O surgimento e as perspectivas do mercado de dispositivos de energia de carboneto de silício (SiC)

Os dispositivos de potência de carboneto de silício (SiC) utilizam um material semicondutor superior conhecido como SiC, que oferece várias vantagens importantes em comparação com materiais de silício convencionais.

Os benefícios decorrem do seu desempenho técnico inovador, como trabalhar sob temperaturas e tensões mais elevadas, reduzir o consumo de energia durante a comutação e melhorar a eficiência geral dos sistemas eletrónicos. A excelente estabilidade térmica do SiC também permite que ele opere de forma confiável em condições extremas, tornando-o adequado para aplicações de alta potência.

Os dispositivos SiC são diversos e incluem transistores de junção bipolar (BJTs), transistores de efeito de campo (FETs) e diodos, todos projetados para maximizar as características exclusivas do material SiC.

Os dispositivos SiC são cada vez mais aplicados em setores como energias renováveis, eletrónica de potência, automóvel e telecomunicações, com uma procura crescente por soluções de alto desempenho.Especialmente na indústria automóvel, à medida que os veículos se tornam mais eletrificados, aumenta a necessidade de dispositivos de SiC que gerem energia elétrica. Por exemplo, os veículos equipados com sistemas de propulsão elétrica requerem soluções de energia avançadas para otimizar a autonomia e aumentar o desempenho do veículo.

1. Drivers de crescimento do mercado de SiC

Vários fatores estão impulsionando o crescimento do mercado de dispositivos de energia de carboneto de silício. Em primeiro lugar, a maior consciência ambiental está a levar as indústrias a procurar soluções energéticas mais eficientes para minimizar o impacto ambiental, tornando os dispositivos de SiC energeticamente eficientes particularmente atractivos.

Além disso, a expansão da indústria de energia renovável requer mais equipamentos de energia que possam lidar e converter eficientemente grandes quantidades de energia, como células de painéis solares e turbinas eólicas, que poderiam beneficiar significativamente da maior eficiência dos dispositivos de SiC.

A crescente popularidade dos veículos eléctricos também impulsiona a procura de componentes electrónicos de potência. Até 2030, prevê-se que tanto os veículos elétricos como o mercado de SiC experimentem um crescimento generalizado.Os dados atuais sugerem que o mercado de veículos elétricos disparará a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) até 2030, com o volume de vendas previsto para atingir 64 milhões de unidades, quatro vezes o de 2022..

Num ambiente de mercado tão vibrante, é crucial garantir que o fornecimento de componentes do sistema de propulsão elétrica possa acompanhar o rápido crescimento da procura por veículos elétricos. Em comparação com produtos tradicionais à base de silício, os transistores de efeito de campo semicondutores de óxido metálico SiC (MOSFETs) usados ​​em sistemas de energia de veículos elétricos (especialmente conversores), conversores DC-DC e carregadores integrados podem oferecer frequências de comutação mais altas.

Esta diferença de desempenho contribui para o aumento da eficiência, maior autonomia do veículo e redução dos custos globais de capacidade da bateria e gestão térmica. Os participantes da indústria de semicondutores, tais como fabricantes e designers, e os operadores da indústria automóvel são vistos como forças-chave no aproveitamento das oportunidades crescentes no mercado de veículos eléctricos para criar valor e obter uma vantagem competitiva, e enfrentam desafios significativos na era da electrificação.

2.Motoristas no Domínio de Veículos Elétricos

Atualmente, a indústria global de dispositivos de carboneto de silício representa um mercado de aproximadamente dois bilhões de dólares americanos. Até 2030, espera-se que este valor aumente para entre 11 e 14 mil milhões de dólares americanos, com uma CAGR esperada de 26%. O crescimento explosivo nas vendas de veículos eléctricos, juntamente com a preferência do seu inversor por materiais SiC, sugere que o sector dos veículos eléctricos absorverá 70% da procura de dispositivos de energia SiC no futuro. A China, com o seu forte apetite por veículos eléctricos, deverá impulsionar cerca de 40% da procura de carboneto de silício da indústria nacional de fabrico de veículos eléctricos.

No domínio dos veículos eléctricos (EV), em particular, a variedade de sistemas de propulsão, tais como veículos eléctricos a bateria (BEV), veículos eléctricos híbridos (HEV) ou veículos eléctricos híbridos plug-in (PHEV), bem como a tensão níveis de 400 volts ou 800 volts determinam as vantagens e a extensão da aplicação do SiC. Os sistemas de energia de veículos elétricos puros operando a 800 volts são mais propensos a adotar inversores baseados em SiC devido à sua busca pela eficiência máxima.

Até 2030, prevê-se que os modelos puramente elétricos representarão 75% da produção total de veículos elétricos, acima dos 50% em 2022.. Espera-se que HEVs e PHEVs ocupem os 25% restantes da participação de mercado. Nessa altura, prevê-se que a taxa de penetração no mercado dos sistemas de energia de 800 volts exceda os 50%, enquanto este número era inferior a 5% em 2022.

Em termos de estrutura de mercado competitiva, os principais intervenientes no domínio do SiC tendem a favorecer um modelo verticalmente integrado, uma tendência apoiada pela actual concentração do mercado.Atualmente, aproximadamente 60%-65% da participação de mercado é controlada por algumas empresas líderes. Até 2030, espera-se que o mercado chinês mantenha a sua posição de liderança no domínio do fornecimento de SiC.

3.Da era de 6 a 8 polegadas

Atualmente, cerca de 80% dos wafers de SiC da China e mais de 95% dos dispositivos são fornecidos por fabricantes estrangeiros. A integração vertical de wafers a dispositivos pode alcançar um aumento de produção de 5% a 10% e uma melhoria na margem de lucro de 10% a 15%.

A transição atual é a mudança da fabricação de wafers de 6 polegadas para a utilização de wafers de 8 polegadas. A adoção deste material está prevista para começar por volta de 2024 ou 2025 e espera-se que atinja uma taxa de penetração de mercado de 50% até 2030. O mercado dos Estados Unidos também deverá iniciar a produção em massa de wafers de 8 polegadas entre 2024 e 2025.

Apesar dos preços inicialmente mais elevados devido aos volumes de produção mais baixos, espera-se que os wafers de 8 polegadas registem disparidades cada vez menores entre os principais fabricantes ao longo da próxima década, graças aos avanços nos processos de fabrico e à adoção de novas tecnologias. Consequentemente, prevê-se que os volumes de produção de wafers de 8 polegadas aumentem rapidamente para satisfazer a procura do mercado e a concorrência de preços, ao mesmo tempo que se alcançam poupanças de custos através da atualização para tamanhos de wafer maiores.

No entanto, apesar das amplas perspectivas para o futuro do mercado de dispositivos de energia de carboneto de silício, o seu caminho de crescimento está repleto de desafios e oportunidades. O rápido crescimento deste mercado é atribuível à ênfase global na melhoria da eficiência energética, no progresso tecnológico, na melhoria do desempenho das aplicações e na crescente importância dada à sustentabilidade ambiental.

4.Desafios e oportunidades

A trajetória de crescimento do SiC é alimentada pelo aumento contínuo da procura de veículos elétricos, oferecendo inúmeras oportunidades ao longo de toda a cadeia de valor. Esta tecnologia emergente está gradualmente remodelando o cenário da indústria de eletrônica de potência, apresentando vantagens significativas sobre os dispositivos tradicionais baseados em silício.

A rápida proliferação de veículos eléctricos e o papel crucial do SiC neste mercado em expansão influenciaram profundamente todos os participantes em toda a cadeia da indústria. Para estas entidades, o seu posicionamento no mercado de SiC em constante evolução exige a consideração de vários factores. O mercado atual de semicondutores está mais maduro, com capacidade de resposta rápida à dinâmica do mercado.

Nestas circunstâncias, todas as empresas do setor podem beneficiar da monitorização contínua das mudanças e de ajustes flexíveis na estratégia. Apesar do crescimento exponencial, o mercado de SiC ainda enfrenta desafios como elevados custos de produção e complexidades de fabricação que restringem o seu potencial para aplicação em larga escala. No entanto, a inovação contínua e o investimento em investigação e desenvolvimento contribuem para a redução de custos e para o aumento da distribuição de dispositivos.

A cadeia de abastecimento apresenta outro desafio para o SiC, desde o fornecimento de dispositivos até a produção de wafers e até a integração de sistemas. Qualquer ligação nestas fases poderá, devido a considerações geopolíticas ou de segurança do abastecimento, exigir a reformulação de estratégias de aquisição mais adaptáveis.

No que diz respeito às oportunidades, com o avanço das tecnologias emergentes, como a digitalização, a inteligência artificial e a Internet das Coisas, a procura do mercado por soluções de energia mais avançadas está a crescer continuamente, com os dispositivos de energia SiC a desempenhar um papel fundamental.A progressão contínua da tecnologia SiC exercerá ampla influência em vários setores, moldando o futuro da indústria de eletrónica de potência. Simultaneamente, a inovação tecnológica e a redução de custos tornarão a tecnologia SiC mais acessível, abrindo caminho para a sua aplicação mais ampla no mercado eletrónico.**