Обзор роста производственных мощностей карбида кремния

Спрос на кремнийкарбидные (SiC) микросхемы для производителей не является проблемой. Зависимость последующих этапов от этих видов чипов означает, что этот сегмент теперь находится в устойчивом положении для увеличения производства. Хотя, вероятно, крупные игроки в этой области — STMicroelectronics, Onsemi, Wolfspeed, ROHM и подобные — внимательно следят за возникающими рынками чистой энергии. 

В последние годы мы узнали, что устойчивые отрасли сильно зависят от глобальных событий. Вместе с тем есть различные причины, по которым компании предпочитают SiC вместо кремния — основной фактор заключается в том, что сам материал более устойчив к сложным вычислительным средам. 

Сектор электромобилей (EV) является одним из этих примеров, и поскольку торговые отношения с Китаем только усугубляют необходимость локализации производства и источников поставок, также акцентируется внимание на создании продуктов с более долгим сроком службы. В терминах возобновляемой энергии страны постоянно развиваются, чтобы сократить свою зависимость от глобальной торговли энергоресурсами. 

В результате мы видим, как технологии в этих областях развиваются экспоненциально, усиливая усилия по обеспечению большей плотности мощности и созданию решений, способных выдерживать испытания различными средами.

Производство SiC расширяется

Производители SiC будут играть ключевую роль в продвижении вперед множества отраслей, позволяя им принимать более современные технологии для снижения затрат и повышения эффективности в их операциях или в рамках их продуктов. Комбинированный анализ от TrendForce и Future Market Insights (FMI) помогает оценить карту роста стоимости в секторе. 

Рыночная стоимость: 

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

• 2022: 2,8 миллиарда долларов США (FMI) 
• 2026: 5,33 миллиарда долларов США (прогноз TrendForce
• 2032: 5,8 миллиарда долларов США (прогноз FMI) 

В целом, FMI заявляет о среднегодовом темпе роста (CAGR) в 7,5% с 2022 по 2032 год.

Компании, расширяющие производственные мощности SiC

STMicroelectronics

Один из ведущих производителей SiC инвестирует значительные средства в дальнейшее расширение производственных мощностей. После инвестиций в размере 7,5 миллиона евро с GlobalFoundries, STMicroelectronics объявила о дополнительных инвестициях в размере 5 миллионов евро в производство чипов SiC в Италии, которые будут направлены на производство совершенно новой «суперполупроводниковой пластины». Это будет совместное предприятие с Sanan Optoelectronics (объявлено в июне 2024 года) и приведет к разработке восьмидюймового чипа SiC для поддержки более интеллектуальных технологий.

Onsemi 

С крупным вложением со стороны автомобильного сектора, Onsemi будет питать новые электромобили, и заключила соглашения с Volkswagen для создания тягового инвертора следующего поколения для своих автомобилей. Разработка этого компонента будет питать масштабируемую платформу VW, поскольку автопроизводитель следует похожей траектории, как и другие бренды. Это показывает, как автомобильные компании извлекают выгоду из инноваций на основе SiC, сочетая мощные, компактные чипы с настраиваемой архитектурой.

Part Insights Experience

Access critical supply chain intelligence as you design.

Learn More

Wolfspeed

Компания достигла критического рубежа в марте 2024 года, завершив строительство крупнейшего и самого современного производственного объекта по изготовлению SiC в мире. Infineon упоминается как один из основных клиентов их 150-мм (шесть дюймов) пластин SiC, которые будут использоваться для дальнейших инноваций в секторах хранения энергии и электромобильности. Wolfspeed уже подписала 10-летнее соглашение о поставках с токийским производителем полупроводников Renesas Electronics Corporation всего за восемь месяцев до этого. 

ROHM Group 

Поддерживая сектор возобновляемой энергетики, группа ROHM объявила в июле 2023 года о подписании базового соглашения с компанией Solar Frontier K.K., которая производит фотоэлектрические (PV) панели. Упомянутая выше компания STMicroelectronics также подписала соглашение с дочерней компанией ROHM, SiCrystal, о расширении поставок подложек из карбида кремния (SiC) диаметром 150 мм. Это соглашение заключено с намерением обеих сторон увеличить поставки передовых чипов SiC.

Распространенные проблемы с кремнием

По мере того как требуется больший пропуск энергии, кремний просто не может выдержать необходимое для этого напряжение или тепло, выделяемое в результате. Для прохождения каждых 200В через кремниевый диод Шоттки (SBD), SBD из SiC могут управлять 600В.

Make cents of your BOM

Free supply chain insights delivered to your inbox

Learn More

Другие сравнения включают в себя: 

Работа при высоких температурах

• Кремний: Устройства обычно эффективно работают при температурах до 150°C, при этом их производительность значительно снижается при дальнейшем повышении температуры. 
• SiC: Устройства имеют гораздо большую стабильность в условиях высоких температур с меньшим снижением производительности — работоспособны при 600°C. 

Напряжение пробоя

• Кремний: Ниже напряжение пробоя, что ограничивает его использование в приложениях высокого напряжения. 
• SiC: Выше напряжение пробоя (примерно в 10 раз выше, чем у кремния), что отлично подходит для расширения пропускной способности энергии.

Размер и Вес

В целом, SiC известен своей высокой энергетической плотностью, которая превосходит таковую у кремния, что способствует повышению эффективности преобразования энергии благодаря более высокой теплопроводности. Всесторонние преимущества в производительности SiC делают его предпочтительнее кремния в приложениях с высокими требованиями. 

Устойчивые отрасли, требующие чипов SiC

При обсуждении растущего влияния SiC выделяются две тенденции. Это, вероятно, результат глобальных усилий по расширению устойчивых решений—интеграция чистой энергии зависит от более эффективных и надежных полупроводников. SiC является ключевым элементом большинства инфраструктурных проектов, поскольку поставщики стремятся интегрировать свои активы в собственные цифровые экосистемы. 

Автомобильная промышленность: Эффективность критически важна для производителей автомобилей, поскольку большинство из них переключает внимание на электрификацию; строительство ЭВ с более длительным пробегом от меньших батарей и более быстрыми скоростями зарядки. Снижение потерь энергии при коммутации, а также потерь энергии в системе проводимости, чрезвычайно выгодно для ЭВ, имеющих ограниченный запас хода. 

Эти транспортные средства также включают в себя всё более и более продвинутые системы, работающие от бортового компьютера, которые потребляют энергию от аккумулятора. Устранение любых ненужных потерь, вызванных системами помощи водителю (ADAS), помогает компаниям извлекать максимум диапазона или мощности из их аккумуляторов и платформ. 

Возобновляемая энергия: Возвращаясь к элементу повышенной эффективности, множество активов энергетической инфраструктуры могут извлечь выгоду из использования кремнийкарбидных (SiC) чипов для снижения потерь и повышения устойчивости машин к изменениям температуры. Системы, такие как аккумуляторные энергохранилища (BESS), могут работать более эффективно благодаря SiC и его способности выдерживать высокие температуры и ограничивать проводимость энергии. 

Как было показано в прошлом, объекты хранения батарей подвержены воздействию высоких температур и, чтобы расширить это для поддержки устойчивых энергетических решений, компоненты внутри должны быть способны выдерживать самые суровые условия — а именно температуры до 150°C. Существует также элемент пространства, поскольку у компаний ограниченные возможности для расширения их мощности хранения или выходной мощности с учетом имеющегося пространства. Решения, которые увеличивают плотность мощности, неизбежно помогут операторам обрабатывать больше энергии с той же инфраструктурой. 

Это также актуально в секторе электромобилей, поскольку компании стремятся уменьшить размеры своих аккумуляторных батарей, увеличивая их емкость. 

Прогресс в функциональности SiC

Ранее компании выбирали чистый кремний для своих деталей, который теперь вытесняется SiC. Этот новый формат чипа приносит с собой больший потенциал для увеличения мощности внутренней архитектуры и достижения большей энерго- и теплоэффективности. 

Чипы SiC имеют более высокое критическое напряжение пробоя, чем один кремний. Для современных приложений это позволяет создавать более компактные чипы, снижая риск неисправностей. Производители компонентов также могут использовать его высокую концентрацию легирующих добавок для введения вспомогательных материалов для конкретных приложений. 

В системах высокого напряжения, а также в отраслях, требующих минимального или нулевого простоя активов, SiC значительно превосходит ранее использовавшийся кремний. Эти технологии часто используются в развитии индустрии чистой энергии, такой как электромобили и возобновляемые источники энергии, а также в обороне, аэрокосмической промышленности и телекоммуникациях — во всех отраслях, где отказы могут быть критичны с точки зрения безопасности. Есть много других отраслей, которые выигрывают от перехода на чипы SiC, и многие из них интегрируют новые технологии, включая искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (ML).