Visão Geral do Crescimento da Capacidade de Fabricação de SiC

A demanda não é um problema para os fabricantes de chips de carbeto de silício (SiC). A dependência a jusante desses tipos de chips significa que este segmento está agora em uma posição concreta para aumentar a produção. Embora seja provável que os grandes nomes deste espaço—STMicroelectronics, Onsemi, Wolfspeed, ROHM e similares—estejam com sua atenção firmemente voltada para os emergentes mercados de energia limpa. 

Nos últimos anos, aprendemos que as indústrias sustentáveis são fortemente impactadas por eventos globais. Junto a isso, há várias razões pelas quais as empresas têm preferido o SiC em vez do silício—o fator principal é que o material em si é mais resiliente a ambientes de computação complexos. 

O setor de veículos elétricos (EV) é um desses exemplos e, à medida que as relações comerciais com a China apenas exacerbam a necessidade de localizar a produção e o fornecimento, há também uma ênfase na construção de produtos com maiores expectativas de vida útil. Em termos de energia renovável, os países estão continuamente evoluindo para reduzir sua dependência do comércio global de energia. 

Como resultado, estamos vendo as tecnologias evoluírem exponencialmente nessas áreas, reforçando os esforços para entregar mais densidade de potência e construir soluções que possam resistir aos testes de diferentes ambientes.

A Fabricação de SiC está Expandindo

Os fabricantes de SiC serão fundamentais para impulsionar uma série de indústrias, permitindo que adotem tecnologias mais avançadas para reduzir custos e aumentar a eficiência em suas operações ou em seus produtos. A combinação das análises da TrendForce e da Future Market Insights (FMI) ajuda a avaliar o roteiro de crescimento de valor no setor. 

Valor de mercado: 

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• 2022: US$ 2,8 bilhões (FMI) 
• 2026: US$ 5,33 bilhões (Previsão da TrendForce
• 2032: US$ 5,8 bilhões (Previsão da FMI) 

No geral, a FMI indica uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 7,5% de 2022 a 2032.

Empresas Expandindo a Capacidade de Fab de SiC

STMicroelectronics

Um dos principais fabricantes de SiC está investindo fundos significativos para aumentar a capacidade de desenvolvimento. Após um investimento de € 7,5 milhões com a GlobalFoundries, a STMicroelectronics anunciou um investimento adicional de € 5 milhões destinados à fábrica de chips de SiC na Itália, que será usado na produção de um novo ‘super wafer semicondutor’. Isso será uma joint venture com a Sanan Optoelectronics (anunciada em junho de 2024) e verá o desenvolvimento de um chip de SiC de oito polegadas para suportar tecnologias mais inteligentes.

Onsemi 

Com um grande investimento do setor automotivo, Onsemi alimentará novos veículos elétricos, e assinou acordos com a Volkswagen para construir um inversor de tração de próxima geração para seus carros. O desenvolvimento deste componente alimentará a plataforma escalável da VW à medida que o fabricante de automóveis segue uma trajetória semelhante a de outras marcas. Isso mostra como as empresas automotivas se beneficiam da inovação em SiC, combinando chips potentes e compactos com arquitetura personalizável.

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Wolfspeed

A empresa alcançou um marco crítico em março de 2024 ao completar a maior e mais avançada fábrica de fabricação de SiC do mundo. A Infineon é citada como um dos clientes principais de seus wafers de SiC de 150mm (seis polegadas), que serão usados para inovar ainda mais nos setores de armazenamento de energia e e-mobilidade. A Wolfspeed já assinou um acordo de fornecimento de 10 anos com o fabricante de semicondutores sediado em Tóquio, Renesas Electronics Corporation, apenas oito meses antes. 

ROHM Group 

Apoiando o setor de energia renovável, o Grupo ROHM anunciou em julho de 2023 a assinatura de um acordo básico com a Solar Frontier K.K., que fabrica painéis fotovoltaicos (PV). A mencionada STMicroelectronics também assinou um acordo com a subsidiária da ROHM, SiCrystal, para estender seu fornecimento de wafers de substrato de SiC de 150mm. Este acordo vem com a intenção de ambas as partes de aumentar a entrega de chips avançados de SiC.

Problemas Comuns com o Silício

À medida que mais throughput de energia é necessário, o silício simplesmente não pode suportar a voltagem necessária para alcançar isso—ou o calor produzido como resultado. Para cada 200V que passa por um diodo de barreira Schottky de silício (SBD), os SBDs de SiC podem gerenciar 600V.

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Outras comparações incluem: 

Operação em Alta Temperatura

• Silício: Dispositivos operam eficientemente em temperaturas de até 150°C, com desempenho se degradando significativamente quanto mais quente fica. 
• SiC: Dispositivos têm muito mais estabilidade em cenários de alta temperatura com menos redução de desempenho—operáveis a 600°C. 

Tensão de Ruptura

• Silício: Tensão de ruptura mais baixa, o que limita seu uso em aplicações de alta voltagem. 
• SiC: Tensão de ruptura mais alta (aproximadamente 10x a do Silício), o que é ótimo para expandir o throughput de energia.

Tamanho e Peso

Geralmente, o SiC é conhecido por sua densidade energética superior, que supera a do Silício, o que auxilia na eficiência da conversão de energia e é possibilitado por sua maior condutividade térmica. Os benefícios de desempenho do SiC superam o uso do Silício em aplicações de alta demanda. 

Indústrias Sustentáveis Demandando Chips de SiC

Dois tendências surgem quando falamos sobre o crescimento da presença do SiC. Isso provavelmente é resultado dos esforços globais para expandir soluções sustentáveis—a integração de energia limpa depende de semicondutores mais eficientes e robustos. O SiC é central para a maioria dos projetos de infraestrutura à medida que os fornecedores procuram integrar seus ativos aos seus próprios ecossistemas digitais. 

Automotivo: A eficiência é crucial para os fabricantes de carros à medida que a maioria deles volta sua atenção para a eletrificação; construir VE's com maior autonomia a partir de baterias menores e velocidades de carregamento mais rápidas. Reduzir a energia perdida através da comutação, bem como as perdas de condução do sistema, é altamente benéfico em VE's, que têm autonomia limitada. 

Esses veículos também incorporam sistemas cada vez mais avançados, alimentados pelo computador de bordo, que consomem energia da bateria. Eliminar quaisquer perdas desnecessárias induzidas pelos sistemas avançados de assistência ao condutor (ADAS) ajuda as empresas a extrair o máximo de alcance ou potência possível de suas baterias e plataformas. 

Energia Renovável: Retomando o elemento de maior eficiência, vários ativos de infraestrutura energética podem se beneficiar do uso de chips de SiC para reduzir perdas e tornar as máquinas mais resistentes a mudanças de temperatura. Sistemas como armazenamento de energia em baterias (BESS) podem operar de forma mais eficiente como resultado do SiC e sua capacidade de suportar temperaturas mais altas e limitar a condução de energia. 

Como visto no passado, instalações de armazenamento de bateria são suscetíveis à exposição a altas temperaturas e, para expandir isso para apoiar soluções de energia sustentável, os componentes internos devem ser capazes de suportar as condições mais severas — nomeadamente temperaturas que chegam até 150°C. Há também um elemento de espaço, pois as empresas têm um escopo limitado para expandir sua capacidade de armazenamento ou produção de energia com o espaço que têm. Soluções que aumentam a densidade de potência inevitavelmente ajudarão os operadores a processar mais energia com a mesma infraestrutura. 

Isso também é verdade no setor de VE, à medida que as empresas procuram reduzir os tamanhos de seus pacotes de bateria enquanto aumentam sua capacidade. 

Avanços na Função SiC

Anteriormente, as empresas optavam por peças de silício puro, que agora estão sendo superadas pelo SiC. Esse novo formato de chip traz consigo um maior potencial para aumentar a potência da arquitetura interna e alcançar maior eficiência energética e térmica. 

Os chips de SiC possuem uma tensão crítica de ruptura mais alta do que o silício sozinho. Para aplicações modernas, isso permite a criação de chips mais compactos enquanto reduz o risco de falhas. Os fabricantes de componentes também podem aproveitar sua alta concentração de dopagem para introduzir materiais de suporte para aplicações específicas. 

Em sistemas de alta tensão, bem como em indústrias que requerem pouco ou nenhum tempo de inatividade dos ativos, o SiC é muito superior ao silício anteriormente utilizado. Esses tendem a ser aproveitados no desenvolvimento de indústrias de energia limpa, como veículos elétricos (EVs) e renováveis, juntamente com defesa, aeroespacial e telecomunicações — todas indústrias onde interrupções poderiam ser prejudiciais do ponto de vista da segurança. Há muitas outras indústrias que se beneficiam da mudança para chips de SiC, e muitas delas integram novas tecnologias — incluindo inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML).