Panoramica sulla crescita della capacità produttiva del SiC

La domanda non rappresenta un problema per i produttori di chip in carburo di silicio (SiC). La dipendenza a valle da questo tipo di chip significa che questo segmento è ora in una posizione solida per aumentare la produzione. Tuttavia, è probabile che i grandi nomi di questo settore—STMicroelectronics, Onsemi, Wolfspeed, ROHM e simili—abbiano la loro attenzione strettamente concentrata sui mercati emergenti dell'energia pulita. 

Negli ultimi anni, abbiamo appreso che le industrie sostenibili sono fortemente influenzate dagli eventi globali. Accanto a ciò, ci sono varie ragioni per cui le aziende hanno preso a preferire il SiC rispetto al silicio—il fattore principale è che il materiale stesso è più resiliente agli ambienti di calcolo complessi. 

Il settore dei veicoli elettrici (EV) è uno di questi esempi e, poiché le relazioni commerciali con la Cina fanno solo aumentare la necessità di localizzare produzione e approvvigionamento, vi è anche un'enfasi sulla costruzione di prodotti con cicli di vita più lunghi. In termini di energia rinnovabile, i paesi stanno continuamente evolvendo al fine di ridurre la loro dipendenza dal commercio energetico globale. 

Di conseguenza, stiamo assistendo a un'evoluzione esponenziale delle tecnologie in queste aree, rafforzando gli sforzi per fornire maggiore densità di potenza e costruire soluzioni in grado di resistere alle prove di ambienti diversi.

La produzione di SiC si sta Espandendo

I produttori di SiC saranno fondamentali nel promuovere il progresso di numerose industrie, consentendo loro di adottare tecnologie più avanzate per ridurre i costi e aumentare l'efficienza nelle loro operazioni o nei loro prodotti. Combinando le analisi di TrendForce e Future Market Insights (FMI), è possibile valutare la roadmap della crescita del valore nel settore. 

Valore di mercato: 

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• 2022: 2,8 miliardi di dollari USA (FMI) 
• 2026: 5,33 miliardi di dollari USA (previsione dichiarata da TrendForce)
• 2032: 5,8 miliardi di dollari USA (previsione dichiarata da FMI) 

Complessivamente, FMI indica un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 7,5% dal 2022 al 2032.

Aziende che espandono la capacità produttiva di SiC

STMicroelectronics

Uno dei principali produttori di SiC sta investendo fondi significativi per aumentare la capacità di sviluppo. Dopo un investimento di 7,5 milioni di euro con GlobalFoundries, STMicroelectronics ha annunciato un ulteriore investimento di 5 milioni di euro destinato alla fabbrica di chip SiC in Italia, che sarà utilizzato per la produzione di un nuovissimo 'wafer super semiconduttore'. Questo sarà un joint venture con Sanan Optoelectronics (annunciato nel giugno 2024) e vedrà lo sviluppo di un chip SiC da otto pollici per supportare tecnologie più intelligenti.

Onsemi 

Con un importante investimento da parte del settore automobilistico, Onsemi alimenterà i nuovi veicoli elettrici e ha firmato accordi con Volkswagen per costruire un inverter di trazione di nuova generazione per le sue auto. Lo sviluppo di questo componente alimenterà la piattaforma scalabile di VW mentre il produttore di automobili segue una traiettoria simile ad altri marchi. Ciò dimostra come le aziende automobilistiche traggano vantaggio dall'innovazione SiC, combinando chip potenti e compatti con un'architettura personalizzabile.

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Wolfspeed

La società ha raggiunto un traguardo critico nel marzo 2024 completando l'impianto di fabbricazione di SiC più grande e avanzato al mondo. Infineon è citata come uno dei clienti principali dei suoi wafer di SiC da 150mm (sei pollici), che verranno utilizzati per innovare ulteriormente nei settori dello stoccaggio di energia e dell'e-mobility. Wolfspeed aveva già firmato un accordo di fornitura decennale con il produttore di semiconduttori con sede a Tokyo, Renesas Electronics Corporation, solo otto mesi prima. 

ROHM Group 

Supporto al settore dell'energia rinnovabile, il gruppo ROHM ha annunciato nel luglio 2023 la firma di un accordo di base con Solar Frontier K.K., che produce pannelli fotovoltaici (PV). La suddetta STMicroelectronics ha anche firmato un accordo con la sussidiaria ROHM SiCrystal per estendere la fornitura di wafer di substrato SiC da 150mm. Questo accordo nasce con l'intenzione da entrambe le parti di aumentare la consegna di chip SiC avanzati.

Problemi comuni con il Silicio

Man mano che è richiesto un maggiore flusso energetico, il silicio semplicemente non può sopportare la tensione necessaria per raggiungere questo obiettivo, o il calore prodotto come risultato. Per ogni 200V da far passare attraverso un diodo a barriera Schottky (SBD) di silicio, gli SBD di SiC possono gestire 600V.

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Altri confronti includono: 

Funzionamento ad Alta Temperatura

• Silicio: I dispositivi tipicamente operano in modo efficiente a temperature fino a 150°C con prestazioni che si degradano significativamente quanto più si riscalda. 
• SiC: I dispositivi hanno molta più stabilità in scenari ad alta temperatura con meno riduzione delle prestazioni—operabili a 600°C. 

Tensione di Rottura

• Silicio: Tensione di rottura inferiore, che limita il suo uso in applicazioni ad alta tensione. 
• SiC: Tensione di rottura superiore (circa 10 volte quella del Silicio), che è ottima per espandere il flusso energetico.

Dimensioni e Peso

Generalmente, il SiC è noto per la sua superiore densità energetica, che supera quella del Silicio, favorendo l'efficienza nella conversione di potenza, ed è reso possibile dalla sua maggiore conducibilità termica. I vantaggi complessivi delle prestazioni del SiC superano l'uso del Silicio in applicazioni ad alta richiesta. 

Industrie Sostenibili che Richiedono Chip di SiC

Due tendenze emergono quando parliamo di un crescente impatto del SiC. Questo è probabilmente il risultato degli sforzi globali per espandere soluzioni sostenibili—l'integrazione dell'energia pulita si basa su semiconduttori più efficienti e robusti. Il SiC è fondamentale per la maggior parte dei progetti infrastrutturali poiché i fornitori cercano di integrare i loro beni nei propri ecosistemi digitali. 

Automotive: L'efficienza è cruciale per i costruttori di automobili poiché la maggior parte di essi sposta la propria attenzione verso l'elettrificazione; costruire veicoli elettrici con maggiore autonomia da batterie più piccole e velocità di ricarica più rapide. Ridurre l'energia persa attraverso la commutazione così come le perdite di conduzione del sistema è molto vantaggioso nei veicoli elettrici, che hanno un'autonomia limitata. 

Questi veicoli incorporano anche sistemi sempre più avanzati, alimentati dal computer di bordo, che attingono energia dalla batteria. Eliminare qualsiasi perdita non necessaria indotta dai sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS) aiuta le aziende a massimizzare il più possibile l'autonomia o la potenza delle loro batterie e piattaforme.

Energia Rinnovabile: Ritornando all'elemento dell'efficienza superiore, molteplici asset dell'infrastruttura energetica possono beneficiare dell'uso dei chip in SiC per ridurre le perdite e rendere le macchine più resilienti ai cambiamenti di temperatura. Sistemi come lo stoccaggio di energia in batteria (BESS) possono operare più efficientemente grazie al SiC e alla sua capacità di sopportare temperature più elevate e limitare la conduzione energetica.

Come visto in passato, gli impianti di stoccaggio di batterie sono suscettibili a un'elevata esposizione al calore e, per espandere ciò a sostegno delle soluzioni energetiche sostenibili, i componenti interni devono essere in grado di resistere alle condizioni più estreme, ovvero temperature che raggiungono fino a 150°C. C'è anche un elemento di spazio poiché le aziende hanno una capacità limitata di espandere la loro capacità di stoccaggio o produzione energetica con lo spazio di cui dispongono. Soluzioni che aumentano la densità di potenza aiuteranno inevitabilmente gli operatori a processare più energia con la stessa infrastruttura.

Questo vale anche nel settore dei veicoli elettrici (EV) poiché le aziende cercano di ridurre le dimensioni dei loro pacchi batteria aumentandone al contempo la capacità.

Progressi nella Funzione SiC

In precedenza, le aziende optavano per componenti in silicio puro, che ora vengono superati dal SiC. Questo nuovo formato di chip porta con sé un maggiore potenziale per aumentare la potenza dell'architettura interna e ottenere una maggiore efficienza energetica e termica. 

I chip SiC hanno una tensione di rottura critica superiore rispetto al solo silicio. Per le applicazioni moderne, ciò consente di creare chip più compatti riducendo il rischio di guasti. I produttori di componenti possono anche sfruttare la sua alta concentrazione di drogaggio per introdurre materiali di supporto per applicazioni specifiche. 

In sistemi ad alta tensione, così come in industrie che richiedono pochissimo o nessun tempo di inattività degli asset, il SiC è nettamente superiore al silicio precedentemente utilizzato. Questi tendono ad essere sfruttati nello sviluppo di industrie di energia pulita, come i veicoli elettrici (EV) e le rinnovabili, insieme a difesa, aerospaziale e telecomunicazioni, tutte industrie dove le interruzioni potrebbero essere dannose da un punto di vista della sicurezza. Ci sono molte altre industrie che beneficiano del passaggio ai chip SiC, e molte di esse integrano nuove tecnologie, inclusa l'intelligenza artificiale (AI) e l'apprendimento automatico (ML).