Przegląd wzrostu zdolności produkcyjnych SiC

Popyt na układy scalone z węglika krzemu (SiC) nie stanowi problemu dla ich producentów. Zależność sektora od tego typu chipów sprawia, że ten segment jest obecnie w mocnej pozycji, aby zwiększyć produkcję. Chociaż prawdopodobnie główni gracze na tym rynku—STMicroelectronics, Onsemi, Wolfspeed, ROHM i podobni—skupiają swoją uwagę przede wszystkim na wschodzących rynkach czystej energii.

W ostatnich latach zauważyliśmy, że zrównoważone branże są silnie dotknięte przez globalne wydarzenia. Obok tego istnieje wiele powodów, dla których firmy coraz częściej wybierają SiC zamiast krzemu—głównym czynnikiem jest większa odporność tego materiału na złożone środowiska obliczeniowe. 

Sektor pojazdów elektrycznych (EV) jest jednym z przykładów, a w miarę jak relacje handlowe z Chinami tylko pogłębiają potrzebę lokalizacji produkcji i źródeł zaopatrzenia, pojawia się również nacisk na tworzenie produktów o dłuższej żywotności. Jeśli chodzi o energię odnawialną, kraje nieustannie ewoluują, aby zmniejszyć swoją zależność od globalnego handlu energią. 

W rezultacie obserwujemy eksponencjalny rozwój technologii w tych obszarach, wzmacniając wysiłki na rzecz dostarczania większej gęstości mocy i budowania rozwiązań, które mogą wytrzymać próby różnych środowisk.

Rozwój produkcji SiC się rozszerza

Producenci SiC będą kluczowi w napędzaniu wielu branż do przodu, umożliwiając im przyjęcie bardziej zaawansowanych technologii w celu obniżenia kosztów i zwiększenia efektywności w ich operacjach lub produktach. Łączenie analiz TrendForce i Future Market Insights (FMI) pomaga ocenić mapę drogową wzrostu wartości w sektorze. 

Wartość rynkowa: 

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

• 2022: 2,8 miliarda USD (FMI) 
• 2026: 5,33 miliarda USD (prognoza TrendForce
• 2032: 5,8 miliarda USD (prognoza FMI) 

Ogólnie, FMI podaje roczną skomplikowaną stopę wzrostu (CAGR) na poziomie 7,5% od 2022 do 2032.

Firmy rozszerzające zdolności produkcyjne SiC

STMicroelectronics

Jeden z wiodących producentów SiC inwestuje znaczące środki w dalsze zwiększanie zdolności produkcyjnych. Po inwestycji w wysokości 7,5 miliona euro z GlobalFoundries, STMicroelectronics ogłosiło dalsze 5 milionów europrzeznaczone na fabrykę chipów SiC we Włoszech, które zostaną wykorzystane na produkcję całkowicie nowego „super półprzewodnikowego wafla”. Będzie to wspólne przedsięwzięcie z Sanan Optoelectronics (ogłoszone w czerwcu 2024) i będzie obejmować rozwój ośmiocalowego chipa SiC, aby wspierać inteligentniejsze technologie.

Onsemi 

Z dużym zaangażowaniem ze strony sektora motoryzacyjnego, Onsemi będzie zasilać nowe pojazdy elektryczne, i podpisało umowy z Volkswagenem na budowę nowej generacji inwertera trakcyjnego dla swoich samochodów. Rozwój tego komponentu będzie napędzał skalowalną platformę VW, ponieważ producent samochodów podąża podobną trajektorią jak inne marki. Pokazuje to, jak firmy motoryzacyjne korzystają z innowacji SiC, łącząc potężne, kompaktowe chipy z możliwością dostosowania architektury.

Part Insights Experience

Access critical supply chain intelligence as you design.

Learn More

Wolfspeed

Firma osiągnęła kluczowy kamień milowy w marcu 2024 roku, kończąc budowę największej i najbardziej zaawansowanej fabryki SiC na świecie. Infineon jest wymieniany jako jeden z głównych klientów jej 150mm (sześciocalowych) płyt SiC, które będą wykorzystywane do dalszych innowacji w sektorach magazynowania energii i e-mobilności. Wolfspeed już osiem miesięcy wcześniej podpisał dziesięcioletnią umowę dostaw z tokijskim producentem półprzewodników Renesas Electronics Corporation. 

Grupa ROHM 

Wsparcie dla sektora energii odnawialnej, grupa ROHM ogłosiła w lipcu 2023 roku podpisanie podstawowego porozumienia z firmą Solar Frontier K.K., która produkuje panele fotowoltaiczne (PV). Wspomniany wcześniej STMicroelectronics również podpisał umowę z filią ROHM, SiCrystal, na przedłużenie dostaw 150mm podkładów z węglika krzemu (SiC). Umowa ta została zawarta z zamiarem obu stron na zwiększenie dostaw zaawansowanych chipów SiC.

Typowe problemy z krzemem

W miarę jak wymagany jest większy przepływ energii, krzem po prostu nie jest w stanie wytrzymać wymaganego napięcia do osiągnięcia tego celu—ani wytworzonego w wyniku tego ciepła. Dla każdych 200V, które mają przejść przez krzemową diody Schottky'ego (SBD), SBD z SiC mogą obsłużyć 600V.

Make cents of your BOM

Free supply chain insights delivered to your inbox

Learn More

Inne porównania obejmują: 

Praca w wysokiej temperaturze

• Krzem: Urządzenia zwykle pracują efektywnie w temperaturach do 150°C, z wyraźnym pogorszeniem wydajności, im gorętsze się robi. 
• SiC: Urządzenia mają znacznie większą stabilność w scenariuszach wysokich temperatur z mniejszym spadkiem wydajności—możliwe do pracy przy 600°C. 

Napięcie przebicia

• Krzem: Niższe napięcie przebicia, co ogranicza jego użycie w aplikacjach wysokonapięciowych. 
• SiC: Wyższe napięcie przebicia (około 10x większe niż krzem), co jest świetne dla rozszerzenia przepływu energii.

Rozmiar i Waga

Ogólnie rzecz biorąc, SiC jest znany ze swojej wyższej gęstości energii, która przewyższa krzem, co wspomaga wydajność przekształcania mocy i jest możliwe dzięki wyższej przewodności cieplnej. Ogólne korzyści wynikające z wydajności SiC przeważają nad użyciem krzemu w aplikacjach o wysokim zapotrzebowaniu. 

Przemysły zrównoważone wymagające układów SiC

Dwie tendencje pojawiają się, gdy mówimy o rosnącym zasięgu SiC. Jest to prawdopodobnie wynik globalnych starań o rozwijanie zrównoważonych rozwiązań—integracja czystej energii opiera się na bardziej wydajnych i solidnych półprzewodnikach. SiC jest kluczowe dla większości projektów infrastrukturalnych, ponieważ dostawcy starają się włączyć swoje zasoby do własnych cyfrowych ekosystemów. 

Automotive:Wydajność jest kluczowa dla producentów samochodów, ponieważ większość z nich przestawia swoją uwagę na elektryfikację; budowanie pojazdów elektrycznych o większym zasięgu z mniejszych baterii i szybszych prędkościach ładowania. Redukcja energii traconej podczas przełączania, jak również straty przewodzenia systemu, są bardzo korzystne w EV, które mają ograniczony zasięg. 

Te pojazdy coraz częściej wykorzystują zaawansowane systemy zasilane przez pokładowy komputer, które pobierają energię z baterii. Eliminowanie wszelkich niepotrzebnych strat indukowanych przez zaawansowane systemy wspomagania kierowcy (ADAS) pomaga firmom wycisnąć jak najwięcej zasięgu lub mocy z ich baterii i platform. 

Odnawialna energia: Wróćmy do kwestii wyższej efektywności, wiele aktywów infrastruktury energetycznej może skorzystać z użycia chipów SiC do redukcji strat i uczynienia maszyn bardziej odpornymi na zmiany temperatury. Systemy takie jak magazynowanie energii w bateriach (BESS) mogą działać bardziej efektywnie dzięki SiC i jego zdolności do wytrzymywania wyższych temperatur oraz ograniczania przewodzenia energii. 

Jak pokazała przeszłość, obiekty magazynowania baterii są podatne na ekspozycję na wysokie temperatury i, aby rozszerzyć to na wsparcie zrównoważonych rozwiązań energetycznych, komponenty wewnątrz muszą być w stanie wytrzymać najtrudniejsze warunki—mianowicie temperatury sięgające do 150°C. Istnieje również kwestia przestrzeni, ponieważ firmy mają ograniczone możliwości rozszerzenia swojej zdolności magazynowania lub wydajności energetycznej w ramach dostępnej przestrzeni. Rozwiązania zwiększające gęstość mocy nieuchronnie pomogą operatorom przetwarzać więcej energii przy tej samej infrastrukturze. 

To również ma zastosowanie w sektorze pojazdów elektrycznych, ponieważ firmy starają się zmniejszyć rozmiary swoich pakietów baterii, jednocześnie zwiększając ich pojemność. 

Postępy w funkcji SiC

Wcześniej firmy wybierały części wykonane z czystego krzemu, które obecnie są wypierane przez SiC. Nowy format chipów przynosi ze sobą większy potencjał do zwiększenia mocy wewnętrznej architektury oraz osiągnięcia większej efektywności energetycznej i cieplnej. 

Chipy SiC mają wyższe napięcie przebicia krytycznego niż sam krzem. W nowoczesnych aplikacjach umożliwia to tworzenie bardziej kompaktowych chipów przy jednoczesnym zmniejszeniu ryzyka awarii. Producenci komponentów mogą również wykorzystać jego wysokie stężenie domieszek do wprowadzania materiałów wspomagających dla konkretnych zastosowań. 

W systemach wysokonapięciowych, jak również w branżach wymagających minimalnego lub zerowego czasu przestoju aktywów, SiC jest znacznie lepszy od wcześniej używanego krzemu. Są one wykorzystywane w rozwijających się branżach czystej energii, takich jak pojazdy elektryczne (EV) i odnawialne źródła energii, a także w obronie, lotnictwie i telekomunikacji – wszystkie branże, gdzie przerwy w działaniu mogą być szkodliwe z punktu widzenia bezpieczeństwa. Istnieje wiele innych branż, które korzystają ze zmiany na chipy SiC, i wiele z nich integruje nowe technologie, w tym sztuczną inteligencję (AI) oraz uczenie maszynowe (ML).