Ökningen och utsikterna för marknaden för kiselkarbid (SiC) kraftenheter

Kiselkarbid (SiC) kraftenheter utnyttjar ett överlägset halvledarmaterial känt som SiC, vilket erbjuder flera framträdande fördelar jämfört med konventionella kiselmaterial.

Fördelarna härrör från dess banbrytande tekniska prestanda, som att arbeta under högre temperaturer och spänningar, minska energiförbrukningen under omkoppling och förbättra den totala effektiviteten hos elektroniska system. SiC:s utmärkta termiska stabilitet gör det också möjligt för den att fungera pålitligt under extrema förhållanden, vilket gör den väl lämpad för applikationer med hög effekt.

SiC-enheter är olika och inkluderar bipolära kopplingstransistorer (BJT), fälteffekttransistorer (FET) och dioder, alla designade för att maximera de unika egenskaperna hos SiC-material.

SiC-enheter används alltmer inom sektorer som förnybar energi, kraftelektronik, fordon och telekommunikation, med en växande efterfrågan på högpresterande lösningar.Särskilt inom fordonsindustrin, när fordonen blir mer elektrifierade, ökar behovet av SiC-enheter som hanterar elektrisk energi. Till exempel kräver fordon utrustade med elektriska framdrivningssystem avancerade kraftlösningar för att optimera körräckvidden och öka fordonets prestanda.

1. SiC Market Growth Drivers

Olika faktorer driver tillväxten av marknaden för kraftenheter av kiselkarbid. För det första, ökad miljömedvetenhet får industrier att söka effektivare energilösningar för att minimera miljöpåverkan, vilket gör energieffektiva SiC-enheter särskilt tilltalande.

Dessutom kräver expansionen av industrin för förnybar energi mer kraftutrustning som effektivt kan hantera och omvandla stora mängder energi, såsom solpanelsceller och vindkraftverk, som kan dra stor nytta av den förbättrade effektiviteten hos SiC-enheter.

Den ökande populariteten för elfordon driver också efterfrågan på kraftelektronikkomponenter. Till 2030 förväntas både elfordon och SiC-marknaden uppleva en omfattande tillväxt.Aktuella data tyder på att elfordonsmarknaden kommer att skjuta i höjden med en sammansatt årlig tillväxttakt (CAGR) fram till 2030, med försäljningsvolymen som förväntas nå 64 miljoner enheter, fyra gånger så stor som 2022.

I en sådan livlig marknadsmiljö är det avgörande att säkerställa att utbudet av komponenter till elektriska framdrivningssystem kan hålla jämna steg med den snabbt växande efterfrågan på elfordon. Jämfört med traditionella kiselbaserade produkter kan SiC-metalloxid-halvledarfälteffekttransistorer (MOSFET) som används i elfordonskraftsystem (särskilt omvandlare), DC-DC-omvandlare och inbyggda laddare erbjuda högre switchfrekvenser.

Denna prestandaskillnad bidrar till ökad effektivitet, längre fordonsräckvidd och minskning av de totala kostnaderna för batterikapacitet och värmehantering. Deltagare i halvledarindustrin, såsom tillverkare och designers, och fordonsindustrioperatörer ses som nyckelkrafter för att ta vara på de växande möjligheterna på elfordonsmarknaden för att skapa värde och få en konkurrensfördel, och de står inför betydande utmaningar i elektrifieringens era.

2.Förare inom elfordonsdomänen

För närvarande representerar den globala kiselkarbidindustrin en marknad på cirka två miljarder US-dollar. År 2030 förväntas denna siffra stiga till mellan 11 och 14 miljarder US-dollar, med en förväntad CAGR på 26 %. Den explosiva tillväxten i försäljningen av elfordon, tillsammans med dess växelriktares preferens för SiC-material, tyder på att elfordonssektorn kommer att absorbera 70 % av efterfrågan på SiC-kraftenheter i framtiden. Kina, med sin starka aptit på elfordon, förväntas driva omkring 40 % av den inhemska elfordonsindustrins efterfrågan på kiselkarbid.

När det gäller elfordon (EV) i synnerhet, mångfalden av framdrivningssystem, såsom Battery Electric Vehicles (BEVs), Hybrid Electric Vehicles (HEVs) eller Plug-in Hybrid Electric Vehicles (PHEVs), såväl som spänningen nivåer på 400 volt eller 800 volt, bestämmer fördelarna och omfattningen av SiC-applikationen. Kraftsystem för rena elfordon som arbetar på 800 volt är mer benägna att använda SiC-baserade växelriktare på grund av deras strävan efter maximal effektivitet.

År 2030 förväntas rena elektriska modeller stå för 75 % av den totala elbilsproduktionen, upp från 50 % 2022. HEVs och PHEVs förväntas uppta de återstående 25% av marknadsandelen. Vid den tiden beräknas marknadspenetrationen för 800-volts kraftsystem överstiga 50 %, medan denna siffra var mindre än 5 % 2022.

När det gäller konkurrenskraftig marknadsstruktur tenderar nyckelaktörer inom SiC-domänen att föredra en vertikalt integrerad modell, en trend som stöds av den nuvarande marknadskoncentrationen.För närvarande kontrolleras cirka 60-65% av marknadsandelen av ett fåtal ledande företag. År 2030 förväntas den kinesiska marknaden behålla sin ledande position inom SiC-försörjningsdomänen.

3.Från 6-tums till 8-tums era

För närvarande levereras cirka 80 % av Kinas SiC-skivor och över 95 % av enheterna av utländska tillverkare. Vertikal integration från wafers till enheter kan uppnå en produktionsökning på 5%-10% och en vinstmarginalförbättring på 10%-15%.

Den nuvarande övergången är övergången från att tillverka 6-tums wafers till att använda 8-tums wafers. Antagandet av detta material förväntas börja omkring 2024 eller 2025 och förväntas uppnå en marknadspenetration på 50 % till 2030. Den amerikanska marknaden förväntas också starta massproduktion av 8-tums wafers mellan 2024 och 2025.

Trots initialt högre priser på grund av lägre produktionsvolymer förväntas 8-tums wafers se minskande skillnader mellan stora tillverkare under det kommande decenniet, tack vare framsteg i tillverkningsprocesser och införande av ny teknik. Följaktligen förväntas produktionsvolymerna för 8-tums wafers öka snabbt för att möta marknadens efterfrågan och priskonkurrens, samtidigt som kostnadsbesparingar uppnås genom uppgraderingen till större waferstorlekar.

Men trots de breda framtidsutsikterna för marknaden för kiselkarbidkraftenheter är dess tillväxtväg fylld av utmaningar och möjligheter. Den snabba tillväxten på denna marknad kan tillskrivas den globala betoningen på att förbättra energieffektiviteten, tekniska framsteg, förbättring av applikationsprestanda och den ökande vikten som läggs på miljömässig hållbarhet.

4.Utmaningar och möjligheter

Tillväxtbanan för SiC drivs av den kontinuerliga ökningen av efterfrågan på elfordon, vilket erbjuder en mängd möjligheter genom hela värdekedjan. Denna framväxande teknologi omformar gradvis landskapet inom kraftelektronikindustrin, med betydande fördelar jämfört med traditionella kiselbaserade enheter.

Den snabba spridningen av elfordon och SiC:s avgörande roll på denna växande marknad har djupt påverkat alla deltagare inom hela industrikedjan. För dessa enheter kräver deras positionering på den ständigt föränderliga SiC-marknaden att man tar hänsyn till olika faktorer. Dagens halvledarmarknad är mer mogen, med en snabb responskapacitet på marknadens dynamik.

Under dessa omständigheter kan alla företag inom branschen dra nytta av kontinuerlig övervakning av förändringar och flexibla strategijusteringar. Trots den exponentiella tillväxten står SiC-marknaden fortfarande inför utmaningar som höga produktionskostnader och tillverkningskomplexitet som begränsar dess potential för storskalig tillämpning. Pågående innovation och investeringar i forskning och utveckling bidrar dock till kostnadsminskningar och ökad enhetsdistribution.

Försörjningskedjan utgör en annan utmaning för SiC, från leverans av enheter till produktion av wafer och till systemintegration. Varje länk i dessa stadier kan, på grund av geopolitiska eller leveranssäkerhetsskäl, nödvändiggöra omformningen av mer anpassningsbara upphandlingsstrategier.

När det gäller möjligheterna, med framstegen för framväxande teknologier som digitalisering, artificiell intelligens och Internet of Things, växer marknadens efterfrågan på mer avancerade kraftlösningar kontinuerligt, med SiC-kraftenheter som spelar en avgörande roll.Den kontinuerliga utvecklingen av SiC-teknologin kommer att utöva ett omfattande inflytande över flera sektorer och forma framtiden för kraftelektronikindustrin. Samtidigt kommer teknisk innovation och kostnadsminskning att göra SiC-tekniken mer tillgänglig, vilket banar väg för dess bredare tillämpning på elektronikmarknaden.**