ニュース： マイクロエレクトロニクス

２０２０年４月８日

新エネルギー車とバッテリー技術のブームに伴い、産業チェーンにおける充電とバッテリー交換は、新エネルギー車の開発の弱点となっています。 不便な充電と短い航続距離は、電気自動車を購入するすべての消費者を悩ませる問題となっています。

これに関連して、新エネルギー車の 800V 高電圧充電が脚光を浴びていると、Research In China による「800V 高電圧プラットフォーム研究レポート、2023 年」は指摘しています。 2022 年は、中国で 800V 高電圧プラットフォームが開発された最初の年でした。 特に800年から2023年にかけて2024Vの高圧プラットフォームモデルが多数発売される。

現段階では、800Vプラットフォームは依然として「雷鳴は大きいが雨粒は小さい」という状況に直面しています。 保険のデータによると、中国で 800V プラットフォームを搭載した被保険車は 10,000 年にはまだ 2022 台未満でした。800V モデルが提供する低コスト パフォーマンスと貧弱な超高速充電体験は、消費者から批判された主な欠陥です。

業界のブームは依然として上流の材料とシステムの低コスト化と、主要な使用シナリオをカバーする下流の 480kW/500kW 超高速充電パイルの段階的な展開を必要としており、これにより 800V モデルを市場の爆発的なノードに引き込むことができるようになります。大手自動車メーカーの計画によると、2024年頃。

800V超急速充電の展開：

• Xpeng: G9 の注文数上位 4 都市については、S2023 超高速充電ステーションの構築に集中してください。 4 年には、S2025 ステーションを使用して、主要都市と主要高速道路に沿ってエネルギーを補給します。 1000 年には、現在のセルフ運営の 2000 の充電ステーションに加えて、Xpeng はさらに XNUMX の超高速充電ステーションを建設すると推定されています。
• GAC: 2021 年に、GAC は最大充電電力 480kW の急速充電パイルを導入しました。 2025 年には、中国全土の 2000 都市に 300 のスーパーチャージャー ステーションが建設されると予測されています。
• NIO: 2022 年 500 月、NIO は、ハイパワー充電をサポートする最大電流 660A の 400kW 超高速充電パイルを正式にリリースしました。 20V モデルの最速充電時間はわずか 800 分です。 10V モデルの場合、80% から 12% までの最速充電には XNUMX 分かかります。
• Li Auto: 2023 年に、Li Auto は広東省で 800V の高電圧スーパーチャージャーの建設を開始し、その目標は 3000 年に 2025 のスーパーチャージャー ステーションを建設することです。
• Huawei: 2023 年 600 月、AITO 専用の 295kW 過給機パイルが、深センの板田街にある Huawei Base に登場しました。 FusionCharge DC Superchargeging Terminal と名付けられたこの充電パイルは、シングルパイル シングルガン設計を採用しています。 メーカーは Huawei Digital Power Technologies Co Ltd です。外形寸法は 340mm (L) x 1700mm (W) x 600mm (H) で、製品モデルは DT1L1-CNA200 です。 充電パイルの出力電圧範囲は 1000 ～ 600 V、最大出力電流は 600 A、最大出力電力は XNUMX kW、液体冷却です。

480kW の超急速充電パイルは建設費が高いため、一般的に言えば、超急速充電ステーションには 480kW の過充電パイルを 240 つまたは 2027 つと 800kW の急速充電パイルをいくつか装備し、動的な電力分配をサポートします。 全体として、自動車メーカーの計画によると、3 年後半には 800V 高電圧プラットフォーム モデルの所有台数が 15,000 万台に達すると考えられます。 20,000V の過給ステーションの数は 480 ～ 500 になります。 30,000/XNUMXkWの過給パイルはXNUMX万台を超える。

充電パイルと同様に、400V から 800V へのアーキテクチャの進化において、車両エンジニアリングの実装も非常に複雑なままです。 半導体デバイスとバッテリーモジュールにまたがるシステム全体を電気自動車、充電パイル、充電ネットワークに同時に導入する必要があり、コネクタの信頼性、サイズ、および電気的性能に対する要求が高くなります。 また、機械的、電気的、および環境性能の技術的改善も必要です。

ティア 1 サプライヤーは、800V コンポーネント製品の発表を競います。 ほとんどの新製品は 2023 ～ 2024 年に利用可能になります

Leadrive Technology: 2022 年、Leadrive Technology と SAIC フォルクスワーゲンが共同開発した最初のシリコン カーバイド (SiC) ベースの「スリーインワン」電気駆動システムが試験生産に入り、フォルクスワーゲン IVET イノベーション テクノロジー フォーラムでデビューしました。 SAIC フォルクスワーゲンによってテストされたこの「スリーインワン」システムは、Leadrive Technology のシリコン カーバイド ECU を搭載しており、ID.4X モデルの航続距離を少なくとも 4.5% 延ばすことができます。 さらに、Leadrive と Schaeffler は、800V SiC 電気アクスルを含む電気駆動アセンブリ製品を共同開発します。

Vitesco Technologies: 高度に統合された電気駆動システム製品 EMR4 は、中国で大量生産され、2023 年に世界中の顧客に供給される予定です。EMR4 は、天津経済技術開発区にある Vitesco の工場で生産され、国内外の自動車メーカーに納入されます。中国以外。

BorgWarner: 新しい 800V SiC インバーターは、Viper の特許取得済みのパワー モジュール技術を採用しています。 800VプラットフォームへのSiCパワーモジュールの適用により、半導体とSiC材料の使用が削減されます。 この製品は、2023 年から 2024 年の間に量産され、車両に搭載される予定です。

800Vはまだ優勢だが、SiCの生産能力をめぐる戦いが始まった

新しい 800V アーキテクチャでは、電気駆動技術の鍵は「第 800 世代」の SiC/GaN 半導体デバイスの使用です。 新エネルギー車に技術的な利点をもたらす一方で、技術の反復は自動車用半導体とサプライ チェーン全体に多くの課題をもたらします。 将来的には、SiC/GaN をコアとする XNUMXV 高電圧システムが、自動車の電気駆動システム、電子制御システム、オンボード充電器 (OBC)、DC-DC、およびオフにおける大規模な開発の時代の到来を告げるでしょう。 -ボード充電パイル。

特に、炭化ケイ素は OEM の高電圧プラットフォーム戦略の中核を成しています。 800V は現在も伸び続けていますが、SiC の生産能力をめぐる争いはすでに始まっています。 OEM とティア 1 サプライヤーは、SiC チップおよびモジュールのサプライヤーと戦略的パートナーシップを形成するか、SiC チップの生産能力を確保するために SiC モジュールの生産のための合弁会社を設立するために競争しています。

一方で、SiCのコストダウンキャンペーンも開始。 現在、SiCパワーデバイスは非常に高価です。 テスラの場合、車両 1300 台あたりの SiC ベースの MOSFET の価値は約 75 ドルです。 最近の年次投資家デーで、テスラは第 XNUMX 世代のパワー チップ プラットフォームの開発の進展を発表し、市場で多くの注目を集めた炭化ケイ素デバイスの使用量が XNUMX% 削減されたことに言及しました。

テスラの自信は、自動車メーカーが独自に TPAK SiC MOSFET モジュールを開発し、チップの定義と設計に深く関与しているという事実にあります。 TPAK の各ベア ダイは、異なるチップ ベンダーから購入して、複数のサプライヤー システム (ST、オン セミコンダクターなど) を構築できます。 TPAK は、IGBT/SiC MOSFET/GaN HEMT の混合使用など、クロスマテリアル プラットフォームの適用も可能にします。

(1) 中国は SiC 産業チェーンを構築しているが、技術レベルは国際レベルをわずかに下回っている

SiC ベースのパワー デバイスは、高周波、高効率、小型 (IGBT パワー デバイスより 70% または 80% 小さい) という利点を提供し、Tesla Model 3 で見られます。

バリュー チェーンの観点から、基板は炭化ケイ素デバイスのコストの 45% 以上を占めており、その品質もエピタキシーと最終製品の性能に直接影響します。 基板とエピタキシーは価値のほぼ 70% を占めるため、それらのコストを削減することが SiC 産業の主要な開発方向となるでしょう。 新エネルギー車の高電圧（800V）に必要な炭化ケイ素は、主に導電性基板SiC結晶です。 既存の主要メーカーには、Wolfspeed (旧 Cree)、II-VI、TankeBlue Semiconductor、SICC などがあります。

世界の SiC 技術開発という点では、SiC デバイス市場は、ST マイクロエレクトロニクス、インフィニオン、ウルフスピード、ロームなどの大手ベンダーによって独占されています。 中国のベンダーはすでに大規模な生産能力を持っており、国際的な開発と同等です。 キャパシティ プランニングと生産スケジュールは、外国の同業他社とほぼ同じです。

SiC 基板の開発レベルについては、現在の SiC 市場では 6 インチ基板が主流であり、世界的には 8 インチ SiC 基板が優先的に開発されています。 現在、8インチSiCの量産を実現しているのはWolfspeedだけです。 中国企業の SEMISiC は、8 年 2022 月に 8 インチの N 型 SiC 研磨ウェーハを小規模で生産しました。ほとんどの国際企業は、2023 年中に XNUMX インチの SiC 基板の生産を計画しています。

(2) 窒化ガリウム（GaN）は車載用途ではまだ黎明期であり、関連メーカーのレイアウトペースは加速している

窒化ガリウム (GaN) は、タブレット PC、TWS イヤホン、ノートブック コンピューターの急速充電 (PD) などの家電分野で広く使用されています。 しかし、新エネルギー車が繁栄するにつれて、電気自動車はGaNの潜在的なアプリケーション市場になります。 電気自動車では、GaN 電界効果トランジスタ (FET) は、AC-DC OBC、高電圧 (HV) から低電圧 (LV) への DC-DC コンバータ、および低電圧 DC-DC コンバータに非常に適しています。

電気自動車の分野では、GaN と SiC の技術は互いに補完し合い、異なる電圧範囲をカバーします。 GaNデバイスは、数十ボルトから数百ボルト、中電圧および低電圧アプリケーション（1200V未満）に適しています。 それらのスイッチング損失は、650V アプリケーションで SiC の 650 分の 1200 です。 SiCは高電圧（数千ボルト）に適しています。 現在、XNUMXV 環境での SiC デバイスの適用は、主に電気自動車で XNUMXV 以上の電圧を可能にすることです。

Gaの開発において、中国は依然として外国のカウンターパートと大きなギャップを持っています2O3、まだ量産には至っていません

エネルギーバンドギャップが大きく、破壊電界強度が高く、耐放射線性に優れているため、酸化ガリウム (Ga2O3）は、将来のパワーエレクトロニクスの分野を支配すると予想されます。 一般的なワイドバンドギャップSiC/GaN半導体と比較して、Ga2O3 高いバリガ性能指数と低い期待成長コストを誇り、高電圧、高電力、高効率、小型電子デバイスへの適用により多くの可能性を秘めています。

政策的には、中国はGaにもこれまで以上に注意を払っています2O3. 早くも 2018 年に、中国は Ga を含む超ワイドバンドギャップ半導体材料の調査と研究を開始しました。2O3、ダイヤモンドおよび窒化ホウ素。 2022 年、中国科学技術省は Ga2O3 「第14次XNUMXカ年計画」期間中の国家重点研究開発プログラムに組み込まれています。

12 年 2022 月 15 日、米国商務省の産業安全保障局 (BIS) は、次のような新興技術および基盤技術の基準を満たす XNUMX つの技術に関する新しい輸出規制を確立する暫定最終規則を発行しました。 ）技術、電子設計自動化（EDA）ソフトウェア、圧力利得燃焼（PGC）技術、およびXNUMXつの超ワイドバンドギャップ半導体基板、酸化ガリウムとダイヤモンド. XNUMX つの輸出規制は XNUMX 月 XNUMX 日に発効しました。 ガ2O3 は、世界の科学研究や産業界からより多くの注目を集めています。

酸化ガリウムはまだ研究開発の初期段階にありますが、中国は 15 年の開始から 2022 か月以内にいくつかのブレークスルーを達成しました。その酸化ガリウム製造技術は、2 年には 6 インチから 2022 インチになり、その後は 8 インチになりました。最近—成熟しています。 中国画2O3 材料研究ユニットには、中国電子技術集団公司第 46 研究所 (CETC46)、Evolusia Semiconductor、Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM)、Galium Family Technology、Beijing MIG Semiconductor、および Fujia Gallium Industry が含まれます。 Xinhu Zhongbao、Sinopack Electronic Technology、Jiangsu Nata Opto-Electronic Material、San'an Optoelectronics などの上場企業。 数十のカレッジや大学と同様に。

タグ： パワーエレクトロニクス

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• 情報源： https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/apr/research-in-china-270423.shtml