Рост и перспективы рынка силовых устройств из карбида кремния (SiC)

В силовых устройствах из карбида кремния (SiC) используется превосходный полупроводниковый материал, известный как SiC, который предлагает несколько заметных преимуществ по сравнению с обычными кремниевыми материалами.

Преимущества обусловлены его революционными техническими характеристиками, такими как работа при более высоких температурах и напряжении, снижение энергопотребления при переключении и повышение общей эффективности электронных систем. Превосходная термическая стабильность SiC также позволяет ему надежно работать в экстремальных условиях, что делает его хорошо подходящим для применений с высокой мощностью.

Устройства SiC разнообразны и включают в себя биполярные транзисторы (BJT), полевые транзисторы (FET) и диоды, все из которых предназначены для максимизации уникальных характеристик материала SiC.

Устройства SiC все чаще применяются в таких секторах, как возобновляемые источники энергии, силовая электроника, автомобилестроение и телекоммуникации, где растет спрос на высокопроизводительные решения.По мере того, как транспортные средства становятся все более электрифицированными, потребность в устройствах SiC, управляющих электрической энергией, растет, особенно в автомобильной промышленности. Например, транспортным средствам, оснащенным электрическими силовыми установками, требуются передовые силовые решения для оптимизации запаса хода и повышения производительности автомобиля.

1. Драйверы роста рынка SiC

Различные факторы способствуют росту рынка силовых устройств из карбида кремния. Во-первых, повышение экологической осведомленности побуждает отрасли искать более эффективные энергетические решения для минимизации воздействия на окружающую среду, что делает энергоэффективные устройства SiC особенно привлекательными.

Кроме того, расширение отрасли возобновляемой энергетики требует большего количества силового оборудования, способного эффективно обрабатывать и преобразовывать большие объемы энергии, такого как солнечные панели и ветряные турбины, которые могут значительно выиграть от повышения эффективности устройств SiC.

Растущая популярность электромобилей также стимулирует спрос на силовые электронные компоненты. По прогнозам, к 2030 году как электромобили, так и рынок карбида кремния будут стремительно расти.Текущие данные показывают, что рынок электромобилей будет стремительно расти по совокупному годовому темпу роста (CAGR) до 2030 года, а объем продаж, как ожидается, достигнет 64 миллионов единиц, что в четыре раза больше, чем в 2022 году..

В такой динамичной рыночной среде решающее значение имеет обеспечение того, чтобы поставки компонентов электрических силовых установок соответствовали быстрорастущему спросу на электромобили. По сравнению с традиционными продуктами на основе кремния, полевые транзисторы SiC металл-оксид-полупроводник (MOSFET), используемые в энергосистемах электромобилей (особенно в преобразователях), преобразователях постоянного тока и бортовых зарядных устройствах, могут обеспечивать более высокие частоты переключения.

Эта разница в производительности способствует повышению эффективности, увеличению запаса хода автомобиля и снижению общих затрат на емкость аккумулятора и управление температурным режимом. Участники полупроводниковой отрасли, такие как производители и дизайнеры, а также операторы автомобильной промышленности рассматриваются как ключевые силы в использовании растущих возможностей на рынке электромобилей для создания ценности и получения конкурентного преимущества, и они сталкиваются с серьезными проблемами в эпоху электрификации.

2.Водители в сфере электромобилей

В настоящее время глобальная индустрия устройств из карбида кремния представляет собой рынок объемом около двух миллиардов долларов США. Ожидается, что к 2030 году эта цифра вырастет до 11–14 миллиардов долларов США, а ожидаемый среднегодовой темп роста составит 26%.. Взрывной рост продаж электромобилей в сочетании с предпочтением инверторов к материалам SiC предполагает, что сектор электромобилей в будущем поглотит 70% спроса на силовые устройства SiC. Ожидается, что Китай с его сильным аппетитом к электромобилям будет обеспечивать около 40% спроса на карбид кремния в отечественной промышленности по производству электромобилей.

В области электромобилей (EV), в частности, разнообразие силовых установок, таких как электромобили с аккумуляторной батареей (BEV), гибридные электромобили (HEV) или гибридные электромобили с подключаемым модулем (PHEV), а также напряжение уровни 400 В или 800 В определяют преимущества и степень применения SiC. В чисто электроэнергетических системах электромобилей, работающих при напряжении 800 В, чаще используются инверторы на основе SiC из-за их стремления к максимальной эффективности.

Ожидается, что к 2030 году чисто электрические модели будут составлять 75% от общего объема производства электромобилей по сравнению с 50% в 2022 году.. Ожидается, что HEV и PHEV займут оставшиеся 25% доли рынка. Тогда прогнозируется, что уровень проникновения на рынок 800-вольтовых энергосистем превысит 50%, тогда как в 2022 году этот показатель составлял менее 5%.

Что касается конкурентной структуры рынка, ключевые игроки в сфере SiC склонны отдавать предпочтение вертикально интегрированной модели, и эта тенденция поддерживается текущей концентрацией рынка.В настоящее время примерно 60-65% доли рынка контролируют несколько ведущих компаний. Ожидается, что к 2030 году китайский рынок сохранит лидирующие позиции в сфере поставок SiC..

3.От 6-дюймовой до 8-дюймовой эры

В настоящее время около 80% китайских SiC-пластин и более 95% устройств поставляются зарубежными производителями. Вертикальная интеграция от пластин к устройствам может обеспечить увеличение производства на 5–10 % и увеличение прибыли на 10–15 %..

Текущий переход — это переход от производства 6-дюймовых пластин к использованию 8-дюймовых пластин. Ожидается, что внедрение этого материала начнется примерно в 2024 или 2025 году, и ожидается, что к 2030 году уровень проникновения на рынок достигнет 50%. Прогнозируется, что на рынке США также начнется массовое производство 8-дюймовых пластин в период с 2024 по 2025 год.

Несмотря на изначально более высокие цены из-за меньших объемов производства, ожидается, что в течение следующего десятилетия диспропорция среди основных производителей 8-дюймовых пластин сократится благодаря достижениям в производственных процессах и внедрению новых технологий. Следовательно, объемы производства 8-дюймовых пластин, по прогнозам, будут быстро увеличиваться, чтобы удовлетворить рыночный спрос и ценовую конкуренцию, а также достичь экономии затрат за счет перехода на пластины большего размера.

Однако, несмотря на широкие перспективы будущего рынка силовых устройств из карбида кремния, путь его роста полон проблем и возможностей. Быстрый рост этого рынка объясняется глобальным акцентом на повышении энергоэффективности, технологическом прогрессе, повышении производительности приложений и растущем значении, придаваемом экологической устойчивости.

4.Вызовы и возможности

Траектория роста SiC подпитывается постоянным ростом спроса на электромобили, предлагающие множество возможностей по всей цепочке создания стоимости. Эта новая технология постепенно меняет ландшафт индустрии силовой электроники, обладая значительными преимуществами по сравнению с традиционными устройствами на основе кремния.

Быстрое распространение электромобилей и решающая роль карбида кремния на этом растущем рынке оказали глубокое влияние на всех участников всей отраслевой цепочки. Для этих компаний их позиционирование на постоянно развивающемся рынке SiC требует учета различных факторов. Сегодняшний рынок полупроводников более зрелый и обладает возможностью быстрого реагирования на динамику рынка..

В этих обстоятельствах все компании отрасли могут получить выгоду от постоянного мониторинга изменений и гибкой корректировки стратегии. Несмотря на экспоненциальный рост, рынок SiC по-прежнему сталкивается с такими проблемами, как высокие производственные затраты и сложности производства, которые ограничивают его потенциал для крупномасштабного применения. Однако постоянные инновации и инвестиции в исследования и разработки способствуют снижению затрат и увеличению распространения устройств.

Цепочка поставок представляет собой еще одну проблему для SiC: от поставок устройств до производства пластин и системной интеграции. Любая связь на этих этапах может, из-за геополитических соображений или соображений безопасности поставок, потребовать пересмотра более адаптируемых стратегий закупок.

Что касается возможностей, то с развитием новых технологий, таких как цифровизация, искусственный интеллект и Интернет вещей, рыночный спрос на более совершенные решения в области электропитания постоянно растет, при этом силовые устройства на основе карбида кремния играют ключевую роль.Постоянное развитие технологии SiC будет оказывать широкое влияние на многие отрасли, формируя будущее индустрии силовой электроники. В то же время технологические инновации и снижение затрат сделают технологию SiC более доступной, открывая путь для ее более широкого применения на рынке электроники..**