globales para expandir soluciones sostenibles—la integración de energía limpia depende de semiconductores más eficientes y robustos. El SiC es central para la mayoría de los proyectos de infraestructura ya que los proveedores buscan integrar sus activos en sus propios ecosistemas digitales. 

Automotriz: La eficiencia es crucial para los fabricantes de automóviles ya que la mayoría de ellos dirigen su atención hacia la electrificación; construir vehículos eléctricos con mayor autonomía a partir de baterías más pequeñas y velocidades de carga más rápidas. Reducir la energía perdida a través del conmutado así como las pérdidas de conducción del sistema es muy beneficioso en los vehículos eléctricos, que tienen un alcance limitado. 

Estos vehículos también incorporan sistemas cada vez más avanzados, alimentados por el ordenador de a bordo, que obtienen energía de la batería. Eliminar cualquier pérdida innecesaria inducida por los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) ayuda a las empresas a maximizar el alcance o la potencia posible de sus baterías y plataformas. 

Energía Renovable: Volviendo al elemento de mayor eficiencia, múltiples activos de infraestructura energética pueden beneficiarse del uso de chips de SiC para reducir pérdidas y hacer las máquinas más resistentes a los cambios de temperatura. Sistemas como el almacenamiento de energía en baterías (BESS) pueden operar de manera más eficiente como resultado del SiC y su capacidad para soportar temperaturas más altas y limitar la conducción de energía. 

Como se ha visto en el pasado, las instalaciones de almacenamiento de baterías son susceptibles a la exposición a altas temperaturas y, para expandir esto para apoyar soluciones de energía sostenible, los componentes dentro deben ser capaces de soportar las condiciones más duras, a saber, temperaturas que alcanzan hasta 150°C. También hay un elemento de espacio ya que las empresas tienen un alcance limitado para expandir su capacidad de almacenamiento o salida de energía con el espacio que tienen. Las soluciones que aumentan la densidad de potencia inevitablemente ayudarán a los operadores a procesar más energía con la misma infraestructura. 

Esto también es cierto en el sector de los vehículos eléctricos, ya que las empresas buscan reducir los tamaños de sus paquetes de baterías mientras aumentan su capacidad. 

Avances en la Función del SiC

Anteriormente, las empresas optaban por piezas de silicio puro, que ahora están siendo superadas por el SiC. Este nuevo formato de chip trae consigo un mayor potencial para aumentar la potencia de la arquitectura interna y lograr una mayor eficiencia energética y térmica. 

Los chips de SiC tienen un voltaje crítico de ruptura más alto que el silicio por sí solo. Para las aplicaciones modernas, esto permite la creación de chips más compactos mientras se reduce el riesgo de fallos. Los fabricantes de componentes también pueden aprovechar su alta concentración de dopaje para introducir materiales de apoyo para aplicaciones específicas. 

En sistemas de alta tensión, así como en industrias que requieren poco o ningún tiempo de inactividad de los activos, el SiC es muy superior al silicio utilizado anteriormente. Estos suelen ser aprovechados en el desarrollo de industrias de energía limpia, como los vehículos eléctricos (EV) y las renovables, junto con la defensa, la aeroespacial y las telecomunicaciones, todas industrias donde las interrupciones podrían ser perjudiciales desde una perspectiva de seguridad. Hay muchas otras industrias que se benefician del cambio a chips de SiC, y muchas de ellas integran nuevas tecnologías, incluyendo inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático (ML).