Nel contesto dell’escalation delle crisi climatiche e dell’aumento della domanda energetica globale, i governi e le industrie si stanno impegnando a raggiungere obiettivi climatici ambiziosi per mitigare l’impatto ambientale e garantire un futuro sostenibile. Al centro di questi sforzi c’è la transizione verso l’elettrificazione, la riduzione delle emissioni di carbonio e l’adozione delle energie rinnovabili. Con un passo significativo per accelerare questa transizione, onsemi ha introdotto la sua ultima piattaforma tecnologica al carburo di silicio: i MOSFET EliteSiC M3e.

L’inaugurazione, guidata da Mrinal Das, direttore senior delle soluzioni di marketing power presso onsemi, è stata presentata in una sessione dettagliata che ha evidenziato il potenziale e l’impatto della tecnologia. Il dr. Mrinal Das, un veterano di 30 anni nel settore con un dottorato di ricerca. nei MOSFET SiC, ha sottolineato il percorso di trasformazione della tecnologia SiC negli ultimi tre decenni. “È stato un viaggio incredibile vedere una tecnologia in erba arrivare dov’è oggi, guidando verso gli obiettivi di sostenibilità per il nostro pianeta“, ha affermato il dr. Mrinal Das. Questa nuova generazione di MOSFET SiC è destinata a migliorare l’efficienza energetica e a supportare il passaggio verso alternative sostenibili.
Il SiC è descritto come “un diamante con un po’ di silicio” a causa dei suoi strati alternati di atomi di carbonio e silicio. Questa struttura fornisce eccellenti proprietà semiconduttrici, come elevata rigidità dielettrica e conduttività termica, rendendola ideale per i dispositivi di potenza. Le proprietà del SiC consentono frequenze di commutazione più elevate, dimensioni e costi ridotti dei componenti passivi e sistemi più efficienti con requisiti di gestione termica rilassati. “Questo è ciò che ha davvero permesso al carburo di silicio di distinguersi come leader dei semiconduttori di prossima generazione per sostituire il silicio“, ha affermato il dr. Mrinal Das.

Figura 1 – EliteSiC M3e MOSFET Bare Die.

Consumo globale di elettricità

Il consumo di elettricità in tutto il mondo è trainato da tre settori principali: attività industriali, trasporti e data center. Ognuno di essi presenta esigenze e sfide uniche, che contribuiscono in modo significativo al consumo energetico complessivo e all’impatto ambientale.
Le attività industriali sono uno dei maggiori consumatori di elettricità a livello globale. Queste attività spesso fanno molto affidamento sui combustibili fossili, che non solo esauriscono le risorse limitate ma contribuiscono anche all’inquinamento ambientale e al cambiamento climatico. La combustione di combustibili fossili per scopi industriali rilascia nell’atmosfera quantità significative di anidride carbonica e altri gas serra, aggravando il riscaldamento globale. La transizione verso fonti energetiche più sostenibili è fondamentale per ridurre l’impronta ambientale delle operazioni industriali.
Il settore dei trasporti è un altro grande consumatore di elettricità, in particolare con la crescente adozione di veicoli elettrici. Storicamente, i trasporti sono stati dominati da veicoli con motore a combustione interna, che fanno affidamento su benzina e diesel. Questi combustibili fossili non solo sono limitati, ma producono anche emissioni nocive. Il passaggio ai veicoli elettrici è un passo positivo verso la sostenibilità, poiché i veicoli elettrici possono essere alimentati da fonti di energia rinnovabile. Tuttavia, l’infrastruttura per la ricarica dei veicoli elettrici deve essere ampliata e ottimizzata per supportare efficacemente questa transizione.
Negli ultimi anni la domanda di energia elettrica proveniente dai data center è cresciuta in modo esponenziale. Questa crescita è in gran parte guidata dalla crescente dipendenza dall’intelligenza artificiale e da altre tecnologie ad alta intensità di dati. I data center richiedono notevoli quantità di energia per far funzionare server, sistemi di raffreddamento e altre infrastrutture. Poiché l’intelligenza artificiale continua a integrarsi in vari aspetti della vita quotidiana, si prevede che il consumo energetico dei data center aumenterà ulteriormente. Questa tendenza sottolinea la necessità di soluzioni energetiche più efficienti per gestire la crescente domanda.
L’elettrificazione è una strategia chiave per affrontare le sfide associate al consumo globale di elettricità. Passando dai combustibili fossili all’energia elettrica, possiamo ridurre le emissioni di gas serra e andare verso un futuro energetico più sostenibile. La tecnologia SiC di onsemi svolge un ruolo cruciale in questa transizione fornendo componenti semiconduttori efficienti che migliorano le prestazioni e l’efficienza dei sistemi elettrici.

Figura 2 – I settori più avidi di energia elettrica.

Impatto della tecnologia SiC

La tecnologia SiC offre una soluzione migliorando l’efficienza del sistema. Anche un miglioramento dell’efficienza dell’1% può avere effetti profondi. Ad esempio, aumentare l’efficienza degli inverter di trazione dei veicoli elettrici dell’1% potrebbe consentire ai veicoli elettrici di percorrere ulteriori 4 miliardi di miglia all’anno. Allo stesso modo, il miglioramento dell’1% dell’alimentazione elettrica nei data center potrebbe comportare un risparmio annuale sui costi dell’elettricità di 650 milioni di dollari. Nell’automazione industriale, un aumento dell’efficienza dell’1% potrebbe far risparmiare più di 25 miliardi di dollari all’anno. “L’1% può sembrare piccolo, ma ha un impatto significativo se applicato a grandi numeri“, ha spiegato il dr. Mrinal Das.

Soluzioni olistiche per vari mercati

L’approccio di Onsemi è olistico e fornisce non solo componenti ma soluzioni complete. Questa strategia è fondamentale per soddisfare le esigenze di vari mercati, tra cui quello automobilistico, industriale e dei data center. Nel settore automobilistico, le soluzioni Onsemi migliorano il propulsore dei veicoli elettrici e i sistemi di sicurezza avanzati. I nuovi MOSFET SiC promettono di rendere i veicoli elettrici più efficienti e affidabili, supportando una più ampia adozione del trasporto elettrico.
Dal punto di vista industriale, l’attenzione è rivolta alle infrastrutture per le energie rinnovabili, alle infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici e all’automazione industriale. Migliorando l’efficienza delle infrastrutture energetiche e rendendo l’automazione di fabbrica più conveniente, le soluzioni di onsemi contribuiscono a un panorama industriale più sostenibile ed efficiente.

MOSFET EliteSiC e M3e

La tecnologia SiC di Onsemi, denominata EliteSiC, è considerata leader del settore. L’ultimo prodotto, il MOSFET EliteSiC M3e da 1.200 V e 11 mΩ, dimostra miglioramenti sostanziali rispetto alle generazioni precedenti. La tecnologia M3e offre perdite di conduzione ridotte del 30% e perdite di commutazione ridotte fino al 50%, il che è fondamentale per raggiungere l’efficienza a livello di sistema. “Stiamo cercando di garantire che il contributo dei semiconduttori di potenza alle perdite del sistema sia ridotto al minimo con le nostre tecnologie avanzate“, ha affermato il dr. Mrinal Das.
Le proprietà di EliteSiC gli consentono di eccellere in varie applicazioni, in particolare dove l’elevata efficienza e l’affidabilità sono fondamentali. Negli inverter di trazione per veicoli elettrici, la tecnologia EliteSiC può fornire il 20% di potenza in più grazie alle minori perdite di conduzione. Per le applicazioni ad alta velocità, come caricabatterie e alimentatori, il MOSFET M3e supera le soluzioni precedenti, rendendolo una scelta versatile in diversi ambiti. “La capacità di operare a frequenze di commutazione più elevate riduce le dimensioni e il costo dei componenti passivi, portando a sistemi più efficienti ed economici“, ha affermato il dr. Mrinal Das.
Nonostante i progressi nella tecnologia delle trincee, onsemi continua a innovare con la tecnologia planare grazie alla sua comprovata affidabilità e qualità in decenni di ricerca e utilizzo nel settore. L’azienda prevede di adottare eventualmente la tecnologia di trincea quando sarà completamente ottimizzata. “La tecnologia planare può ancora sovraperformare ciò che è disponibile oggi sul mercato“, ha affermato il dr. Mrinal Das, sottolineando la continua rilevanza delle soluzioni planari.
I test approfonditi e il benchmarking di Onsemi rispetto ai colleghi del settore dimostrano il suo impegno nel fornire prodotti affidabili e di alta qualità. La tecnologia planare dell’azienda ha dimostrato stabilità e longevità, rendendola una scelta affidabile per varie applicazioni. “I nostri componenti mostrano prestazioni molto stabili, con un tasso di guasto inferiore a una parte per miliardo nell’arco di 20 anni di vita del veicolo“, ha affermato il dr. Mrinal Das.

Figura 3 – Caratteristiche dei dispositivi.

Uno dei principali punti di forza di onsemi è la sua integrazione verticale, dalle materie prime ai moduli di potenza finiti. Questo controllo completo sulla catena di fornitura consente soluzioni ottimizzate a ogni livello, garantendo che ciascun componente contribuisca all’efficienza e alle prestazioni complessive del sistema. “La nostra integrazione verticale e le competenze interne ci consentono di fornire soluzioni ottimizzate che accelerano la transizione verso la sostenibilità“, ha affermato il dr. Mrinal Das.

Prospettive future e innovazioni

Il lancio dei MOSFET SiC di onsemi segna un passo significativo verso un futuro sostenibile. Con applicazioni in vari settori, questa tecnologia è destinata a svolgere un ruolo cruciale nel ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e migliorare l’efficienza energetica. “Stiamo guidando la prossima generazione di adozione nei mercati”, ha concluso il dr. Mrinal Das. “È un momento entusiasmante per la tecnologia e la sostenibilità e siamo orgogliosi di essere in prima linea in questo movimento“.

Figura 4 – Le future prospettive dei MOSFET SiC.

Autore: Maurizio Di Paolo Emilio