onsemi Silicon Carbide MOSFETs for EV Traction Inverters (MOSFETs en carbure de silicium pour inverseurs de traction pour véhicules électriques)

Le carbure de silicium, plus communément appelé « carborundum », est un matériau céramique industriel dont la production à grande échelle a débuté en 1891 et qui est aujourd’hui largement utilisé comme abrasif et comme additif dans la fabrication de l’acier. Par ailleurs, ce matériau céramique très dur permet également de créer des pierres précieuses synthétiques appelées « moissanites ».

onsemi se démarque de ses concurrents en garantissant un approvisionnement plus rapide que les autres acteurs grâce à sa chaîne d'approvisionnement en SiC intégrée verticalement.

Haute densité de puissance

Les composants en carbure de silicium (SiC) d'Onsemi offrent des densités de puissance plus élevées, ce qui permet à un courant plus important de circuler plus efficacement dans des espaces plus réduits, améliorant ainsi le rendement et les performances des convertisseurs de puissance – un aspect particulièrement important lorsqu'ils sont utilisés dans des applications à haute vitesse, telles que la conversion courant continu-courant alternatif dans les onduleurs de traction des véhicules électriques.

Les semi-conducteurs de puissance au SiC peuvent contribuer à réduire les pertes parasites des onduleurs de traction des véhicules électriques, à améliorer la gestion thermique et à accroître leur fiabilité. Par rapport aux HEMT traditionnels, le SiC permet de réduire considérablement les pertes à la mise en conduction et les pertes de conduction, ce qui se traduit par une diminution de la taille et du poids des modules, tout en augmentant leur densité de puissance de sortie, et donc celle de l'onduleur.

Une densité de puissance accrue permet une conversion CC-CA plus efficace, ce qui se traduit par une réduction des pertes de puissance et un meilleur rendement énergétique. De plus, des onduleurs de traction plus compacts, plus légers et plus fiables permettent d’augmenter l’autonomie des véhicules électriques.

Les composants en SiC réduisent les pertes de commutation, ce qui contribue à abaisser la température du système et à prolonger la durée de vie des onduleurs de traction – ce qui revêt une importance particulière dans les véhicules électriques alimentés par batterie, où les onduleurs de traction comptent parmi les composants électriques fonctionnant à la tension la plus élevée.

Les MOSFET EliteSiC M3e d'Onsemi associent la technologie de pilotage de grille SiC à un rendement énergétique supérieur, ce qui les rend adaptés aux applications d'onduleurs de traction. Ces composants permettent de réduire les pertes à la mise en conduction de 50%, tandis que les pertes de conduction peuvent être diminuées jusqu'à 40%, ce qui se traduit par une amélioration significative du rendement énergétique.

Basse température

Le carbure de silicium (SiC) est un composé industriel constitué de silicium et de carbone. Dur et résistant, il présente un point de fusion extrêmement élevé, à 4 150 °C ; fritté sous forme de céramique pour des applications telles que les freins ou les embrayages automobiles, les plaques de gilets pare-balles ou les gilets pare-balles peuvent tous utiliser des pièces frittées en SiC, car elles sont frittées pour former des produits céramiques tels que des freins automobiles, des embrayages, des plaques en céramique pour gilets pare-balles, etc. De plus, les cristaux de SiC permettent même de fabriquer des pierres précieuses de type moissanite !

Son coefficient de dilatation thermique exceptionnellement faible et sa grande stabilité en font un excellent choix pour la fabrication de miroirs destinés aux télescopes astronomiques, car il peut résister à des températures élevées sans se déformer ni se voiler. De plus, sa rigidité et son poids en font un matériau particulièrement intéressant pour la conception de grands miroirs. Son inertie à haute température le rend également très intéressant pour des applications spatiales telles que les satellites.

À mesure que les véhicules électriques et les systèmes d’énergie renouvelable se généralisent, la demande en dispositifs capables de convertir efficacement l’énergie d’une forme à une autre va exploser. Les entreprises qui développent des solutions de gestion intelligente de l’énergie intègrent de plus en plus de composants SiC d’Onsemi dans leurs produits afin de répondre à cette demande croissante et de proposer une solution complète offrant des performances accrues tout en réduisant la taille des boîtiers. L’investissement d’Onsemi dans son usine de Bucheon viendra renforcer son plan de croissance stratégique et consolider son leadership dans le domaine des technologies de gestion intelligente de l’énergie.

Faible perte de puissance

Alors que l’électrification mondiale et la transition vers les énergies durables s’accélèrent, l’un des principaux défis consiste à réduire au minimum les pertes liées à la conversion de puissance. Pour répondre à ce besoin, Onsemi a lancé les MOSFET en carbure de silicium EliteSiC et des modules intégrés de puissance à haute densité basés sur la technologie IGBT, qui offrent des performances supérieures à celles des technologies traditionnelles, ce qui se traduit par une réduction des coûts du système, un gain d'efficacité et une augmentation de la densité de puissance.

La gamme de convertisseurs de puissance d'EliteSiC offre des solutions de conversion de puissance plus compactes et plus efficaces pour les chargeurs de batteries, les variateurs de vitesse, les onduleurs de traction, les alimentations électriques et les convertisseurs CC-CC, ainsi que pour de nouvelles applications telles que les bornes de recharge rapide pour véhicules électriques (VE), les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle (ESS) et les onduleurs solaires.

Les composants EliteSiC d’Onsemi sont largement utilisés dans les applications industrielles et automobiles grâce à leur large gamme de tensions, de boîtiers et de configurations adaptés à ces secteurs. Leur gamme complète de solutions de puissance intelligentes comprend des pilotes de grille, des diodes, des fusibles et des contrôleurs qui contribuent à améliorer la fiabilité tout en réduisant les coûts globaux du système.

Onsemi a racheté la société américaine GT Advanced Technologies en 2021 afin d’accélérer le développement de sa gamme de composants en SiC et de disposer d’un approvisionnement interne en plaquettes. L'entreprise prévoit d'investir dans un projet d'extension de son site en République tchèque sur plusieurs années afin de répondre à la demande croissante en semi-conducteurs de puissance à haut rendement ; cela permettra également de créer une chaîne d'approvisionnement européenne solide, en phase avec des initiatives telles que le « Chips Act » et les politiques « Made in Europe ».

Haute efficacité

EliteSiC vise à révolutionner l'électronique de puissance en offrant un rendement supérieur dans les onduleurs de traction qui convertissent le courant continu provenant des batteries en courant alternatif destiné aux moteurs. La plateforme de composants d'onsemi permet de réduire de 50 % les pertes de conversion et les besoins en refroidissement.

Onsemi vient d'achever la construction d'une usine de pointe, la plus grande au monde dédiée au SiC de 200 mm, désormais opérationnelle à Bucheon, en Corée du Sud, et qui produira à terme plus d'un million de plaquettes par an. De plus, dans le cadre de cette expansion, Onsemi prévoit de recruter 1 000 employés locaux sur trois ans pour occuper des postes techniques hautement qualifiés, ce qui apportera des retombées économiques à Bucheon et à la Corée du Sud dans son ensemble.

À mesure que les véhicules électriques (VE) se généralisent sur les marchés automobiles mondiaux, la demande en composants semi-conducteurs au carbure de silicium (SiC) connaît une tendance à la hausse sans précédent. TrendForce prévoit que le marché des dispositifs de puissance pour VE connaîtra un taux de croissance annuel composé de 38% jusqu’en 2026. La densité de puissance élevée du SiC, ses faibles pertes de commutation et la réduction des effets parasites permettent aux concepteurs de simplifier les topologies de puissance en utilisant des composants passifs plus petits, ce qui réduit le coût global du système. Onsemi propose des dispositifs SiC de classe mondiale dotés de caractéristiques BVdss et RDS(on) supérieures, qui permettent d’atteindre des fréquences de commutation plus élevées sans augmenter les coûts du système ni recourir à des dissipateurs thermiques plus petits, tout en offrant les meilleurs modules intégrés de leur catégorie. Outre son usine de fabrication de SiC, des chaînes d’approvisionnement mondiales couvrant la croissance en volume des lingots, l’épitaxie des substrats, la fabrication des dispositifs ainsi que des modules intégrés de premier ordre ont également été mises en place pour les chaînes d’approvisionnement en SiC d’Onsemi.