Kiselkarbid (SiC) har blivit alltmer populärt för användning i kraftelektroniktillämpningar på grund av dess ökade effekthanteringsförmåga och lägre energiförbrukning jämfört med kisel. Tyvärr är dock den höga kostnaden fortfarande ett hinder för en utbredd användning.
De japanska företagen DENSO och Mitsubishi Electric har båda investerat i det amerikanska företaget Silicon Carbide och börjar nu köpa SiC-wafers.
Kostnad för wafer
Kostnaden för att tillverka en kiselkarbidskiva beror på många variabler, t.ex. dess storlek och diameter; större skivor ger plats för fler chip. Dessutom kan kostnaden också bero på vilken typ av kiselkarbidmaterial som användes vid dess skapande; alfa-kiselkarbid och beta-kiselkarbid är två populära val; båda typerna produceras vid höga temperaturer, där den ena har hexagonala kristallstrukturer som liknar Wurtzite medan den andra har kubiska som mer påminner om diamant.
Kostnadsminskningar för SiC-wafers kan uppnås genom att öka avkastningsnivåerna, men detta kräver betydande investeringar av wafertillverkarna. Även om detta kan medföra betydande kortsiktiga bördor för närstående företag, bör deras långsiktiga nedgång öka antalet tillämpningar i senare led och samtidigt driva på användningen av SiC-teknik och material och i slutändan driva på den totala tillväxten.
Kostnaderna för SiC-wafers kan också sänkas genom att man byter till mindre dies som ökar enhetstätheten på substratet och utbytet. Detta är möjligt tack vare deras lägre resistans som leder till mindre enhetsytor - ett viktigt steg mot att sänka systemkostnaderna; men det kommer att ta tid för industrin att nå detta mål.
Kostnad för moduler
SiC-moduler är en viktig del av leveranskedjorna för kraftelektronik och har en enorm effekt på systemkostnaderna. SiC-moduler tillverkas av kiselkarbidskivor som bearbetas med hjälp av verktyg och procedurer med hög precision och kan kosta mer än liknande polysilikonmoduler på grund av högre bearbetningskostnader. Trots detta minskar de lägre priserna de totala systemkostnaderna och uppmuntrar till applikationer i senare led.
Kostnaden för kiselkarbidskivor (SiC-wafers) förväntas fortsätta att sjunka i takt med att tillverkarna ökar produktionskapaciteten och förbättrar utbytesnivåerna, vilket stärker marknaden som helhet och stimulerar dess utveckling.
Men SiC-industrin står inför flera hinder. Efterfrågan kan avstanna under en anpassningsperiod när företagen blir vana vid att designa och integrera SiC-komponenter, och globala ekonomiska frågor kan potentiellt påverka marknaden.
Även om många etablerade och nya leverantörer har aviserat planer på kapacitetsutbyggnad kan det vara svårt att bedöma det framtida utbudet. Antalet 150 mm-ekvivalenta SiC-wafers som produceras beror på varje tillverkares produktionstakt; dessutom avslöjar många leverantörer inte sin andel av MOSFET-wafers för fordonsindustrin, som är mycket efterfrågade och svårare att tillverka; så att bara övervaka tillkännagivanden om kapacitet på typskyltar ger inte en korrekt bild av det framtida utbudet.
Kostnad för förpackning
SiC-enheter har blivit alltmer populära tack vare sin strömsnåla och miljövänliga prestanda. Det finns dock många utmaningar på denna marknad, t.ex. höga förpackningskostnader. Tekniska framsteg väntas dock minska dessa kostnader, vilket kommer att stimulera ytterligare användning av kiselkarbidprodukter. Dessutom kommer wafers med en diameter på 6 tum och större att möjliggöra fler enheter på en wafer, vilket minskar kostnaderna per enhet och driver tillväxten på den globala marknaden för kiselkarbidwafers (SiC).
Veliadis noterade också att en stor del av kostnaderna för SiC-enheter är relaterade till substratkostnader och att detta har bidragit till att marknadsaktörerna inte har tagit till sig SiC-enheterna så snabbt. Stora SiC-aktörer har dock vidtagit proaktiva åtgärder för att utöka produktionskapaciteten för att möta den ökande efterfrågan och samtidigt sänka substratkostnaderna; STMicroelectronics förvärvade till exempel nyligen majoritetsägande i den Sverigebaserade SiC-waferleverantören Nortel samt stärkte sitt partnerskap med den franska materialleverantören Soitec.
Infineon Technologies och TanKeBlue ingick nyligen ett långsiktigt avtal för att säkerställa att de har tillgång till konkurrenskraftigt prissatta 150 mm SiC-wafers för sina MOSFETs och andra enheter för fordonsindustrin, vilket hjälper Infineon att upprätthålla produktionstakten och samtidigt stödja en hållbar marknadstillväxt.
Anskaffningsvärde för komponenter
Kiselkarbidskivor används ofta i elektroniska enheter som arbetar under höga temperaturer och spänningar, t.ex. kraftelektronik för elfordon, 5G-kommunikationssystem, industriell automationsutrustning och utrustning för industriell processtyrning. Tyvärr är de dyra att producera, vilket begränsar deras marknadsintroduktion; ökade forsknings- och utvecklingsutgifter kan minska produktionskostnaderna och samtidigt öka marknadsnärvaron.
Marknadsstorlek för kiselkarbidskivor
Den globala marknaden för silikonkarbidskivor växer i en imponerande takt, driven av en ökande efterfrågan på kraftelektronik för elfordon (EV) och applikationer för förnybar energi. Den ökande populariteten för solcellsväxelriktare har ytterligare stimulerat denna marknadstillväxt.
Andra faktorer som driver marknaden är framsteg inom tillverkningstekniken och SiC-substratens förmåga att öka tillverkningseffektiviteten. SiC-wafers bör också erbjuda överlägsna egenskaper vad gäller termisk expansionskoefficient, vilket gör dem lämpliga för galiumnitridbaserade optoelektroniska komponenter.
Även om efterfrågenivåerna kommer att spela en roll för om det blir ett överskott eller en brist på SiC-wafers, kommer det att vara avgörande för branschens framgång att det finns ett tillräckligt utbud av 200 mm-wafers. Etablerade leverantörer med stor produktionskapacitet kommer att ha större fördelar, medan nya leverantörer som ännu inte har genomgått någon omfattande inlärningscykel bör investera kraftigt i att förbättra waferkvaliteten och utbytet för att kunna konkurrera effektivt med etablerade konkurrenter.
Swedish 
English