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El carburo de silicio es más que una tecnología de nicho, y las inversiones recientes de fabricantes de todo el mundo muestran la importancia de este semiconductor emergente. Con la aprobación de la Ley de ciencia y CHIPS, una parte significativa de los fondos se dedicará a aumentar la fabricación de nuevas tecnologías de semiconductores, incluido el SiC. Dado este reciente auge de uso, ¿hacia dónde se dirige el SiC en los próximos años?
Si bien el SiC se ha utilizado en aplicaciones eléctricas durante años, inicialmente como pararrayos en sistemas eléctricos, su uso como semiconductor es mucho más reciente. De hecho, el SiC solo ganó prominencia como material semiconductor a principios de la década de 1990, cuando sus propiedades de banda prohibida amplia se explotaron en FET y MOSFET para sistemas de alta potencia. Hoy en día, con la proliferación de tecnologías que requieren componentes de potencia que puedan soportar voltajes significativos, temperaturas y frecuencias de conmutación de alta velocidad, el SiC se está convirtiendo en una opción cada vez más popular para los diseñadores que buscan opciones de materiales semiconductores más robustos.
EE Times se reunió recientemente con Orlando Esparza, ingeniero y gerente sénior de SiC Power Solutions en Microchip Technology, y Zachariah Wendt, ex ingeniero de aplicaciones en Arrow Electronics y actualmente ingeniero en Nimble Gravity, para hablar sobre el uso cada vez mayor de la tecnología SiC. y discutir lo que depara el futuro para las aplicaciones de SiC.
Una inversión dirigida
Para empresas como Microchip, SiC representa una gran oportunidad comercial. En un movimiento estratégico en 2018, Microchip adquirió Microsemi, una empresa que tenía una operación de SiC llave en mano además de una fuerte presencia en aplicaciones de centro de datos y defensa. La adquisición de $ 10.1 mil millones le dio a Microchip una entrada inmediata en el espacio SiC.
«Microchip ha estado en el espacio de administración de energía durante muchos años, probablemente más de 20 años, y cuando comencé en 2000, teníamos algunos productos analógicos y, a través de adquisiciones y crecimiento orgánico, habíamos bajado mucho: lado de la energía, voltajes de 100 V e inferiores. ”, dijo Esparza. “Pero con la adquisición de Microsemi en 2018, introdujimos capacidades de alto voltaje. Esto dio como resultado nuestro grupo de carburo de silicio”.
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Si bien el mercado de SiC ha tardado en ganar tracción a nivel mundial, parece que SiC como tecnología ha alcanzado una masa crítica, y los ingenieros de diseño de todo el mundo recurren a SiC como el semiconductor de elección de alto voltaje y alto rendimiento. Según datos de Grand View Research, el mercado de SiC se valoró en aproximadamente 2960 millones de dólares en 2021, pero se espera que se acelere a una tasa de crecimiento anual compuesta del 11,7 % hasta 2030.
Parte del crecimiento en la adopción se debe no solo a un aumento en las tecnologías que requieren componentes tolerantes a alto voltaje, sino también a una variedad cada vez mayor de tipos disponibles de componentes de SiC, dijo Esparza.
«Pasó mucho tiempo antes de que hubiera suficientes soluciones de dispositivos para que los usuarios se sintieran más cómodos», dijo. “Pasó algún tiempo antes de que estuvieran disponibles algunas soluciones que los diseñadores pudieran considerar legítimamente, ya sea una clase de voltaje, capacidad actual o incluso un tipo de paquete. Desde el punto de vista de los proveedores de componentes de SiC, ahora hay seis competidores realmente fuertes en esta área, y con razón. Así que ahora hay una opción para los diseñadores”.
Los principales fabricantes de SiC en la actualidad incluyen Microchip, Infineon, Wolfspeed, Fairchild Semiconductors, STMicroelectronics y NXP.
Otra clave para el crecimiento del mercado de SiC han sido las ventajas de costos a medida que se activaron las economías de escala.
Como proveedor de componentes, Microchip siente que puede ayudar a sus propios proveedores a reducir sus costos «porque hay más volumen en el mercado», dijo Esparza. A medida que los fabricantes consigan más volumen, cosecharán los beneficios de una mayor utilización de materiales críticos. «Ha sido lento llegar allí, pero parece que realmente hemos cruzado un umbral», agregó.
Wendt ve las inversiones recientes promulgadas por la Ley CHIPS como una señal clara de que la tecnología SiC será una tecnología de semiconductores importante en el futuro.
“La Ley CHIPS se enfoca principalmente en llevar la fabricación de semiconductores a los Estados Unidos”, dijo. «Pero también se trata de acelerar el desarrollo de tecnologías que podrían ayudar a posicionar a EE. UU. como un jugador más fuerte en el mercado mundial de semiconductores». El carburo de silicio es una de estas tecnologías. Empresas como Microchip y Wolfspeed, organizaciones con sede en los Estados Unidos y actores importantes en el espacio de SiC, están bien posicionadas para posicionar a los Estados Unidos como líder mundial en tecnología de carburo de silicio. Con la proliferación de vehículos eléctricos, energía solar y otras aplicaciones de radiofrecuencia de alta potencia, ocupar este puesto tiene el potencial de ser muy poderoso”.
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Mercados de crecimiento de SiC
Desde la perspectiva actual, los dispositivos de SiC se utilizan principalmente, desde una perspectiva de volumen, en aplicaciones industriales donde las capacidades de alto voltaje y el rendimiento a alta temperatura son importantes. El centro de datos y el uso de computadoras también son actores importantes en el mercado de SiC. Pero hay un área de aplicación donde se espera un rápido crecimiento en los próximos años: la industria automotriz.
Impulsado por la rápida adopción de sistemas de carga y sistemas de propulsión EV, SiC se está convirtiendo rápidamente en una estrella del mundo EV. Según los datos de Omdia Mid Case Report 2022, las aplicaciones automotrices crecerán rápidamente en 2023, representando el 33 % del mercado de SiC. Pero para 2030, el uso de SiC en aplicaciones automotrices representará hasta el 78% del mercado tecnológico de $14 mil millones.
Para los diseñadores fuera de los sectores automotriz y de vehículos eléctricos, Esparza cree que este crecimiento tendrá un impacto positivo en todo el mercado de SiC, incluido el industrial, el centro de datos/computación, las comunicaciones, el consumidor y la industria aeroespacial y de defensa.
«Estamos viendo actividad para el carburo de silicio en todas estas áreas», dijo. «La gran área sobre la que está escuchando es la de los vehículos eléctricos y, obviamente, ese es uno de los impulsores clave que permiten reducir los costos y aumentar las economías de escala, pero al igual que muchos otros componentes automotrices, muchas industrias, mercados y aplicaciones no automotrices se beneficiarán de esto. crecimiento.» «
«Los sistemas de alto rendimiento del futuro no solo se limitarán al mercado automotriz», dijo Wendt. “Las mejoras en la tecnología de las baterías y un mayor enfoque en las fuentes de energía alternativas ya están transformando los mercados de consumo. En el pasado, rara vez veía cosas como cortadoras de césped eléctricas, motosierras u otras herramientas eléctricas. Hoy en día es común, y este tipo de equipo de alto voltaje puede confiar en SiC”.
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