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Markt&Technik-Forum »Trends in der Leistungselektronik«

Chance für zweistellige Wachstumsraten im Jahr 2015

23. April 2015, 16:53 Uhr | Engelbert Hopf

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Fortsetzung des Artikels von Teil 4

SiC-MOSFETs: Von der Nische in die Volumen-Applikationen

»Natürlich waren die Anfangspreise der SiC-MOSFETs nicht die, mit denen man kommerzielle Projekte startet«, versichert Dieter Liesabeths, Director Power Sales EMEA bei Cree Europe, »aber die Produkte bei Digi-Key für 100 Dollar jedem zugänglich zu machen, war ein wichtiger erster Schritt«. Seitdem sind mehr als drei Jahre vergangen, und aus den 100 Dollar sind 16 Dollar geworden. »Mit einer Preiserosion von 85 Prozent wird es aber nicht weitergehen«, versichert der Cree Manager. Der Preisverfall hat für Liesabeths aber entscheidend mit dazu beigetraten, dass der Anteil der SiC-MOSFETs am weltweiten SiC-Markt inzwischen deutlich zweistellig ist.

SiC-MOSFETs sind inzwischen auf dem besten Wege, in Volumen-Applikationen vorzustoßen. So sind allein die Produkte von Cree heute in Hilfsstromversorgungen mit Ausgangsleistungen von 30, 40 W ebenso zu finden wie in LED-Stromversorgungen mit 200 W oder in 1-kW-DIN-Schienen-Netzteilen. Bei String-Wechselrichtern finden sich SiC-MOSFETs in Geräten mit 2, 10, 20 oder 50 kW. SiC-MOSFET-Module werden inzwischen in Wechselrichterlösungen mit 250 kW eingesetzt. Dass manche Experten der Meinung sind, SiC-MOSFETs würden im Modul-Bereich bislang kaum eine Rolle spielen, hat nach Ansicht von Liesabeths damit zu tun, »dass vor allem Chinesen in diesem Bereich noch immer auf diskrete Lösungen setzen«.

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Entscheidende Impulse für das Wachstum gehen nach den Worten des Cree-Managers aber vor allem auch von neuen Anwendungen aus, die es so bisher nicht gab. Als Beispiel nennt er Power-Lösungen für UV-Lampen im Wasserreinigungs-Bereich von Containerschiffen: »Inzwischen gibt es gesetzliche Regelungen, die vorschreiben, dass die etwa 300.000 Container-Schiffe weltweit ihr Wasser mit entsprechenden Systemen reinigen müssen.« Oder das Beispiel Plasma-Edging: »Der Einsatz von SiC-MOSFETs hat hier erst die geforderte Genauigkeit ermöglicht, damit diese Applikation funktioniert.«

Bei allem Optimismus bleibt Liesabeths aber Realist: »Wir kommen von einem niedrigen Niveau, und werden nicht morgen einen Umsatz von 2 Milliarden Dollar mit SiC-Dioden und -MOSFETs machen«. Aktuell produziert das Unternehmen auf 4-Zoll-Wafern und beliefert seine Kunden im Zeitraum von vier bis acht Wochen. Würden überraschend im nächsten Jahr 1 oder 2 Millionen Elektrofahrzeuge mit komplettem SiC-Inverter auf den Markt kommen, würde das auch Cree vor massive Kapazitätsprobleme stellen.

In diesem Fall, so Liesabeths, »müssten wir unsere 6-Zoll-Linien anwerfen, die wir heute zur LED-Produktion nutzen«. Ein weiterer Übergang zu 8-Zoll-Wafern steht aus heutiger Sicht nicht zur Diskussion, da entsprechende SiC-Wafer bislang noch nicht einmal Thema der Forschung sind. Rein rechnerisch wäre aber aus heutiger Sicht ein Übergang auf 8-Zoll-Wafer notwendig, um preislich dasselbe Niveau zu erreichen, das klassische Silizium-IGBTs haben, die auf 12-Zoll-Wafern produziert werden.

Während also die Tatsache, dass die Anzahl der SiC-MOSFET-Anbieter wächst und inzwischen neben Cree auch Mitsubishi Electric, STMicroelectronics und Rohm Semiconductor solche Leistungshalbleiter anbieten, die Preise sinken lässt, stellt sich für die Anwender immer häufiger die Frage, wie sie am besten das ganze Potential dieser Bauelemente heben können. »Der Ansatz, Standard-IGBTs gegen SiC-MOSFETs auszutauschen, ist ein Trugschluss«, versichert Peter Sontheimer, CSO von Semikron International. Man könne die Vorteile des Bauteils nur im vollem Umfang nutzen, wenn man die Bauelemente heißer fahre, »aber das geht mit herkömmlichen Aufbau- und Verbindungstechniken nicht!«

»Die richtige Gehäusetechnik ist für den Einsatz und den Markterfolg des SiC-MOSFETs essenziell«, stellt Dr. Ulrich Kirchenberger fest, Director Global Accounts Siemens and Osram bei STMicroelectronics. Aus diesem Grund hat sich sein Unternehmen entschieden, bei der Gehäusetemperatur der SiC-MOSFETs in Richtung 200 °C zu gehen.

Beim Thema SiC-MOSFET-Module zeichnet sich in der Diskussion ein Trend zu größeren Chips ab, mit denen sich 800- und 1200-A-Module realisieren lassen, ohne dazu viele kleine Chips parallel schalten zu müssen. »Es ist derzeit aufgrund der Yields noch kostenintensiv, große Dies zu nehmen«, erläutert Robert Wiatr, Marketing Manager Power Semiconductor, der Semiconductor European Business Group von Mitsubishi Electric, »aber wir haben uns entschieden, diesen Weg einzuschlagen«.

Aktuell liefert Cree den größten am Markt erhältlichen Chip mit 1200 V und 25 mΩ. In einem 300-A-Modul werden sechs dieser Chips parallelgeschaltet. Für die PCIM 2015 in Nürnberg kündigt Liesabeths die Vorstellung eines Chips mit 16 mOhm an. »Der Trend geht klar zu größeren Chipflächen«, so der Cree-Manager, »wir haben da keine Unterschiede mehr im Yield«.