碳化硅正在铺平宽德采用电动汽车的方式

我们在1908年推出了第一个生产模型T.自1908年以来,我们在交通最大的运输革命中。车辆的电气化是由法规和国家逐步淘汰内燃机并朝着更清洁,更可持续的未来的国家推动。

整个汽车行业正在转变,并通过世界领先的汽车制造商公开宣布承诺。GM表示将通过2035年将全电动全电电动。日产将在20世纪30年代初期通电所有型号。沃尔沃计划在2030年仅销售电动车(EVS),此时BMW和大众人的预期,其中50%和70%的欧洲销售将是EVS。

在这种巨大的变化的核心,是功率半导体,当行业开始从硅转变时,他们自己正在发生海洋变化碳化硅(SIC)。用于转动EV的轮子的电动机通常由六个硅绝缘栅双极晶体管(IGBT)和二极管供电,使用称为脉冲宽度调制(PWM)的驱动技术。这是SIC由于其更快的开关速度和恢复特性而成为有利的地方。用SiC节省EIC替换IGBT,提高电池寿命并降低热管理系统的尺寸和重量 - 这进一步增加了EV系列。

我在令人着迷于“重新思考半导体”的迷人小组讨论期间,我在这一年阐述了这一年初的阐述了。我加入小组由Canaccord分析师Jed Dorsheimer和Chip Industry Veterans Gregg Lowe,Rogers Corporation的CTE,鲍勃·瓦格尔(罗杰斯公司)和应用材料战略营销总监COB Davenport。

反复出现的谐振主题是电力半导体的突出突出性,以及几十年来的重要技术和经济进展。利用YoleDévelopecement采用收入预测,当今电力器件市场产生了约180亿美元的收入,预计将增长到2025年的430亿美元 - A 4%的CAGR。相比之下,SiC和氮化镓(GaN)化合物半导体预计在同期增长约为9.77亿美元至40亿美元,增长率为10倍。

据Cree的Gregg Lowe称,就像EVS一样,SIC芯片是一项五年“S曲线”采用率,即发出戏剧性的技术过渡。为了满足预期的需求,Cree正在建立世界上最大的SiC Fab将在明年进入生产。

Bob Daigle公司Rogers Corporation已经包装了硅,几十年来,以SIC为基础的电力IC,将EV电池逆变器的大小缩小约50%,并将系统功率效率提高到近99%。继续采用SIC也是重要的,因为它基本上改变了汽车制造商如何查看半导体。如果自动OEM曾经痴迷于成本平衡的成本级别 - 毫米,则现在在节省空间,冷却性能,电池成本和车辆范围内,他们现在在系统级别寻找SIC技术。在特斯拉模型3eV中使用STMicroelectronics的SiC MOSFET - 并后来改装进入模型S和X平台 - 也将汽车行业放在通知。

由于多个地区的突破,SIC的经济学正在改善。例如,Cree在Marcy,NY中的新Fab,预计将在200mm晶片上制造SiC功率半导体,与较旧的150mm晶圆线相比,将显着降低成本。And as my colleague, Rob Davenport, observed, conventional Moore’s Law transistor scaling may be slowing, but innovations in materials engineering along with breakthroughs in 2D/3D architectures and new packaging techniques will enable advanced compound IC nodes and larger wafer sizes that will bring SiC into high-volume manufacturing (HVM) at higher yields.

一种研究用领先的汽车电力半导体供应商进行的应用材料,将IGBT与牵引反相器的SiC器件相比,其将来自EV电池的DC电流转换为用于驱动电动机的AC电流。我们发现SIC提供了4%的系统效率改进,可以随着电池和设备电压增长而增加到大于六个百分点。目前基于SIC的牵引反相器仅用于奢侈品,高档EV模型;但是,这将在未来几年变化,并继续提高系统效率和进一步的SIC成本减少。到2030年,与IGBT相比,我们预计SIC可以在各种各样的EV,包括内城,低距离两个座位上使用。

一旦SIC和其他化合物半导体到达HVM,就可以打开了一系列其他市场,包括工业电机驱动器,电力转换系统,通用工业应用 - 甚至是消费者白品。回想起来,我们将看到EVS只是SIC冰山的尖端。

“我认为化合物可以对电力电子世界产生重大影响,并将使我们今天甚至没有考虑的东西,”达文波特说。“这将发生,因为有人愿意采用一些危险的东西,然后找到一种推动成本的方法。半导体始终找到方法。它曾经是通过缩放而今天,这是通过更多的系统级方法。“

随着汽车行业重塑自身朝向电气化,SIC成为通过提高里程范围提高效率来增强电动车辆的完善技术,进一步降低成本和技术路线图,以进行连续性能。应用材料与生态系统中的其他人一起工作,将SIC融入主流,大批量生产,加速市场采用,并帮助我们的世界更加可持续。

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