Tổng quan về Sự Tăng Trưởng Năng Lực Sản Xuất SiC

Nhu cầu không phải là vấn đề đối với các nhà sản xuất chip cacbua silicon (SiC). Sự phụ thuộc vào loại chip này ở khâu hạ lưu có nghĩa là phân khúc này hiện đang ở vị trí vững chắc để tăng cường sản xuất. Tuy nhiên, có khả năng các công ty hàng đầu trong lĩnh vực này—STMicroelectronics, Onsemi, Wolfspeed, và ROHM, và các công ty tương tự—đang chú ý đặc biệt đến thị trường năng lượng sạch mới nổi. 

Trong những năm gần đây, chúng ta đã nhận thấy rằng các ngành công nghiệp bền vững bị ảnh hưởng nặng nề bởi các sự kiện toàn cầu. Bên cạnh đó, có nhiều lý do khiến các công ty ưa chuộng SiC hơn silicon—yếu tố chính là chất liệu này có khả năng chịu đựng môi trường tính toán phức tạp hơn. 

Ngành xe điện (EV) là một trong những ví dụ và, khi mối quan hệ thương mại với Trung Quốc chỉ làm tăng thêm nhu cầu về việc địa phương hóa sản xuất và nguồn cung, cũng có một sự nhấn mạnh vào việc xây dựng sản phẩm với tuổi thọ dài hơn. Về năng lượng tái tạo, các quốc gia liên tục phát triển nhằm giảm sự phụ thuộc vào thương mại năng lượng toàn cầu. 

Kết quả là, chúng ta đang chứng kiến công nghệ phát triển mạnh mẽ trong những lĩnh vực này, tăng cường nỗ lực để cung cấp mật độ công suất cao hơn và xây dựng giải pháp có thể chịu đựng các thử nghiệm trong môi trường khác nhau.

Sản xuất SiC đang Mở rộng

Các nhà sản xuất SiC sẽ đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy một số ngành công nghiệp phát triển, cho phép họ áp dụng các công nghệ tiên tiến hơn để giảm chi phí và tăng hiệu quả trong hoạt động của họ, hoặc trong sản phẩm của họ. Kết hợp phân tích từ TrendForce và Future Market Insights (FMI) giúp đánh giá lộ trình tăng trưởng giá trị trong lĩnh vực này. 

Giá trị thị trường: 

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More

• 2022: 2.8 tỷ USD (FMI) 
• 2026: 5.33 tỷ USD (Dự đoán của TrendForce
• 2032: 5.8 tỷ USD (Dự đoán của FMI) 

Tổng cộng, FMI cho biết tỷ lệ tăng trưởng hàng năm hợp nhất (CAGR) là 7.5% từ năm 2022 đến 2032.

Các Công Ty Mở Rộng Năng Lực Nhà Máy SiC

STMicroelectronics

Một trong những nhà sản xuất SiC hàng đầu đang bơm một khoản tiền đáng kể vào việc mở rộng năng lực phát triển. Sau khi đầu tư 7.5 triệu euro với GlobalFoundries, STMicroelectronics thông báo thêm 5 triệu euro được phân bổ cho nhà máy chip SiC tại Ý, sẽ được sử dụng cho việc sản xuất một loại ‘bán dẫn siêu mới’. Đây sẽ là một liên doanh với Sanan Optoelectronics (được công bố vào tháng 6 năm 2024) và sẽ thấy sự phát triển của một chip SiC tám inch để hỗ trợ các công nghệ thông minh hơn.

Onsemi 

Với sự tham gia lớn từ ngành công nghiệp ô tô, Onsemi sẽ cung cấp năng lượng cho các xe EV mới, và đã ký kết thỏa thuận với Volkswagen để xây dựng một bộ biến đổi động cơ kéo thế hệ tiếp theo cho các xe của họ. Việc phát triển thành phần này sẽ cung cấp năng lượng cho nền tảng có thể mở rộng của VW khi nhà sản xuất ô tô này theo đuổi một quỹ đạo tương tự như các thương hiệu khác. Điều này cho thấy các công ty ô tô được hưởng lợi từ sự đổi mới SiC, kết hợp các chip mạnh mẽ, gọn nhẹ với kiến trúc có thể tùy chỉnh.

Part Insights Experience

Access critical supply chain intelligence as you design.

Learn More

Wolfspeed

Công ty đã đạt được một cột mốc quan trọng vào tháng 3 năm 2024 khi hoàn thành cơ sở sản xuất SiC lớn nhất và tiên tiến nhất thế giới. Infineon được trích dẫn là một trong những khách hàng cốt lõi của các tấm wafer SiC 150mm (sáu inch) của họ, sẽ được sử dụng để đổi mới thêm trong các lĩnh vực lưu trữ năng lượng và e-mobility. Wolfspeed đã ký một thỏa thuận cung cấp 10 năm với nhà sản xuất bán dẫn có trụ sở tại Tokyo, Renesas Electronics Corporation, chỉ tám tháng trước. 

Nhóm ROHM 

Hỗ trợ cho ngành năng lượng tái tạo, ROHM Group đã thông báo vào tháng 7 năm 2023 về việc ký kết một thỏa thuận cơ bản với Solar Frontier K.K., công ty sản xuất tấm pin quang điện (PV). STMicroelectronics đã ký kết một thỏa thuận với công ty con của ROHM là SiCrystal để mở rộng nguồn cung cấp wafer nền SiC 150mm. Thỏa thuận này được thực hiện với ý định từ cả hai bên nhằm tăng cường giao hàng của các chip SiC tiên tiến.

Vấn đề Thường Gặp với Silicon

Khi cần lượng năng lượng thông qua nhiều hơn, silicon đơn giản không thể chịu đựng được điện áp cần thiết để đạt được điều này—hoặc nhiệt độ sản sinh kết quả. Đối với mỗi 200V đi qua một diode Schottky barrier (SBD) silicon, SBD SiC có thể quản lý 600V.

Make cents of your BOM

Free supply chain insights delivered to your inbox

Learn More

Một số so sánh khác bao gồm: 

Hoạt Động Ở Nhiệt Độ Cao

• Silicon: Các thiết bị thường hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ lên đến 150°C với hiệu suất giảm đáng kể khi nhiệt độ tăng cao. 
• SiC: Các thiết bị có sự ổn định cao hơn trong các tình huống nhiệt độ cao với ít giảm hiệu suất hơn—có thể hoạt động ở 600°C. 

Điện Áp Đánh Thủng

• Silicon: Điện áp đánh thủng thấp hơn, hạn chế sử dụng của nó trong các ứng dụng điện áp cao. 
• SiC: Điện áp đánh thủng cao hơn (khoảng 10 lần so với Silicon), điều này tuyệt vời cho việc mở rộng lượng năng lượng thông qua.

Kích thước và Trọng lượng

Nói chung, SiC được biết đến với mật độ năng lượng vượt trội so với Silicon, giúp tăng hiệu quả chuyển đổi năng lượng, được hỗ trợ bởi khả năng dẫn nhiệt cao hơn. Lợi ích về hiệu suất toàn diện của SiC vượt trội so với việc sử dụng Silicon trong các ứng dụng có yêu cầu cao. 

Các Ngành Công nghiệp Bền vững Yêu cầu Chip SiC

Hai xu hướng xuất hiện khi chúng ta nói về việc mở rộng dấu ấn SiC. Điều này có thể là kết quả của nỗ lực toàn cầu nhằm mở rộng giải pháp bền vững—việc tích hợp năng lượng sạch phụ thuộc vào việc có các bán dẫn hiệu quả và mạnh mẽ hơn. SiC là trọng tâm của hầu hết các dự án cơ sở hạ tầng khi các nhà cung cấp tìm cách đưa tài sản của họ vào hệ sinh thái số của riêng họ. 

Ô tô: Hiệu quả là yếu tố quan trọng đối với các nhà sản xuất ô tô khi phần lớn họ chuyển sự chú ý sang điện khí hóa; xây dựng xe điện (EV) có phạm vi hoạt động xa hơn từ những pin nhỏ hơn và tốc độ sạc nhanh hơn. Việc giảm thiểu năng lượng bị mất qua việc chuyển mạch cũng như tổn thất dẫn điện trong hệ thống rất có lợi trong EV, những chiếc xe có phạm vi hoạt động hạn chế. 

Những phương tiện này cũng ngày càng tích hợp nhiều hệ thống tiên tiến hơn, được cung cấp năng lượng bởi máy tính trên xe, lấy điện từ ắc quy. Việc loại bỏ bất kỳ tổn thất không cần thiết nào do hệ thống hỗ trợ lái xe tiên tiến (ADAS) gây ra giúp các công ty tận dụng tối đa phạm vi hoạt động hoặc sức mạnh từ ắc quy và nền tảng của họ. 

Năng lượng tái tạo: Quay lại với yếu tố hiệu suất cao hơn, nhiều tài sản cơ sở hạ tầng năng lượng có thể được hưởng lợi từ việc sử dụng chip SiC để giảm tổn thất và làm cho máy móc bền bỉ hơn với sự thay đổi nhiệt độ. Các hệ thống như lưu trữ năng lượng bằng ắc quy (BESS) có thể hoạt động hiệu quả hơn nhờ vào SiC và khả năng chịu đựng nhiệt độ cao cũng như hạn chế dẫn năng lượng. 

Như đã thấy trong quá khứ, các cơ sở lưu trữ ắc quy dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao và, để mở rộng điều này hỗ trợ các giải pháp năng lượng bền vững, các linh kiện bên trong phải có khả năng chịu đựng điều kiện khắc nghiệt nhất—cụ thể là nhiệt độ lên đến 150°C. Cũng có một yếu tố về không gian khi các công ty có phạm vi hạn chế để mở rộng khả năng lưu trữ hoặc sản lượng năng lượng với không gian họ có. Các giải pháp tăng cường mật độ năng lượng chắc chắn sẽ giúp các nhà điều hành xử lý nhiều năng lượng hơn với cùng một cơ sở hạ tầng. 

Điều này cũng đúng trong lĩnh vực xe điện khi các công ty tìm cách giảm kích thước của gói ắc quy của họ trong khi tăng dung lượng của chúng. 

Tiến bộ trong Chức năng SiC

Trước đây, các công ty thường chọn các bộ phận làm hoàn toàn từ silicon, nhưng hiện nay chúng đang được SiC thay thế. Định dạng chip mới này mang lại khả năng tăng cường lớn hơn cho kiến trúc nội thất và đạt được hiệu quả năng lượng và nhiệt độ cao hơn. 

Chip SiC có điện áp đánh thủng tới hạn cao hơn so với chỉ silicon. Đối với các ứng dụng hiện đại, điều này cho phép tạo ra các chip nhỏ gọn hơn trong khi giảm nguy cơ hỏng hóc. Các nhà sản xuất linh kiện cũng có thể tận dụng nồng độ doping cao của nó để giới thiệu các vật liệu hỗ trợ cho các ứng dụng cụ thể. 

Trong các hệ thống điện áp cao, cũng như trong các ngành công nghiệp yêu cầu ít hoặc không có thời gian ngừng hoạt động của tài sản, SiC vượt trội hơn hẳn so với silicon được sử dụng trước đây. Những điều này thường được tận dụng trong việc phát triển các ngành công nghiệp năng lượng sạch, như xe điện (EV) và năng lượng tái tạo, cùng với quốc phòng, hàng không vũ trụ và viễn thông—tất cả các ngành công nghiệp mà sự gián đoạn có thể gây hậu quả nghiêm trọng từ góc độ an toàn. Có nhiều ngành công nghiệp khác hưởng lợi từ sự chuyển đổi sang chip SiC, và nhiều trong số chúng tích hợp các công nghệ mới—bao gồm trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML).