Noi non vendiamo aria fritta: i MOSFET SiC sono reali

Siamo quotidianamente alla mercé del clamore mediatico. La promozione di prodotti e servizi di ogni tipo, tra cui film, programmi televisivi, app per la vita quotidiana, è sfacciata e incessante e inizia ancor prima che questi prodotti siano effettivamente disponibili. La macchina delle pubbliche relazioni di solo qualche anno addietro si è gonfiata in modo esponenziale e ora comprende social media, posting virali sponsorizzati, pubblicità indiretta ecc... Direi che il quadro è chiaro.

Persino il settore dell'elettronica, che tradizionalmente aveva una bassa esposizione mediatica, è salito su questo treno. Se avete dubbi in proposito, pensate al CES (in precedenza il Consumer Electronics Show) che richiama oltre 100.000 visitatori e centinaia di aziende che vengono per vedere ed essere visti, per cercare di far parlare di sé.

Il clamore mediatico è diventato una tecnica di marketing talmente ordinaria che Gartner, un'azienda di consulenza del settore, pubblica annualmente un grafico in proposito riguardante le tecnologie emergenti, basato su un modello standard (Figura 1). Vengono aggiunte e spostate voci in occasione dell'aggiornamento annuale (Figura 2). Naturalmente ognuno può avere una valutazione diversa su ciò che dovrebbe essere presente sulla curva e in che punto.

Figura 1: Il modello generico del ciclo della pubblicità sensazionalistica può essere utilizzato per individuare visivamente la fase in cui si trovano gli sviluppi tecnologici, a partire dalla loro nascita, passando per l'accettazione e la larga diffusione. (Immagine per gentile concessione di Wikipedia)

Figura 2: Il ciclo n. 1 della pubblicità sensazionalistica per le tecnologie emergenti di Gartner riferito al 2018 offre un punto di vista, ma dovrebbe convincere tutti noi a fermarci a riflettere e a ricalibrare promesse e aspettative sulla realtà. (Immagine per gentile concessione di Gartner)

Nonostante la grancassa pubblicitaria attualmente associata ai prodotti elettronici consumer, altri comparti critici del settore l'hanno decisamente evitata. Ad esempio, la conferenza APEC (Applied Power Electronics Conference) è ben frequentata e recensita ma la sua presenza mediatica è antitetica a quella del CES. Ovviamente gli espositori mostrano i prodotti che hanno appena rilasciato e quelli che usciranno a breve, ma le promesse a queste presentazioni sono di molto inferiori a quelle che riecheggiano al CES. Per ironia della sorte, sono spesso gli sviluppi in mostra all'APEC a rendere possibili quelli del CES.

Forse i toni bassi dei progressi messi a segno nel campo della potenza sono legati al fatto che chi si occupa di componenti di potenza e della loro progettazione non ama aver i riflettori puntati addosso. In generale la comunità delle persone che lavorano nel settore della potenza è cauta e conservatrice sotto il profilo della progettazione ed è poco propensa a puntare su nuove e rivoluzionarie tecnologie finché non siano state collaudate su molte unità e per molte ore di funzionamento. Sono anche convinti che un buon alimentatore, per quanto poco attraente, sia alla base di un prodotto solido e i difetti dell'alimentazione generalmente non possono essere sistemati "dopo il fattaccio" scaricando un aggiornamento.

Prendete ad esempio la tecnologia dei MOSFET a base di carburo di silicio (SiC), che è stata oggetto di ricerca per decenni. Il duro lavoro in questo campo non è stato accompagnato da previsioni super pubblicizzate che questo dispositivo avrebbe rivoluzionato le prestazioni degli alimentatori rispetto ai MOSFET in solo silicio. Al contrario, circolava un cauto ottimismo controbilanciato dall'affermazione che "c'è ancora molto da fare". In verità, le notizie sui MOSFET SiC sono estremamente incoraggianti. I produttori hanno messo a punto solidi miglioramenti tecnici e questa tecnologia ha fatto prepotentemente irruzione nei progetti di conversione di potenza.

Quanto è vasto il mercato per questi dispositivi e quanto è veloce la sua crescita? La risposta dipende dall'interlocutore, naturalmente. In una previsione, MarketWatch² afferma che il mercato globale dei dispositivi di alimentazione in SiC crescerà a un tasso annuale composto (CAGR) del 35,73% nel periodo 2018 - 2023. (Caspita! Una previsione a quattro cifre su cinque anni secondo me è ridicola e diminuisce la credibilità dell'estrapolazione.) Un'altra previsione di Yole Developpement³ parla di un mercato di 461 milioni di dollari nel 2019 e di un CAGR "solo" del 31%. Una terza afferma che il mercato raggiungerà quota 6,04 miliardi di dollari entro il 2025 con un CAGR del 15,7%.

A prescindere dai numeri che sceglierete – e ce ne sono molti altri in circolazione – una cosa è chiara: i dispositivi in SiC sono ora una realtà, sono disponibili in modelli a larga diffusione e vengono largamente impiegati in applicazioni che vanno dai veicoli elettrici alle trasmissioni dei motori fino ai sottosistemi dell'energia alternativa. Tutto ciò si deve al fatto che oggi i MOSFET SiC sono componenti maturi alla loro seconda o persino terza generazione.

Ad esempio, dal 2011, quando Cree ha presentato il suo primo MOSFET in silicio confezionato in un contenitore e destinato alla commercializzazione, si sono susseguite altre due generazioni. Per i dispositivi di terza generazione come ad esempio il MOSFET SiC C3M0075120K di Cree (Tabella 1), le specifiche di livello superiore sono migliorate dal 20% al 100%, a seconda del parametro preso in considerazione: un progresso decisamente importante.

Tabella 1: Le specifiche di livello superiore del C3M0075120K di Cree, un dispositivo di terza generazione, raccontano solo una parte della storia dei progressi tecnici che riguardano questo MOSFET SiC. (Immagine per gentile concessione di Cree)

Un fatto altrettanto importante è che fornitori, ingegneri applicativi e progettisti hanno imparato molto sulle idiosincrasie di questi dispositivi di alimentazione. Siamo onesti: i MOSFET di tutti i tipi hanno esigenze decisamente superiori alla media per quanto riguarda i requisiti di pilotaggio, le caratteristiche di attivazione e disattivazione, le problematiche termiche e le topologie di carico. È forse controintuitivo ma nelle schede tecniche di questi dispositivi a tre terminali sono riportati numerosissimi grafici che descrivono le loro prestazioni statiche e dinamiche a temperature nominali ed estreme; il noto grafico SOA (il grafico dell'area operativa sicura) è uno dei tanti.

Per fortuna i FET Sic non sono mai stati pubblicizzati con lo strombazzamento mediatico che accompagna tante altre tecnologie, non sarebbe stato "nel loro stile". Al contrario, ricordate quando, qualche anno fa, la TV 3D è stata presentata con grande enfasi come la prossima grande novità? Rispondeva a una reale necessità degli utenti oppure al desiderio dei fornitori di rottamare le vecchie TV e di venderne di nuove? Sapete tutti la risposta.

Che dire dell'intelligenza artificiale (IA), del 5G, dei veicoli a guida autonoma e della computazione quantistica? Sono tutte tecnologie presenti nella curva della pubblicità sensazionalistica, ma in questo stesso momento stanno perdendo un po' del loro smalto. Sembra che per le auto a guida autonoma dovremo aspettare più di quanto la fanfara del marketing aveva annunciato, ma non è una sorpresa. E per quanto riguarda i giornalisti che hanno scritto con certezza che queste auto avrebbero ridotto gli incidenti e i decessi stradali di una specifica percentuale... che dire? Su quali dati si sono basati, se posso chiedere?

Sono contento che il segmento del nostro settore che si occupa di potenza abbia finora resistito a imboccare quella strada per concentrarsi sulla sostanza e sugli annunci graduali. È certamente un pensiero confortante: voglio che i miei alimentatori generino aria calda (nella minor quantità possibile) invece di produrre aria fritta. Vi dirò di più: ho controllato i grafici degli ultimi dieci anni della Gartner sulla pubblicità sensazionalistica e il Sic non compariva in nessuna di essi. Sembra si sia trattato di una rivoluzione silenziosa nel mondo dei componenti di potenza a commutazione.

Riferimenti:

1 – Il ciclo della pubblicità sensazionalistica di Gartner rileva 5 tendenze nelle tecnologie emergenti (in inglese)

(https://www.gartner.com/smarterwithgartner/5-trends-emerge-in-gartner-hype-cycle-for-emerging-technologies-2018/)

2 – Il mercato globale dei dispositivi di potenza in carburo di silicio (SiC) nel periodo 2019-2023 | Analisi di settore nel comparto dei semiconduttori e dell'elettronica in base alla regione, aspettative di crescita a un CAGR del 35,73% (in inglese)

(https://www.marketwatch.com/press-release/global-silicon-carbide-sic-power-devices-market-2019-2023industry-analysis-of-semiconductor-electronics-sector-by-region-growth-expected-to-reach-at-cagr-of-3573-2019-08-30)

3 – Dispositivi di potenza in GaN e SiC: panoramica del mercato (Dr. Milan Rosina) - in inglese

(http://www1.semi.org/eu/sites/semi.org/files/events/presentations/02_Milan%20Rosina_Yole.pdf)