전자 애호가 네트워크 : 전기 자동차가 바람에서 상승하고 있습니다 누가 토토 핫 또는 SIC에 중점을 둘 것인가?

최근 몇 년 동안 전기 자동차, 전기 화학 에너지 저장 및 태양 광 발전 및 풍력과 같은 새로운 에너지 시장의 빠른 개발은 시장의 전력 장치, 특히 전기 자동차의 부상에 대한 시장의 수요에서 크게 증가했습니다토토 핫그것은 일년 내내 엄격한 공급 상태에 있으며 향후 몇 년 안에 완화의 징후는 없을 것입니다 현재 SIC 장치는 상황을 이용하여 자동차 분야에서 침투 경로를 시작했습니다 그렇다면 앞으로이 두 전원 장치의 주요 초점은 누구입니까?

토토 핫 및 SIC의 개발 이력 및 시장 조건

1982 년 General Electric의 B Jiyang Baliga는 양극성 전력 트랜지스터 (BJT)와 전력을 결합한 토토 핫를 발명했습니다MOSFET의 장점 일단 출시되면 널리 퍼져 나갔으며, 주요한 사람입니다반도체 회사모두 토토 핫 장치 개발에 많은 투자를했습니다 프로세스 기술의 지속적인 개선 및 개선으로전기 성능매개 변수와 신뢰도도 점점 더 완벽 해지고 있습니다

Omdia Statistics에 따르면, 글로벌 토토 핫 시장 규모는 지난 10 년 동안 2012 년 32 억 달러에서 2021 년의 미화 70 억 달러로 꾸준한 성장을 유지해 왔으며, 중국은 토토 핫의 가장 큰 시장이며 전 세계 토토 핫 시장 규모의 약 40%를 차지했습니다 또한 추정에 따르면 국내 차량 내 토토 핫 시장의 규모는 약 60 억 위안입니다 2 백만 대의 차량의 연간 증가에 따라 계산 된 경우 차량 내 토토 핫에 대한 수요는 최소 100 억 위안이며 이는 매우 큽니다

현재, 실리콘 기반 MOSFET 및 토토 핫 장치와 같은 고주파 전력 장치는 성숙한 기술로 인해 다양한 분야에서 널리 사용되었습니다 그러나 전력 장치가 점점 더 많이 사용됨에 따라 고효율, 고출력 밀도 등에 대한 성능 요구 사항이 지속적으로 증가하고 있습니다 또한 작업 환경은 가혹하고 실리콘 장치의 사용은 재료 특성에 의해 제한되며 요구를 충족시키기가 어렵습니다 기존의 실리콘 기반 전력 장치의 설계 병목 현상을 뚫기 위해 SIC 및 GAN과 같은 3 세대 반도체 장치가 등장하기 시작했습니다 이 유형의 새로운 재료는 넓은 밴드 갭, 높은 포화 드리프트 속도, 높은 열 전도도 및 높은 임계 분해 전기장의 장점을 가지므로 특히 고전력, 고전압, 고주파, 고온 및 방사선 저항 전자 장치의 생산에 특히 적합합니다

최근 몇 년 동안, 광범위한 밴드 갭 반도체 재료를 기반으로 한 전력 장치 제조 기술의 개발도 빠른 진전을 이루었으며 많은 반도체 회사가 상업용 SIC 및 GAN 전원 장치를 출시했습니다 SIC MOSFET을 예로 들어, 기존 상용 전원 장치에는 전압 견딜 수있는 전압 범위가 650V ~ 1700V,현재레벨은 6 ~ 60a에 도달했으며 SIC 모듈의 전압 견해 수준이 수십 개의 kv에 도달했습니다

Yole Statistics에 따르면, Global SIC Power Devices 시장 규모는 2021 년에 109 억 달러이며, 연간 복합 성장률은 향후 몇 년 동안 34%에 도달 할 것으로 예상됩니다 2027 년까지 시장 규모는 629 억 달러에이를 수 있습니다 현재, SIC MOSFET은 차량 장착 OBC 및 전자 제어에서 점차 침투하고 있다고보고된다 그러나 많은 회사들이 이제 OBC 및 MOSFET을 포함한 SIC 모듈을 공급하고 있습니다 또한 토토 핫의 공급 업체입니다 시장 전망의 관점에서, SIC가 향후 차량 장착 차량에 대해 대량 인 경우, 자동차 장착 SIC 모듈의 가격은 기존 실리콘 모듈의 3 ~ 5 배이기 때문에 출력 값은 두 배가됩니다 OBC 단일 튜브는 실리콘 모듈의 2 배이기 때문입니다 업계 내부자들은 SIC가 올해 국내 전자 제어 분야에서 약 10% 침투 할 것으로 예상하며 2025 년에는 30%에서 50%의 침투에 도달 할 수 있습니다

토토 핫와 SIC 간의 성능 비교

앞에서 언급했듯이 토토 핫는 BJT와 Power MOSFET의 이중 장점을 결합합니다스위치전압 구동 특성, 및 BJT의 낮은 포화 전압 강하 및 대형 전류 운반 용량의 특성을 가지며 전압 견딜 수성이 높습니다 상업용 토토 핫 모듈은 6500V 전압에 도달했으며 실험실은 8000V 전압을 달성했습니다

현재, 토토 핫 장치의 개발 경향은 주로 높은 견해 전압, 고전류, 고속, 저전압 강하, 높은 신뢰성 및 저렴한 비용입니다 지난 10 년 동안 토토 핫 장치 개발의 주요 어려움은 장치의 물리적 특성, 특히 일반적으로 달성하기가 쉽지 않은 트렌치 토토 핫의 물리적 특성에 있습니다 주로 토토 핫의 개방 속도 및 손실, 8 인치 및 12 인치 제조/가공 기술, 완충 층 구성 및 마이크로 트렌치 설계로 확장 해야하는 과제에 반영됩니다

다시 말하면, 더 나은 성능으로 토토 핫 제품을 설계하려면 제품 손실을 줄이고 활성화 속도, 견고성 및 신뢰성을 향상 시키며 작업 온도를 향상시켜야합니다 현재 해외 토토 핫 장치 제조업체 (예 :Infineon, St, Mitsubishi Electric 등은 기본적으로 필드 스톱 레이어 (FS) + 트렌치 게이트 토토 핫 기술을 마스터했으며 다양한 600V ~ 6500V 토토 핫 장치 및 다양한 사양의 모듈 제품을 연속적으로 시작했습니다 장비 및 공정 수준과 같은 요인으로 인해 국내 토토 핫 제조업체는 여전히 포획 단계에 있습니다 However, it is gratifying that many manufacturers have made good progress, such as the domestic Saijing Asia Pacific Semiconductor Technology (Zhejiang) Co, Ltd (hereinafter referred to as "Saijing Asia Pacific Semiconductor"), which has already mass-produced i20 토토 핫 chipsets, has achieved performance, and in some aspects, it has exceeded the level of the 국제 주류 제조업체의 4 세대 칩

데이터에 따르면, I20 토토 핫 칩은 미세 트렌치 게이트 필드 종료 유형을 채택합니다 (FINE PATTERN 트렌치- 필드 정지 구조 및 N- 향상 레이어, 좁은 메사, 짧은 채널, 초박형베이스, 최적화 된 P+ (OPtiMized P+ 층), 고급 3D 구조 및 기타 최적화 된 설계는 토토 핫 전도 포화 전압 강하 및 스위칭 손실 손상 성능을 더욱 향상시키는 동시에 전류 제어 성 (DI/DT 제어 성) 및 단락 강도를 크게 증가시킵니다

유사한 포장 기술을 갖춘 토토 핫4 모듈 테스트와 Saijing Asia Pacific Semiconductor가 공개 한 대량 생산 된 I20 모듈의 비교에 따라 성능 측면에서 두 모듈의 개방 손실은 기본적으로 동일합니다 셧다운 손실은 i20 칩셋을 사용하는 모듈이 약간 높지만 포화 된 전압 강하가 더 낮습니다

견고성 측면에서 I20은 매우 강력한 토토 핫 셀 디자인을 채택합니다 VDC = 800V 인 경우 정격 전류의 4 배에 도달 할 수 있으며 RBSOA는 단락 전류 수준보다 높습니다

신뢰성 측면에서, I20 ED 패키지 모듈은 자동차 등급 AQG 324 표준에서 매우 중요한 고온 및 고중도 역전 바이어스 테스트 (H3TRB) 및 기타 테스트를 통과했습니다 1500 시간이 지난 후에도 여전히 성능 저하는 없었습니다

Cree가 2011 년 1 세대 SIC MOSFET을 시작한 이래 많은 연구자들은 SIC MOSFET의 특성에 대한 심층적 인 연구를 수행했습니다 연구에 따르면 SIC MOSFET 장치는 하드 스위칭 회로의 스위칭 손실을 크게 줄이고 변환기 효율을 향상시킬 수 있습니다 그러나 650V 저전압 상황에서 기존 SIC 장치는 실리콘 기반 전력 장치와 비교하여 스위칭 속도의 이점이 없지만 900V 이상의 경우 SIC의 장점이 밝혀집니다

예를 들어, 1200V 장치의 스위칭 손실은 실리콘 기반 전원 장치의 스위칭 시간에 비해 크게 줄어 듭니다 따라서 SIC 전원 장치는 고주파 및 고전압 응용 분야에 매우 적합합니다 스위칭 주파수가 증가한 후, 시스템의 수동 구성 요소의 부피와 가중치가 줄어들어 전체 시스템의 부피를 줄이고 시스템의 전력 밀도를 증가시킵니다

현재, SIC MOSFET 기술에 의한 주요 어려움은 원자재 비용 및 가공 기술이며, 업계는 제조, 절단, 상호 연결 및 포장 공정에서 SIC 장치의 통증 지점을 해결하는 단계에 있습니다 예를 들어, 메인 SIC 웨이퍼는 여전히 4 인치이며 6 인치와 8 인치의 생산 라인은 비교적 작으며 현재 수율은 그다지 높지 않으므로 출력을 개선하기가 여전히 어렵습니다 이차 어려움은 장치 이론을 개선하고 더 많은 신뢰성 데이터를 축적하는 것입니다

와 함께TeslaModel3이 ST의 SIC MOSFET 장치를 사용하는 데 리드를 차지한 후, SIC MOSFET에 대한 수요가 상승하고 있으며 현재 공급이 부족한 상태입니다 NIO ET5 \ et7, Xiaopeng G9 등과 같은 SIC MOSFET 모델의 전달 및 증가와 기판과 웨이퍼 공장 사이의 높은 기술적 장벽의 영향과 느린 용량 확장과 함께 전기 차량의 800V 플랫폼에서 점점 더 많은 수의 모델이 증가함에 따라 SIC MOSFET에 대한 수요가 더 크게 증폭 될 수 있습니다

결론

SIC MOSFET의 기술적 성능이 실리콘 기반 토토 핫의 기술적 성능보다 우수하다는 것을 분명히 알 수 있지만, SIC의 전체 비용은 주로 원료, 가공 및 출력으로 인해 여전히 매우 높으며 현재 전체 특성을 완전히 활용하기가 어렵습니다 대조적으로, 실리콘 기반 토토 핫는 매우 성숙한 기술을 가지고 있습니다 40 년이 넘는 지속적인 투쟁, 지속적인 탐사 및 혁신 후, 실리콘 기반 토토 핫의 매개 변수는 매우 높은 수준에 도달하여 다양한 애플리케이션 시장 요구와 제어 가능한 비용을 충족시킬 수 있습니다

따라서 실리콘 기반 토토 핫 및 SIC 장치는 향후 상당한 시간 동안 시장에서 공존 할 것이라는 것이 예견 될 수 있습니다 전기 자동차 시장조차도 토토 핫 및 SIC 장치의 개발을 크게 촉진 할 것이며, 비용 및 성능 고려 사항으로 인해 두 사람은 여전히 공존 상태에있을 것입니다

에너지 절약 및 배출 감소 및 저탄소 경제는 필연적으로 전력 반도체 시장의 급격한 개발을 주도 할 것이며 토토 핫 및 SIC 장치는 전력 반도체의 기술적 프론티어입니다 현재 주요 공급 업체는 여전히 해외에 집중되어 있습니다 다행히도 국내 기업의 개발 모멘텀도 매우 좋습니다 예를 들어, Saijing Asia Pacific Semiconductor는 2021 년 6 월 첫 토토 핫 모듈 생산 라인을 완성하여 대량 생산을 달성했습니다 이 생산 라인에서 제조 한 ED 패키지 토토 핫 모듈 시리즈 제품은 여러 전기 자동차, 풍력, 태양 광 발전 및 산업 전자 제어 회사에서 테스트되었으며 작년 말에 WAFERS 형태로 새로운 에너지 여객 차량 시장 고객에게 배치를 완료했습니다 토토 핫 모듈은 올해 중반에 새로운 에너지 승용차 고객에게 배치 배송으로 완료되었습니다 또한 회사의 SIC MOSFET 제품도 배치되고 있으며 올해 1 세대의 실리콘 카바이드 모듈을 출시 할 것으로 예상됩니다