Силовая электроника давно стала ключевым элементом в системе управления и преобразования энергии, пронизывая сферы промышленного производства, транспорта, телекоммуникаций и бытовой техники. Сегодня именно она обеспечивает работу инверторов на солнечных электростанциях, преобразователей частоты на железных дорогах и зарядных устройств для электромобилей. На пороге качественных изменений отрасль стоит перед новой фазой развития, связанной с переходом от традиционных кремниевых компонентов к более перспективным материалам – нитриду галлия (GaN) и карбиду кремния (SiC).
В России формируется консорциум из девяти технологических предприятий, расположенных в Москве, Санкт-Петербурге, Зеленограде, Рыбинске и Чебоксарах, который намерен запустить первое массовое производство силовых модулей на основе SiC. Как поясняет Андрей Жилин, советник Председателя совета директоров АО «НПО «Энергомодуль» и АО «Новатор Плюс»: «На выставке “Электроника России“ мы показываем сквозной проект – от шихты до инвертора. Наша роль – рост кристаллов, эпитаксия, сборка силовых модулей/ячеек и производство инверторов».
Основная задача сейчас – организация полного промышленного цикла. В России пока отсутствует собственное производство SiC-шихты, материала необходимого для выращивания карбидокремниевых кристаллов. Эта проблема частично решается: компания ООО «НПК «Спектр» в Рыбинске занимается синтезом шихты, а ООО «КРИП ТЕХНО» в рамках постановления правительства №2136 должна вывести готовую продукцию на рынок к концу года.
Следующий этап происходит на площадке АО «Новатор Плюс» в Санкт-Петербурге, где применяют «метод ЛЭТИ» – технологию, разработанную около пятидесяти лет назад под руководством Юрия Таирова. По словам Андрея Жилина: «Около 50 лет назад научной группой ЛЭТИ под руководством Таирова Юрия Михайловича была впервые представлена промышленная технология объемного роста карбида кремния, до сих пор во всем мире он так и называется – “метод ЛЭТИ“. Здесь мы действительно были первыми, но, к сожалению, потеряли исключительные права на технологию». В Санкт-Петербурге также осуществляют резку, шлифовку и химико-механическую полировку пластин, а точная характеристика дефектов выполняется в Институте Силовой электроники и фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ», где одновременно ведется конструкторская работа по созданию транзисторов и диодов на SiC.
Эпитаксиальный рост — следующий шаг — проходит на предприятии АО «ЭПИЭЛ» в Зеленограде. Здесь на пластине формируют тонкие слои карбида кремния методом газофазной эпитаксии. Толщина эпитаксиального слоя оказывает прямое воздействие на максимально возможное напряжение транзистора: 10 микрометров соответствуют приблизительно 1200 вольтам, 14 микрометров — уже 1700 вольтам.
В компании АО «Отраслевые Решения» (ПАО «Элемент») завершат изготовление диодов Шоттки и MOSFET-транзисторов в рамках проекта «Кубик», с перспективой объемов производства до 20 миллионов изделий в год. «Это на самом деле немного, но это уже массовое производство российских транзисторов. Мы рассчитываем выйти на него к концу 2027 – началу 2028 года», — уточняет Андрей Жилин. Конечная сборка силовых модулей проводится на мощностях АО «НПО «Энергомодуль» в Чебоксарах, где благодаря правильной конструкции и особенностям теплопереноса достигается высокая энергоэффективность и выгодное соотношение цены и качества.
Завершающий этап производства подразумевает интеграцию драйверов управления непосредственно в модули, что формирует так называемую силовую ячейку — основной элемент, из которого состоят инверторы. Как отмечают специалисты, инвертор выступает «сердцем» современной энергетики, осуществляя преобразование электричества между постоянным и переменным током и обеспечивая регулирование частоты и напряжения.
Использование карбида кремния становится драйвером роста российских технологий и рынков электроники в широком спектре. Россия занимает четвертое место в мире по производству электроэнергии, но через преобразователи теперь проходят лишь около 30% вырабатываемой энергии, в то время как в развитых странах показатель достигает 60%. Андрей Жилин констатирует: «Получается, у нас огромный потенциал для развития рынка преобразователей. Мы к этому идем, и рано или поздно придем – электроэнергия должна правильно использоваться».
Ключевым преимуществом SiC служит повышенная эффективность и компактность устройств. По словам эксперта: «КПД преобразователя на карбиде кремния до 99,5%. Разница с обычным кремнием значительная: меньше тепла, меньше габариты, меньше масса. В авиационной электронике такие инверторы получаются примерно в восемь раз компактнее и в десять раз легче». Мировой автотранспорт уже широко использует карбид кремния: «Сегодня около 85% электромобилей используют инверторы на карбиде кремния, поскольку в новых поколениях машин используется высокое напряжение – 1200, 1700 вольт и выше. В Tesla Model 3, например, установлено 26 таких транзисторов».
Российские компании намерены локализовать полный производственный цикл — от синтеза шихты до выпуска силовых модулей, воспринимая SiC как ключевой материал будущего. При этом участники подчеркивают, что спорный вопрос стоимости и конкуренции с продукцией из Китая остается актуальным. «Наш проект коммерческий. Мы пошли на него, потому что видим потенциал рынка – и потому что Россия не может зависеть от импорта в такой критичной сфере», — говорит Андрей Жилин.
Однако даже при значительной государственной поддержке конкуренция с китайскими производителями по цене сложна из-за значительной доли импортных компонентов и отсутствия защиты внутреннего рынка. «Мы не можем упасть до китайских цен, — продолжает Жилин — Материалы, химия, часть технического оборудования – все это пока в основном привозное. Мы можем медленно снижать себестоимость, но резко выйти на уровень Китая невозможно. Поэтому сегодня китайская цена плюс 30% – это нижняя планка, на которую мы можем ориентироваться в России». Представители АО «НПО «Энергомодуль» также отмечают: «Мы производим изделия, но конкурировать по цене с Китаем не можем. Китай выпускает продукцию на весь мир, а наш рынок ограничен. Мы ездим по заводам, рассказываем про наши модули, а производители отвечают: „зачем, если есть китайские – они дешевле и работают“».
В этой ситуации субсидии и гранты остаются эффективными инструментами запуска производства и вывода продукта на рынок. Однако для обеспечения долгосрочной устойчивости требуется продуманное государственное регулирование. Андрей Жилин подчеркивает: «Субсидии нужны, чтобы быстро заместить импорт, – поясняет он. – Но сделать продукт конкурентным – это уже другая задача. Здесь должно включаться государственное регулирование, условно говоря, «краник-регулятор» Постановления Правительства 719. Пока все меры направлены на ускорение старта, но не на защиту внутреннего производителя после выхода на рынок».
Обеспечение независимости и масштабирование производства силовой электроники является одной из базовых задач технологического суверенитета России. Отрасль — фундаментальная для развития современной энергетики, транспорта, телекоммуникаций и оборонных систем. Российские компании уже продемонстрировали способность создавать конкурентоспособные силовые модули и решения для промышленности, и следующим этапом станет расширение производств и достижение полной импортонезависимости по компонентной базе и системам управления. Эти темы станут центральными на ближайшей выставке-форуме «Электроника России 2025», где встретятся производители, представители регуляторов и заказчики для обмена опытом, обсуждения мер поддержки и стратегического планирования роста отрасли.
