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Il nuovo materiale semiconduttore più importante per la generazione 5G: SiC

Nella generazione 5G, i prodotti 5G hanno per lo più alta potenza, alta pressione, alta temperatura e altre caratteristiche. Poiché le materie prime tradizionali al silicio (Si) non possono superare le perdite in alta tensione e alta frequenza, non possono più soddisfare le esigenze tecnologiche della nuova generazione. Questo fa sì che il carburo di silicio (SiC) inizi a lasciare il segno.

I vantaggi dei componenti elettronici realizzati in SiC rispetto a Si derivano principalmente da tre aspetti: riduzione della perdita di energia nel processo di conversione dell'energia elettrica, facilità di miniaturizzazione e maggiore resistenza alla temperatura e alla pressione.

Secondo il rapporto Yole Développement, la dimensione del mercato dei semiconduttori di potenza SiC crescerà a $ 2 miliardi entro il 2024, con un CAGR di circa il 30% tra il 2018 e il 2024. Tra questi, il mercato automobilistico è senza dubbio il fattore trainante più importante, e la sua quota nel mercato dei semiconduttori di potenza SiC dovrebbe raggiungere il 50% entro il 2024.


Il più grande mercato di applicazioni SiC: elettronica automobilistica

Poiché il SiC può fornire una maggiore densità di corrente, viene spesso utilizzato per produrre componenti a semiconduttore di potenza. Secondo Yole, il più grande mercato di applicazioni per SiC proviene dalle automobili. Rispetto alle soluzioni tradizionali, le soluzioni che utilizzano SiC possono rendere il sistema più efficiente, leggero e compatto.

Allo stato attuale, le applicazioni dei componenti SiC nei nuovi veicoli energetici sono principalmente unità di controllo della potenza (PCU), inverter e caricabatterie per veicoli.

Unità di controllo dell'alimentazione: questo è il nervo centrale del sistema elettrico del veicolo, che gestisce la direzione del flusso e la velocità di trasmissione tra l'energia elettrica della batteria e il motore. Le PCU tradizionali sono realizzate in silicio e la perdita di potenza quando forti correnti e tensioni elevate attraversano transistor e diodi al silicio è la principale fonte di perdita di potenza per i veicoli ibridi. Per quanto riguarda l'uso delle materie prime SiC, la perdita di potenza in questo processo può essere notevolmente ridotta di circa il 10%.

Inverter: SiC è utilizzato negli inverter per autoveicoli, il che può ridurre notevolmente le dimensioni e il peso dell'inverter e ottenere leggerezza e risparmio energetico. Allo stesso livello di potenza, la dimensione del pacchetto del modulo SiC completo è significativamente inferiore a quella del modulo Si, circa il 43% e la perdita di commutazione può essere ridotta del 75%.


Tesla Model 3 è un inverter SiC prodotto da ST e Infineon. È il primo stabilimento automobilistico a integrare tutti i moduli di potenza SiC nell'inverter principale.

Caricabatterie per auto: i componenti SiC stanno accelerando la loro penetrazione nel campo dei caricabatterie per auto. Secondo le statistiche di Yole, a partire dal 2018, oltre 20 case automobilistiche hanno adottato componenti SiC SBD o SiC MOSFET nei loro caricabatterie per auto e questo mercato dovrebbe mantenere una crescita del 44% entro il 2023.

Catena industriale SiC

Il modello globale dell'industria SiC mostra le tre posizioni forti di Stati Uniti, Europa e Giappone. Tra questi, è dominato dagli Stati Uniti, che rappresentano circa il 70-80% del valore di produzione globale di SiC. Le principali compagnie sono Cree, Transphorm, II-VI, Dow Corning.

In Europa, ha una catena industriale SiC completa, che comprende catene di substrato, epitassia, componenti e applicazioni. Le principali aziende sono: Siltronic, ST, IQE, Infineon, ecc.

Il Giappone è leader nello sviluppo di apparecchiature e moduli SiC. Le principali società sono: Panasonic, ROHM Semiconductor, Sumitomo Electric, Mitsubishi Chemical, Renesas, Fuji Electric, ecc.

Sebbene sia coinvolta la Cina, il suo sviluppo è ancora agli inizi e la sua portata è molto inferiore a quella dei tre paesi sopra menzionati. L'impianto cinese ha attualmente layout in substrati, epitassia e componenti. Le principali società sono: CLP, Tianke Heda, Tyco Tianrun, Shandong Tianyue, Dongguan Tianyu, Shenzhen Basic Semiconductor, Shanghai Junxin Electronics, Sanan Integration, ecc.