Kiselkarbidchip för elfordon (EVs)

Kiselkarbid och andra material med brett bandgap har gjort ett genombrott inom fordonsindustrin och ger en betydande minskning av effektförlusterna jämfört med traditionella kiselchip samtidigt som de möjliggör mindre komponenter för elfordon, vilket leder till effektivare energihantering, lättare batterier och längre räckvidd.

Förbättrad elektrisk ledningsförmåga

Kisel har länge varit det vanligaste halvledarmaterialet inom elektronik, men dess begränsade prestanda begränsar många tillämpningar. Halvledarmaterial med brett bandgap erbjuder högre genombrottsspänningar och driftstemperaturer som möjliggör effektivare kraftelektronik.

Kiselkarbid har 10 gånger högre elektrisk fältstyrka vid nedbrytning än kisel, vilket möjliggör en tunnare aktiv zon och ökad dopning i högspänningsenheter med lägre serieresistans från 600 V upp till tusentals V. Dessutom gör materialet det möjligt att konfigurera fler effektenheter som klarar olika spänningsintervall från 600 V upp till tusentals V.

Kiselkarbid har också låga koncentrationer av laddningsbärare vid rumstemperatur. Även om detta kanske inte verkar viktigt i början, blir dess betydelse i högtemperaturoperationer tydlig: kiselanordningar upphör ofta att fungera vid vissa temperaturer på grund av att termiskt frigjorda elektroner lägger till laddningsbärare som är inneboende i dem; med kiselkarbid uppstår dock inte detta problem eftersom dess lägre bärarkoncentration innebär att enheter kan fortsätta att fungera tillförlitligt upp till 250C eller 300C temperaturer.

På grund av dessa fördelar anstränger sig branschaktörerna för att få igång kiselkarbidproduktionen så snabbt som möjligt. Ett sådant partnerskap är mellan Roseville Fab och onsemi, som har kommit överens om att leverera 6-tums (150 mm) wafers med kraftchips av kiselkarbid till sina kunder på elbilsmarknaden.

Bättre värmeavledning

Kisel är allmänt känt som den halvledare som används i elektroniska apparater, men även detta material har sina begränsningar. Därför har intresset ökat för material med brett bandgap, som SiC, som övervinner dessa begränsningar och gör det möjligt för elektronik att bli mindre, gå snabbare och fungera vid högre temperaturer och spänningar.

SiC har ett mycket högre energigap än kisel (3,26 eV jämfört med 1,6 eV), vilket gör att det klarar mycket högre temperaturer, spänningar och strömmar med större lätthet, vilket gör att SiC-baserade elektroniska komponenter blir mindre, lättare och förbrukar mindre ström - vilket bidrar till att öka systemeffektiviteten.

SiC-enheter för högspänning ger inte bara effektivare prestanda, utan också större tillförlitlighet jämfört med kiselalternativ. Detta beror på att kiselkarbidchip leder bort värme mycket mer effektivt - vilket bidrar till att minska risken för överhettningsfel och förlänga livslängden för elektroniska komponenter som MOSFET och Schottky-dioder.

SiC används redan i många avancerade applikationer som elfordon (EV), solomvandlare och industriella motorstyrningar. Efterfrågan på dessa enheter har sett exponentiell tillväxt, vilket leder till att utbudet överträffar efterfrågan; för att möta denna utmaning har Onsemi utökat sina vertikala integrationsmetoder för att säkerställa en oavbruten leverans av kiselkarbidkraftenheter av hög kvalitet - inklusive EliteSiC-kraftmoduler med full SiC MOSFETs från nakna die-lösningar hela vägen till gelkapslade höljesmoduler och överföringsgjutna moduler - Onsemis vertikala integration hjälper till att säkerställa en oavbruten leverans av kiselkarbidkraftenheter av hög kvalitet. Onsemi har också expanderat vertikalt integrerat sina vertikala integrationsinsatser för att säkerställa en oavbruten leverans. Lär dig tre övertygande skäl till att välja Onsemi EliteSiC kraftmoduler från nakna lösningar till gelkapslade moduler med fulla SiC MOSFETs, alla med fulla SiC MOSFETs!

Lägre vikt

Kiselkarbidchip klarar högre temperaturer, spänningar och frekvenser än motsvarande kiselhalvledare, vilket gör dem lämpliga för högpresterande tillämpningar som kraftelektronik för markbundna elfordon eller instrument för rymdforskning som rovers eller sonder (Mantooth, Zetterling & Rusu).

Kiselbatterier ger högre energieffektivitet än sina motsvarigheter i kisel, med förluster som minskar med upp till 50 %, vilket ger mer energi för att driva fordonet och längre räckvidd på en enda batteriladdning.

Krafthalvledare av kiselkarbid har blivit ett attraktivt alternativ för OEM-tillverkare av elfordon. Bosch tillkännagav nyligen sin avsikt att massproducera SiC-chip som driver elbilarnas inverterare och omvandlare - vilket förbättrar kvaliteten, tillförlitligheten och effektiviteten samtidigt som storleken och vikten minskar.

På Reutlingens fabrik i Tyskland är ett ingenjörsteam under ledning av 26-åriga Allison Suba från Roseville i full färd med att förbereda för att produktionen ska återupptas. De bekantar sig med nya processer, monterar wafers på ramar för bearbetning i en tärningsmaskin och inspekterar för att upptäcka defekter.

Företaget planerar att övergå från 150-millimeters wafers som för närvarande används för produktion, vilket gör det möjligt för dem att tillverka fler chip per produktionskörning och realisera betydande skalfördelar samtidigt som tiden till marknaden för nya chip förkortas.

Högre effektivitet

Kiselkarbidchip är en integrerad del av elektromobiliteten. Deras användning för att förlänga räckvidden för elfordon genom att minska effektförlusterna och öka effektiviteten har visat sig vara fruktbar; dessutom förbättrar de IT-infrastrukturens energieffektivitet genom att eliminera kylsystem och därmed spara utrymme, vikt och kostnader.

Halvledare är material som uppvisar både ledande (som elektriska ledningar av koppar) och isolerande egenskaper beroende på spänning eller ljusintensitet. Kiselkarbidens breda bandgap gör den mer effektiv när det gäller att flytta elektrisk ström än traditionella kiselhalvledare, vilket gör den lämplig för kraftelektronik såsom traktionsomvandlare för elfordon samt DC/DC-omvandlare som används av datacenter, luftkonditioneringsanläggningar och laddare.

SiC är känt för sin överlägsna värmeavledning jämfört med kiselchip, vilket innebär att det kan fungera tillförlitligt vid högre temperaturer utan överhettning. Kiselchip når vanligtvis sina gränser mellan 250C och 300C medan SiC-chip har testats för att fungera tillförlitligt vid temperaturer så höga som 500C.

SiC används för närvarande i nätaggregat till servrar och i konsumentelektronik som kräver hög prestanda vid förhöjda drifttemperaturer, inklusive nätaggregat till servrar. Deras ökade effektivitet bidrar till att minska energiförbrukningen och utsläppen av växthusgaser i hela den globala ekonomin. Med tiden kommer kiselkarbid att möjliggöra ersättningsteknik med lättare alternativ som erbjuder lägre driftskostnader och längre livslängd än befintlig teknik som för närvarande finns på marknaden.