- A GaN, mint az RF tápellátás félvezetők anyagának megválasztása
- Potenciális kihívások, amelyek korlátozzák az RF teljesítményű félvezetők terjedelmét EV-kben és HEV-kben
- A csomagolási kihívások lekötik a figyelmet
- Jobb jövő a WBG számára - Van ilyen?
- Mire készülnek az ipar viselkedései
- Az ázsiai-csendes-óceáni térségben megnőtt a rádiófrekvenciás félvezetői igény
Bár az 5G bevezetésének és az egyre növekvő fogyasztói elektronikai eszközök értékesítésének növekvő száma túlnyomórészt kedvező környezetet teremt az RF teljesítményű félvezetők iránti kereslet növekedéséhez, az autóipar továbbra is az RF tápegységek kulcsfontosságú fogyasztói területei közé tartozik.
Jelenleg az autóipar dinamikus elektromos és digitális forradalomon megy keresztül. A növekvő számú járművet villamosítás, autonómia és csatlakozásra kész állapot jellemzi. Mindez az energiahatékonyság növekvő jelentőségéből fakad, és sokrétűen felgyorsítja az autóipar átalakulását. Fontos szempont, amely továbbra is kulcsfontosságú marad ennek az átalakításnak a megvalósításához, az RF teljesítményű félvezető, mivel kulcsfontosságú szerepet játszott az EV-k és a hibrid EV-k (HEV) lehetővé tételében.
A világ vezető autógyártói, akik részt vesznek az ipar „nulla kibocsátású” váltásában, figyelemre méltó erőfeszítéseket tettek a járművek villamosítási projektjeinek felújításában. A kutatás által vezérelt előrejelzések azt mutatják, hogy az eredeti gyártók többsége szembetűnő módon figyeli az EV-k és a HEV-k célkitűzéseit , amelyeket 2025-ben kell teljesíteni. Ez a forgatókönyv egyértelműen arra készteti a jelentős hatékonyságú rádiófrekvenciás félvezetőket, amelyek magas hőmérsékleten hatékonyan működnének. Az RF tápegységek gyártói így folyamatosan a SiC (szilícium-karbid), a GaN (gallium-nitrid) és a WBG (széles sávú rés) technológiákon alapuló termékek fejlesztésére összpontosítják stratégiáikat.
A GaN, mint az RF tápellátás félvezetők anyagának megválasztása
A WBG félvezetői területén számos K + F erőfeszítés ellenére a SiC variáns a közelmúltban továbbra is az EV-k és HEV-k hagyományos választása maradt. A másik oldalon azonban az SiC már megérett a piac érettségi szakaszába, és más versenytárs technológiák is kihívást jelentenek számára, amelyek egyre nagyobb teret hódítanak rajta - különösen az erőelektronika és más igényes alkalmazások esetén az elektromos és hibrid elektromos járművekben.
Míg az EV-k és a HEV-k általában SiC alapú rádiófrekvenciás félvezetőket alkalmaznak az erőátviteli DC / DC átalakítók szabályozásához, az átmeneti idő általában korlátozza kapcsolási frekvenciáikat 10 kHz és 100 kHz között. Jelenleg a világ szinte minden autógyártója innovatív erőfeszítéseket tesz az RF teljesítményű félvezetők GaN kialakításának körül.
A GaN félvezető bevezetése ígéretet tett arra, hogy potenciálisan legyőzheti ezt a régóta fennálló kihívást azáltal, hogy lehetővé teszi a kapcsolási időt a nanoszekundum tartományban és a működést akár 200 ° C hőmérsékleten is. A GaN félvezető gyorsabb működése magas kapcsolási frekvenciát és ezáltal alacsony kapcsolási veszteséget eredményez. Ezenkívül az alacsonyabb teljesítményű elektronikus térfogat csökkentett összsúlyt jelent, ami ezt követően támogatja a könnyű és hatékonyabb gazdaságosságot.
Számos tanulmány a GaN alapú félvezető tényleges potenciálját támogatja a nagy teljesítményű, nagy sebességű átalakításhoz. Áttérés a teljesítményelektronika új korszakára, amely a legjobban kiegészíti az EV-k és a HEV-k célkitűzését, a GaN félvezető anyagok legfontosabb jellemzőit, mint például a kiváló kapcsolási sebességet, a magas üzemi hőmérsékletet, a kisebb kapcsolási és vezetőképességi veszteségeket, a kompakt méretű csomagolást és a lehetséges költségeket versenyképességét, továbbra is a GaN-alapú RF félvezetőket helyezi el az összes többi társ felett.
Potenciális kihívások, amelyek korlátozzák az RF teljesítményű félvezetők terjedelmét EV-kben és HEV-kben
A piacra lépő összes újítás és pozitív eredmény ellenére néhány kihívás továbbra is fennáll, mint az RF-félvezető elektromos járművek működésének akadályai. Végül is egy nagy teljesítményű alkatrész nanoszekundumon belüli vezetése összetett feladat, és több nehézséggel jár, amelyeket még meg kell oldani. Az egyik legkiemelkedőbb kihívás a feszültségértékek javítása. A hatékony üzemeltethetőség növelése magasabb hőmérsékleten a hagyományos kialakítás megváltoztatása nélkül egy másik fontos kihívás, amely továbbra is megragadja a K + F érdeklődését az RF félvezető térben.
A tény többször rávilágít arra, hogy a villamos elektronikai modulok alkalmazása az EV-kben és a HEV-kben nagyon megterhelő, és teljesítményük nemcsak a feszültségen és teljesítményen alapuló újításokon alapszik. A szerkezeti és tervezési technológiai fejlesztések folyamatos nyomása biztosítja a rádiófrekvenciás eszközök tartósságát, megbízhatóságát és hőállóságát a hibrid és tiszta / akkumulátoros elektromos járműveken belül.
A csomagolási kihívások lekötik a figyelmet
Míg a környező elektronikus alkatrészek torzulása egy másik tényező volt az RF félvezető eszközök alkalmasságának megkérdőjelezése az EV kialakításán belül, az EMC (epoxi formázó vegyület) félvezető csomagolás rendkívül jövedelmező kutatási területként jelent meg, mivel lehetővé teszi a működést a szomszédos elektronikai alkatrészek megzavarása nélkül.
Sőt, bár a túlfűtött rádiófrekvenciás modulokat már a közeljövő fősodrának tekintik, a tervek még javíthatók a hőkezelés terén. A rádiófrekvenciás félvezetői piac vezető vállalatai ezért hangsúlyozzák a csomagolással kapcsolatos erőfeszítéseik kibővítését az elektromos járművekben történő felhasználás nagyobb megbízhatóságának elérése érdekében.
Jobb jövő a WBG számára - Van ilyen?
A SiC érettségének és a GaN bizonyított fölényének hátterében a piac azonban nem oldja meg a WBG-vel kapcsolatos megbízhatósági aggályokat, ami hosszú távon korlátozza a WBG típusú FR félvezetők piaci penetrációját. A robusztusabb WBG típusú félvezetők tervezésének egyetlen módja a meghibásodási mechanizmusok mélyebb megértése a nehéz működési körülmények között. A szakértők úgy vélik továbbá, hogy a WBG érhet a piacon minden olyan konkrét stratégiai támogatás nélkül, amely helyreállítaná megbízhatóságukat a további felhasználás érdekében.
Mire készülnek az ipar viselkedései
A Wolfspeed, az amerikai Cree Inc. prémium SiC és GaN RF áramtermékekre szakosodott társaság nemrégiben piacra dobott egy új terméket, amely több mint 75% -kal csökkenti az EV hajtáslánc inverteres veszteségeit. Ilyen jobb hatékonyság mellett a mérnökök valószínűleg új paramétereket fedeznek fel az akkumulátorhasználat, a hatótávolság, a tervezés, a hőkezelés és a csomagolás terén.
Az elektromos és hibrid elektromos járművek invertereinek nagyfeszültségű áramköre sok hőt termel, és ezt a problémát hatékony hűtési mechanizmussal kell megoldani. A kutatások újra és újra azt javasolják, hogy az inverterek méretének és tömegének csökkentése a kulcsa az autóipari alkatrészek jobb hűtésének elérésében az EV-kben és a HEV-kben.
Hasonló vonalon az ipar vezetőinek többsége (például a Hitachi, Ltd.) továbbra is az inverter tömegére és méretére összpontosít egy kettős hűtési technológia segítségével, amely folyadékot vagy levegőt használ a kívánt magas hőmérsékletű hűtéshez. feszültségű RF tápegység. Egy ilyen mechanizmus növeli az általános kialakítás kompaktságát és rugalmasságát, és ezáltal az energiatermelési veszteségek csökkentésére tett erőfeszítéseket.
Várva a kompakt kialakítás fontosságát az RF teljesítményű félvezető elektromos járművekben való alkalmazhatóságának növelése érdekében, a Mitsubishi ultrakompakt SiC inverteréhez hasonlóak úttörő szerepet játszanak. A Mitsubishi Electric Corporation kifejezetten kifejlesztette ezt az ultrakompakt rádiófrekvenciás terméket hibrid EV-k számára, és azt állítja, hogy ez a világ eddigi legkisebb SiC-készüléke. Ennek az eszköznek a csökkentett csomagolási mennyisége lényegesen kevesebb helyet foglal el a jármű belsejében, és ezáltal megalapozza a magasabb üzemanyag- és energiahatékonyságot. A készülék forgalomba hozatalára a következő néhány évben számítanak. Részben az Új Energetikai és Ipari Technológiai Fejlesztési Szervezet (NEDO, Japán) támogatásával a vállalat hamarosan megkezdi az ultrakompakt SiC inverter tömeggyártását is.
Tavaly piacra dobták az iparág első forradalmi terepi programozható vezérlőegységét (FPCU), mint új félvezető architektúrát, amely potenciálisan felelős lehet az elektromos és hibrid elektromos járművek hatótávolságának és teljesítményének növeléséért. Ezt a rádiófrekvenciás félvezető eszközt a franciaországi Szilícium Mobilitás tervezte, azzal a céllal, hogy a meglévő EV és HEV technológiák maximálisan kihasználhassák képességeiket. A Silicon Mobility gyártási partnere az FPCU fejlesztésében az amerikai székhelyű félvezető-gyártó - GlobalFoundries.
Az ázsiai-csendes-óceáni térségben megnőtt a rádiófrekvenciás félvezetői igény
Mivel az energiahatékony közlekedés érdekében a világ gyorsan áttér az alacsony szén-dioxid-kibocsátású energiaforrásokra, az energiahatékony járművekre nehezedő szén-dioxid-kibocsátás minimalizálásának nyomása az építkezés során. Még akkor is, ha a tömeggyártást alig egy évtizeddel ezelőtt kezdték meg, az EV-k piaca már meghaladja az ICE-vel (belső égésű motor) működő hagyományos járművek piacát. A növekedési ütem az előbbi állítólag majdnem 10X, hogy a későbbi és a vége felé 2040, több mint 1/3 rd az összes új gépjármű értékesítés kerül elszámolásra az elektromos autók.
A Kínai Autógyártók Szövetségének legfrissebb adatai azt sugallják, hogy csak Kínában, 2016-ban több mint félmillió EV-t értékesítettek, amely főként haszongépjárműveket és buszokat tartalmazott. Míg Kína hosszú távon továbbra is a legnagyobb az EV-k piaca, az EV-gyártás aránya állandóan magas volt az egész ázsiai-csendes-óceáni térségben.
A jelentősen virágzó szórakoztatóelektronikai ipar mellett a régió az utóbbi időben jelentős növekedést tapasztalt az EV-k piacán, ezáltal erős lehetőséget teremtve az RF teljesítmény-félvezetők behatolására, lehetőleg a GaN alapján.
A rádiófrekvenciás félvezetők piacának globális értékelése nagyjából 12 milliárd USD (2018 végéig). Az 5G technológia megjelenéséből fakadó áttörési lehetőségekkel, a vezeték nélküli hálózati infrastruktúra és az IoT (Ipari Dolgok Internete) technológiájának széleskörű elterjedésével, a szórakoztató elektronikai tájkép virágzó kilátásaival és az elektromos járművek (EV) növekvő értékesítésével az RF teljesítményű félvezetők piaci bevételei valószínűleg lenyűgöző, 12% -os összetett éves növekedési ütemben bővülnek 2027-ig.
Aditi Yadwadkar tapasztalt piackutató író, és sokat írt az elektronikai és félvezetőiparról. A Future Market Insights (FMI) munkatársainál szorosan együttműködik az Electronics and Semiconductor kutatócsoporttal, hogy a világ minden tájáról származó ügyfelek igényeit kiszolgálja. Ezek a felismerések az FMI által az RF teljesítmény félvezetői piacról készített nemrégiben készült tanulmányon alapulnak .