- GaN Muncul sebagai Pilihan Bahan untuk Semikonduktor Tenaga RF
- Potensi Cabaran Menghadkan Luas Semikonduktor Kuasa RF di EV & HEV
- Cabaran pembungkusan menarik perhatian
- Masa depan yang lebih baik untuk WBG - Adakah ada?
- Apa yang dirasakan oleh Behemoth Industri?
- Permintaan Semikonduktor Tenaga RF untuk Melonjak di Wilayah Asia Pasifik
Walaupun jumlah peluncuran 5G yang terus meningkat dan penjualan alat elektronik pengguna yang semakin meningkat akan mewujudkan persekitaran yang baik untuk pertumbuhan permintaan semikonduktor kuasa RF, industri automotif juga kekal di antara bidang utama modul kuasa RF.
Pada masa ini, industri automotif sedang mengalami revolusi elektrik dan digital yang dinamik. Jumlah kenderaan yang melambung dikenakan elektrik, autonomi, dan siap untuk disambungkan. Semuanya berpunca dari meningkatnya kepentingan kecekapan tenaga dan akan mempercepat transformasi industri automotif dengan berlipat kali ganda. Namun, aspek penting yang akan tetap penting untuk mewujudkan transformasi ini, adalah semikonduktor kuasa RF, kerana ia telah memainkan peranan penting dalam mengaktifkan EV dan hibrid EV (HEV).
Berpartisipasi dalam pergeseran industri "zero emission", pembuat kenderaan terkemuka di dunia telah melakukan upaya luar biasa dalam meningkatkan proyek elektrifikasi kenderaan mereka. Unjuran berdasarkan penyelidikan menunjukkan bahawa sebilangan besar OEM secara jelas mengintai sasaran untuk EV dan HEV, yang akan dicapai pada tahun 2025. Senario ini jelas mendorong peluang yang signifikan untuk semikonduktor kuasa RF yang sangat berkesan yang akan berfungsi dengan berkesan pada suhu tinggi. Oleh itu, pengeluar modul daya RF sentiasa memfokuskan strategi mereka pada pengembangan produk berdasarkan teknologi SiC (silikon karbida), GaN (gallium nitride), dan WBG (celah lebar jalur).
GaN Muncul sebagai Pilihan Bahan untuk Semikonduktor Tenaga RF
Walaupun terdapat sejumlah upaya R&D yang berlaku di dunia semikonduktor WBG, varian SiC tetap menjadi pilihan tradisional untuk EV dan HEV, sejak akhir-akhir ini. Namun, di sisi lain, SiC sudah sampai pada tahap kematangan di pasaran dan sedang dicabar oleh teknologi pesaing lain yang mendapat keuntungan di atasnya - terutama dalam hal elektronik kuasa dan aplikasi menuntut lain dalam kenderaan elektrik elektrik dan hibrid.
Walaupun EV dan HEV biasanya menggunakan semikonduktor daya RF berdasarkan SiC untuk mengatur penukar DC / DC di powertrain, waktu peralihan cenderung untuk membatasi frekuensi beralih antara 10 kHz dan 100 kHz. Pada masa ini, hampir setiap pembuat kenderaan di seluruh dunia berusaha secara inovatif di sekitar reka bentuk GaN semikonduktor kuasa RF.
Pengenalan semikonduktor GaN menepati janji untuk berpotensi mengatasi cabaran lama ini dengan membolehkan masa beralih dalam julat nanosecond dan operasi pada suhu setinggi 200 ° C. Fungsi semikonduktor GaN yang lebih cepat menghasilkan frekuensi pensuisan tinggi dan dengan itu, kehilangan suis rendah. Lebih-lebih lagi, kelantangan elektronik kuasa yang lebih rendah diterjemahkan menjadi penurunan berat keseluruhan, yang kemudiannya menyokong ekonomi yang ringan dan lebih cekap.
Beberapa kajian menyokong potensi de facto semikonduktor berasaskan GaN untuk penukaran kuasa tinggi pada kelajuan tinggi. Melangkah ke era baru elektronik kuasa yang paling baik melengkapkan objektif EV dan HEV, atribut utama bahan semikonduktor GaN, seperti kelajuan pensuisan yang unggul, suhu operasi yang tinggi, kehilangan peralihan dan kekonduksian yang lebih rendah, pembungkusan bersaiz padat, dan kos berpotensi daya saing, akan terus menempatkan semikonduktor RF berasaskan GaN daripada semua rakan sejawat yang lain.
Potensi Cabaran Menghadkan Luas Semikonduktor Kuasa RF di EV & HEV
Walaupun terdapat semua inovasi dan hasil positif memasuki pasar, beberapa cabaran tetap ada sebagai penghalang kefungsian semikonduktor kuasa RF pada kenderaan elektrik. Bagaimanapun, menggerakkan komponen berkuasa tinggi dalam nanodetik adalah tugas yang rumit dan menghadapi pelbagai kesukaran yang masih belum dapat diselesaikan. Salah satu cabaran yang paling ketara ialah peningkatan penilaian voltan. Meningkatkan operasi yang cekap pada suhu yang lebih tinggi tanpa mengubah reka bentuk konvensional adalah satu lagi cabaran penting yang terus menarik minat R&D di ruang semikonduktor RF.
Kenyataan itu berulang kali menunjukkan bahawa aplikasi modul elektronik berkuasa dalam EV dan HEV sangat menuntut dan prestasinya tidak hanya bergantung pada inovasi berdasarkan voltan dan prestasi. Tekanan berterusan dari segi penambahbaikan teknologi struktur dan reka bentuk memastikan ketahanan, kebolehpercayaan, dan ketahanan haba peranti RF di dalam kenderaan elektrik hibrid dan tulen / bateri.
Cabaran pembungkusan menarik perhatian
Walaupun penyimpangan bahagian elektronik di sekitarnya menjadi faktor lain yang mencabar kesesuaian peranti semikonduktor RF dalam reka bentuk EV, pembungkusan semikonduktor EMC (epoxy moulding compound) telah muncul sebagai bidang penyelidikan yang sangat menguntungkan, kerana ia membolehkan operasi tanpa mengganggu komponen elektronik yang berdekatan.
Lebih-lebih lagi, walaupun modul daya RF yang terlalu banyak sudah dianggap sebagai arus utama dalam waktu dekat, reka bentuk masih mempunyai ruang untuk peningkatan dari segi pengurusan termal. Syarikat-syarikat terkemuka di lanskap semikonduktor RF menekankan untuk memperluas usaha mereka berkaitan dengan pembungkusan untuk mencapai kebolehpercayaan yang lebih baik untuk penggunaan dalam kenderaan elektrik.
Masa depan yang lebih baik untuk WBG - Adakah ada?
Dengan latar belakang kematangan SiC dan keunggulan terbukti GaN, pasaran bagaimanapun gagal menyelesaikan masalah kebolehpercayaan yang berkaitan dengan WBG, yang akhirnya membatasi penembusan pasaran semikonduktor FR jenis WBG dalam jangka panjang. Satu-satunya cara untuk mencapai kejuruteraan semikonduktor jenis WBG yang lebih mantap terletak pada pemahaman yang lebih mendalam mengenai mekanisme kegagalan mereka dalam keadaan operasi yang teruk. Para pakar juga berpendapat bahawa WBG mungkin mencapai kematangan di pasar tanpa adanya sokongan strategi konkrit yang akan membangun kembali kebolehpercayaan mereka untuk penggunaan lebih lanjut.
Apa yang dirasakan oleh Behemoth Industri?
Wolfspeed, syarikat Cree Inc. yang berpusat di AS yang mengkhususkan diri dalam produk kuasa SiC dan GaN RF premium, baru-baru ini melancarkan produk baru yang membawa lebih daripada 75% pengurangan kehilangan penyongsang dari drivetrain EV. Dengan kecekapan yang lebih baik, jurutera cenderung menemui parameter baru untuk berinovasi dari segi penggunaan bateri, julat, reka bentuk, pengurusan terma, dan pembungkusan.
Litar voltan tinggi penyongsang dalam kenderaan elektrik elektrik dan hibrid menghasilkan banyak haba dan masalah ini perlu diatasi dengan mekanisme penyejukan yang cekap. Penyelidikan telah mengesyorkan berkali-kali bahawa pengurangan saiz dan berat penyongsang adalah kunci untuk mencapai peningkatan penyejukan komponen automotif pada EV dan HEV.
Pada garis serupa, sebilangan besar pemimpin dalam industri (misalnya , Hitachi, Ltd.) tetap fokus pada jisim dan ukuran penyongsang dengan bantuan teknologi penyejukan berganda yang menggunakan sama ada cecair atau udara untuk secara langsung menyejukkan tinggi yang diinginkan. modul kuasa RF voltan. Mekanisme semacam itu juga memungkinkan untuk menambah kekompakan dan fleksibiliti keseluruhan reka bentuk dan dengan demikian, usaha mengurangkan kerugian penjanaan kuasa.
Memandangkan pentingnya reka bentuk kompak untuk meningkatkan daya semikonduktor kuasa RF pada kenderaan elektrik, penyongsang SiC ultra-kompak Mitsubishi muncul sebagai penentu jejak. Mitsubishi Electric Corporation secara khusus telah mengembangkan produk kuasa RF ultra padat ini untuk EV hibrid dan mendakwa ia sebagai peranti SiC terkecil di dunia seumpamanya. Jumlah pembungkusan yang dikurangkan pada peranti ini menggunakan ruang yang jauh lebih sedikit di bahagian dalam kenderaan dan dengan itu menyokong kecekapan bahan bakar dan tenaga yang lebih tinggi. Pengkomersialan peranti ini dijangka dalam beberapa tahun ke depan. Sebahagiannya disokong oleh Pertubuhan Pembangunan Teknologi Tenaga dan Industri Baru (NEDO, Jepun), syarikat itu juga akan memulakan dengan pengeluaran besar-besaran penyongsang SiC ultra-kompak, tidak lama lagi.
Tahun lalu, unit kawalan terprogram bidang revolusioner pertama industri (FPCU) dilancarkan sebagai seni bina semikonduktor baru yang berpotensi bertanggungjawab untuk meningkatkan jangkauan dan prestasi kenderaan elektrik elektrik dan hibrid. Peranti semikonduktor RF ini direkayasa oleh Silicon Mobility, yang berpusat di Perancis, dengan objektif untuk membolehkan teknologi EV dan HEV yang ada mencapai potensi maksimum mereka. Rakan perkilangan Silicon Mobility dalam pengembangan FPCU adalah pengeluar semikonduktor yang berpusat di AS - GlobalFoundries.
Permintaan Semikonduktor Tenaga RF untuk Melonjak di Wilayah Asia Pasifik
Oleh kerana dunia dengan cepat beralih ke sumber tenaga rendah karbon untuk mencapai pengangkutan yang cekap tenaga, tekanan untuk meminimumkan jejak karbon pada kenderaan cekap tenaga di sebuah bangunan. Walaupun pengeluaran besar-besaran telah dimulakan sekitar satu dekad yang lalu, pasaran EV sudah melebihi pasaran untuk kenderaan konvensional yang menggunakan ICE (enjin pembakaran dalaman). Kadar pengembangan yang pertama dilaporkan hampir 10X daripada yang terakhir dan menjelang akhir 2040, lebih dari 1/3 rd jumlah penjualan kenderaan baru akan diambil kira oleh EV.
Data terbaru Persatuan Pengilang Automobil China menunjukkan bahawa lebih daripada setengah juta EV dijual di China sahaja, pada tahun 2016, yang sebahagian besarnya meliputi kenderaan dan bas komersial. Walaupun China akan kekal sebagai pasar terbesar EV dalam jangka panjang, kadar pengeluaran EV berada pada tahap tinggi yang berterusan di seluruh wilayah Asia Pasifik.
Sebagai tambahan kepada industri elektronik pengguna yang berkembang pesat, rantau ini telah menyaksikan pertumbuhan pasaran EV yang cukup besar, baru-baru ini, sehingga menciptakan peluang kuat untuk penembusan semikonduktor kuasa RF, lebih baik berdasarkan GaN.
Penilaian global pasaran semikonduktor kuasa RF kira-kira AS $ 12 bilion (pada akhir 2018). Dengan peluang terobosan yang timbul dari bermulanya teknologi 5G, penggunaan infrastruktur rangkaian tanpa wayar yang luas dan teknologi IIoT (Internet of Things), prospek yang baik dari landskap elektronik pengguna, dan penjualan kenderaan elektrik (EV) yang semakin meningkat, pendapatan pasaran semikonduktor RF cenderung berkembang pada kadar pertumbuhan tahunan kompaun 12% yang mengagumkan hingga tahun 2027.
Aditi Yadwadkar adalah seorang penulis kajian pasaran yang berpengalaman dan telah banyak menulis mengenai industri Elektronik dan Semikonduktor. Di Future Market Insights (FMI), dia bekerja sama dengan pasukan penyelidikan Elektronik dan Semikonduktor untuk melayani keperluan pelanggan dari seluruh dunia. Wawasan ini berdasarkan kajian terbaru di RF Power Semiconductor Market oleh FMI.