Leistungshalbleiter sind für den Wandel hin zu einer digitalen und klimaneutralen Gesellschaft unerlässlich. Insbesondere die Industrie, der Bereich der erneuerbaren Energien und die Automobilindustrie treiben die steigende Nachfrage an. Ziel ist es stets, die CO₂-Emissionen zu reduzieren,die Systemeffizienz zu steigern und die Digitalisierung voranzutreiben.
Analysten der Yole Group prognostizieren, dass der globale Markt für Leistungselektronik von 20,9 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022 auf 33,3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2028 wachsen wird, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 8,1 % entspricht. Sie nennen staatliche Regulierungen, den Ausbau erneuerbarer Energien und die Nachfrage nach energieeffizienten Lösungen als Gründe für diesen Trend.
Leistungselektronik für die Industrie
Laut Spherical Insights hält das Industriesegment mit über 24 % den größten Marktanteil, da Leistungselektronikbauteile und -systeme in Motorantrieben, Stromversorgungen, Robotik und Prozesssteuerung weit verbreitet sind. Angesichts des anhaltenden Wachstums der industriellen Automatisierung gehen Analysten davon aus, dass dieses Segment auch weiterhin ein wichtiger Wachstumstreiber des Leistungselektronikmarktes sein wird.
Insbesondere die Industrie benötigt zuverlässige und effiziente Leistungselektronik, um die Produktivität zu steigern, den Energieverbrauch zu senken und Fertigungsprozesse zu optimieren. Jeder Ausfall im Feld kann enorme Kosten verursachen. Die innovativen Prüflösungen der Aussteller auf der productronica – Rohde&Schwarz, Viscom, Löhnert, CRS Prüftechnik und SPEA – tragen diesem Problem Rechnung.
Silizium, Siliziumkarbid und Galliumnitrid
Die Leistungselektronik lässt sich anhand der verwendeten Materialien in drei Hauptsegmente unterteilen: Silizium, Siliziumkarbid und Galliumnitrid. Die Wahl des Halbleitermaterials beeinflusst maßgeblich die Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit des Systems.
Silizium ist aufgrund seines günstigen Kosten-Nutzen-Verhältnisses nach wie vor das am weitesten verbreitete Halbleitermaterial. Allerdings stößt es bei Betriebsfrequenzen und Durchbruchspannungen an seine Grenzen.
Galliumnitrid (GaN)- und Siliziumkarbid (SiC)-Bauelemente finden daher immer häufiger Verwendung. Wechselrichter auf Basis von Halbleitern mit großer Bandlücke ermöglichen schnelleres und verlustärmeres Schalten mit deutlich höherem Wirkungsgrad. Sie können höhere Spannungen bei höheren Frequenzen schalten und benötigen weniger Kühlung. Kürzere Schaltzeiten reduzieren die Leistungsverluste erheblich, und gleichzeitig können kompaktere passive Bauelemente wie Induktivitäten oder Kondensatoren eingesetzt werden.
Aufgrund der längeren und komplexeren Herstellungsverfahren sind Chips aus Siliziumkarbid und Galliumnitrid deutlich teurer als ihre Silizium-Pendants. Die Hersteller erwarten jedoch, die Kosten durch den Wechsel zur 300-mm-Wafer-Technologie senken zu können.
Die Wahl zwischen Silizium, Siliziumkarbid und Galliumnitrid hängt letztendlich von den spezifischen Anwendungsanforderungen ab, wie z. B. Leistung, Schaltfrequenz, Temperatur und Kosten.
SiC in Bewegung
Siliziumkarbid bietet erhebliche Vorteile, insbesondere für die Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen. Effizientere und kompaktere Antriebs- und Ladesysteme erhöhen die Reichweite und verkürzen die Ladezeiten. Daher ist Siliziumkarbid für viele Automobilhersteller und -zulieferer eine Schlüsseltechnologie für die Zukunft der Mobilität.
In Halle B2, Stand 448, präsentiert Breuer-Motoren, ein Mitaussteller auf der VDMA, einen SiC-Wechselrichter-Leistungsverstärker, der im Rahmen des Forschungsprojekts „SiC-Mobil-SiC-Frequenzumrichter für Elektromobilität“ entwickelt wurde, als Testplattform zur Untersuchung der Zuverlässigkeit, Lebensdauer, elektromagnetischen Verträglichkeit und Effizienz von schnell schaltenden SiC-Leistungshalbleitern.
Leistungselektronik in der Produktion
In Zusammenarbeit mit der Abteilung Leistungselektronik des VDMA – konzeptioneller und technischer Sponsor der Leistungselektronik – werden in Halle B2, Stand 448, Live-Vorträge und Demonstrationen zum Thema Leistungselektronik angeboten.
Im Halbleiter-Clusterpräsentieren Aussteller der productronica ihre neuesten Innovationen in diesen Bereichen.
Mit der SEMICON Europe, die erneut parallel zur productronica stattfindet, erweitert die weltweit führende Fachmesse für Entwicklung und Fertigung ihr Angebot in der Halbleiterindustrie.
