Fördelarna med ett chip i kiselkarbid (SiC)

Kiselkarbidchips erbjuder många fördelar som revolutionerar industrier över hela världen. Dessa fördelar inkluderar:

Kraftelektronik för elfordon - SiC-enheter minimerar energiförluster och ger längre räckvidd per laddning.

SiC är ett idealiskt material för radiofrekvensenheter på grund av dess låga resistansnivåer som gör att mer ström kan flöda och därmed överföra högfrekventa signaler mer effektivt.

Ökad effektivitet

Globala megatrender som elektrifiering av fordon, minskade koldioxidutsläpp och krafthungriga AI-chip kräver halvledare med brett bandgap som ger exceptionell prestanda till lägre kostnader - men det finns många faktorer som hindrar SiC-kraftchip från att uppnå sin fulla potential.

Tillverkning av SiC-enheter kräver högre spänningar och strömmar än kiselproduktion, vilket skapar mer värme som måste kylas bort effektivt med kylteknik. Dessutom måste SiC-enheter konstrueras för att klara högre temperaturer än vanligt, vilket kan minska komponenternas livslängd över tid.

SiC-tekniken kan uppfylla dessa krav, även om den fortfarande är relativt ny på marknaden. Leverantörerna arbetar för att hantera de unika utmaningarna samtidigt som de ökar produktionskapaciteten för att hålla jämna steg med den växande efterfrågan.

SiC är inriktat på effektivitet i alla tillämpningar, särskilt när industrin rör sig bort från fossila bränslen. Datacenter kan få energibesparingar och kostnadsminskningar tack vare den här tekniken; på samma sätt kan elektriska system som motorstyrningar få minskade förluster som bidrar till att minska problem med systemstorlek/vikt/tillförlitlighet.

SiC:s snabbare switchhastigheter har visat sig vara ovärderliga inom elfordonssektorn, där de snabbar upp kraftomvandlings- och motorstyrsystem och ger snabbare accelerationstider, vilket förbättrar körupplevelsen. Dessutom förkortar SiC-tekniken laddtiderna avsevärt - något som konsumenterna måste ha i åtanke när de överväger att köpa en elbil.

Lägre strömförbrukning

Ingenjörer som använder SiC i PCBA-design kan maximera effektiviteten och minimera effektförlusterna. Medan kisel uppvisar högre påslagningsmotstånd vid höga spänningar och frekvenser, fungerar SiC-chip mer effektivt på grund av sitt bredare bandgap, vilket leder till mindre förluster under energiomvandlingen och därmed minskar de totala elkostnaderna.

SiC är också en nyckelkomponent i 5G-tekniken, eftersom den möjliggör större dataöverföring genom att utöka frekvensområdet för radiofrekvenssignaler (RF) som kan skickas över långa avstånd. Detta uppnås genom att omvandla elektrisk kraft till variabla vågformer som överför information i mycket snabbare takt utan att störas av andra enheter i nätverket.

SiC:s överlägsna värmeledningsförmåga minskar behovet av skrymmande kylsystem, vilket ger en mer kompakt och strömlinjeformad design. Dessutom gör dess motståndskraft mot höga temperaturer och strålning det till ett utmärkt val för flyg- och rymdapplikationer där tillförlitlighet är av yttersta vikt.

SiC-chipens energieffektiva prestanda stöder direkt hållbarhetsmålen genom att minska koldioxidavtrycket, vilket leder till lägre driftskostnader och minskad miljöpåverkan under livscykeln för produkter som elfordon. Detta är särskilt viktigt med tanke på att högspänningssystem som de som finns i dessa elbilar måste uppfylla många krävande applikationer, från acceleration och motorstyrning till stöd för regenerativ bromsning och snabbladdning - viktiga krav för deras teknologier som den här.

Lägre vikt

SiC-halvledarkomponenter möjliggör högre switchfrekvenser, vilket leder till mindre komponenter som sparar både vikt och kostnad. Den högre genombrottsspänningen gör att systemen kan göras mindre och mindre effektkrävande, medan det låga jonmotståndet ger lägre parasitförluster. Eftersom SiC avger betydligt mindre värmeenergi än motsvarande kiselkomponenter kan de användas vid högre temperaturer utan kostsam kylning, vilket i slutändan ger optimering av systemvikt och räckvidd.

Varje uns räknas när det gäller elfordon, där varje bit räknas. Genom att ersätta IGBT:er i ett 800-voltssystem med SiC MOSFET:er kan batteristorleken minskas avsevärt och längre körsträckor uppnås på en laddning. Genom att använda tunnare passiva komponenter som induktorer och kondensatorer kan man dessutom spara ytterligare vikt.

SiC:s unika fysiska egenskaper är kärnan i dess fördelar. Till skillnad från ultrarent kisel som vanligtvis används för att tillverka elektronik innehåller SiC kol (C). Detta skapar en helt annan kristallstruktur med högre värmeledningsförmåga och överlägsen dielektrisk styrka jämfört med kisel; dessutom har det bredare bandgap mellan dess valens- och ledningsband än kisel så att det kan motstå högre temperaturer och spänningar samtidigt som det fungerar mer tillförlitligt än någonsin.

Minskade kostnader

Elfordon, system för förnybar energi och andra högspänningssystem kräver kraftkretsar med brett bandgap som har högre verkningsgrad och lägre förluster än motsvarande kiselkretsar (Si) för att maximera körsträckan eller effekttätheten och minska värme- och underhållskraven, vilket hjälper företagen att förlänga körsträckan eller effektkapaciteten för sina produkter och minska underhållskostnaderna. Detta gör det möjligt för företag att öka körsträckan eller effektutnyttjandet utan att öka kostnaderna genom minskade värme-/underhållskrav.

SiC-kraftenheter förbättrar också tillförlitligheten och hastigheten i högspänningsapplikationer, vilket gör dem ovärderliga för industrier som inte tolererar stillestånd. Elfordon (EVs) drar nytta av snabbare växlingshastighet som hjälper till att eliminera laddningsförluster som minskar räckvidden. Energilagringssystem och annan högspänningsutrustning kan dra nytta av den större tolerans mot temperaturförändringar som sic-chipen ger, vilket bidrar till att utrustningen fungerar mer effektivt och tillförlitligt.

SiC används i allt större utsträckning av tillverkare av elbilar och kraftelektronik som en kostnadsbesparande åtgärd samtidigt som systemets prestanda förbättras, men kostnaderna fortsätter att vara ett problem på grund av begränsad tillgång, vilket kan leda till brister och förseningar i produktionen. SiC-leverantörerna har börjat arbeta för att lösa detta problem genom att öka waferkapaciteten och samtidigt förbättra avkastningsnivåerna för att minska tillverkningskostnaderna och sänka tillverkningskostnaderna ytterligare.

Globala megatrender som elektrifiering av fordon (EV), minskade koldioxidutsläpp och AI kräver högeffektiv kraftelektronik; nuvarande tillverkningsprocesser för SiC-chip har dock ännu inte nått mognad och kan kväva antagandet av SiC. Följ med SEMI och Entegris den 14 november 2024 i München för deras evenemang "Cultivating a Thriving SiC Market: Tackling Key Challenges Across the Value Chain Event" för att bättre förstå dessa hinder och de frågor som rör SiC.