Карбид кремния (SiC) применяется в микроэлектронике довольно давно. Одна из областей его применения – ​силовая электроника и мощные полупроводниковые приборы. В связи с развитием рынка электромобилей растет спрос и на SiC мощные приборы. В структуре общих продаж этих приборов доля потребления автопроизводителями в ближайшие годы увеличится почти до половины.

В индустрии силовой электроники достигнут консенсус: перспективность SiC мощных приборов неоспорима. Сейчас больше вопросов возникает к фирмам-производителям, сферам их деятельности, ассортименту продукции и рынкам конечного потребления.

На основе общения с ведущими производителями SiC-приборов группа компаний Yole (Yole Group of Companies, состоящая из Yole DОveloppement, System Plus Consulting и Knowmade) осуществила анализ рынка SiC мощных приборов. В рамках этого анализа рассматривалась сложная природа SiC-технологий, их эволюция, сегментация рынка и конкурентный ланшафт. В частности, Yole DОveloppement сформировала доклад по материалам, приборам и конечным применениям (Power SiC: Materials, Devices, and Applications report), a Knowmade – ​патентный обзор.

По данным Yole DОveloppement, общая емкость рынка SiC мощных полупроводниковых приборов в 2024 г. составит почти 2 млрд долл., а среднегодовые темпы прироста продаж в сложных процентах (CAGR) за период 2018–2024 гг. достигнут 29%. При этом основным движущим фактором станет сегмент, ориентированный на нужды автомобильной промышленности. Его доля в общих продажах к концу прогнозируемого периода приблизится к 50% (см. рисунок).

Источник: Power SiC: Materials, Devices, and Applications report, Yole Développement, 2019

Развитие рынка автомобильных SiC-приборов в период 2018–2024 гг.

* PFC (power factor correction) – коррекция коэффициента мощности.

Отмечается, что период 2018–2019 гг. демонстрирует следующую тенденцию: все большее число инвертеров (преобразователей тока) для электромобилей изготавливается по SiC-технологии. После того как на этот путь встала корпорация Tesla, рынок достиг точки невозврата, и теперь лишь вопрос времени, последуют ли другие автопроизводители ее примеру и когда именно. Так, корпорация BYD в 2019 г. намерена приступить к мелкосерийному производству SiC-инверторов. Мало-помалу SiC-инверторы станут основным типом приборов в данном сегменте.

За последние годы промышленность выделила более 300 млрд долл. на разработки электромобилей, что привело к взрывообразному развитию этого рынка. Это резко контрастирует с традиционным рынком автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, страдающим от стагнации. Рынок электромобилей стал основным фактором роста рынка мощных кремниевых приборов, что открывает для SiC-приборов большие перспективы.

Прогнозы продаж SiC-приборов для электромобилей разбросаны в диапазоне от консервативного до оптимистического – ​от нескольких сотен миллионов долларов до 3 млрд долл. в 2025 г. (корпорация STMicroelectronics).

Все согласны с тем, что рынок электромобилей обладает одним из самых высоких потенциалов, но представления о том, как он будет развиваться и как на него будет проникать SiC-технология, различаются. Эти представления основаны на данных, собранных каждым игроком, и аргументах, вытекающих из их интерпретации.

Аналитики Yole DОveloppement также указывают на проблему корпусирования. На данный момент круг поставщиков аттестованных SiC силовых модулей ограничен фирмами STMicroelectronics и Danfoss. Существует множество нерешенных проблем на этом уровне цепочки поставок, поэтому Yole Group of Companies считает, что SiC-модули только начинают свой долгий путь.

С технической точки зрения конструкции приборов на SiC-транзисторах все еще не устоялись. Что касается проектов кристаллов на рынке, то все еще можно найти различные решения, такие как канальные (полевые, униполярные) транзисторы с p-n-переходом (JFET) и МОП полевые транзисторы (MOSFET), а среди последних – ​канавочные и планарные структуры. С точки зрения корпусирования, поскольку стандартные корпуса еще не оптимизированы для более высоких характеристик SiC-приборов, происходит постоянное внедрение новых конструкций и материалов. Это, в свою очередь, приводит к появлению новых игроков, особенно поставщиков аутсорсинговых услуг по сборке и тестированию (OSAT) в секторе корпусирования.

Анализ не будет полным без детального изучения патентного ландшафта SiC-технологий, подтверждающего лидерство японских компаний и высокий уровень их проникновения в автомобильную промышленность. В последние годы крупные игроки, такие как General Electric, Toyota Motor и Rohm, наращивают свою активность в области разработки SiC сложнофункциональных (СФ) блоков источников питания. Появляются и новые игроки, такие как Hestia Power (Тайвань), разрабатывающая технологию планарного диода с барьером Шоттки (JBS), интегрированного с MOSFET. Корпорация Danfoss в последнее время сосредоточилась на SiC силовых модулях. Большую активность проявляют китайские фирмы, такие как CRC Times Electric, SGCC и Century Goldray. И, наконец, один из лидеров в области разработки устройств силовой электроники – ​корпорация ON Semiconductor, которая демонстрирует существенные достижения и быстро продвигается вверх в рейтинге поставщиков SIC мощных приборов.

Davis Shannon. SiC Power Industry: Ready for Take-Off? Semiconductor Digest, July 20, 2019: https://www.semiconductor-digest.com/2019/07/24/sic-power-industry-ready-for-take-off/