- GaN, що виникає як вибір матеріалу для радіочастотних напівпровідників
- Потенційні виклики, що обмежують простор радіочастотного напівпровідника в електромобілях та електромобілях
- Проблеми з упаковкою привертають увагу
- Краще майбутнє для WBG - Чи є таке?
- Що задумали Бегемоти галузі
- Попит на радіочастотні напівпровідники зростає в Азіатсько-Тихоокеанському регіоні
Хоча постійно зростаюча кількість розгортань 5G та зростання продажів споживчих електронних пристроїв переважно створить сприятливе середовище для зростання попиту на радіочастотні напівпровідники, автомобільна промисловість також залишається однією з ключових областей споживачів радіочастотних модулів.
В даний час автомобільна промисловість переживає динамічну електричну та цифрову революцію. Велика кількість автомобілів підлягає електрифікації, автономності та готовності до підключення. Все це зводиться до зростаючого значення енергоефективності та багаторазово прискорить трансформацію автомобільної промисловості. Тим НЕ менше, важливий аспект, який буде залишатися важливим, щоб домогтися цього перетворення, є силовий напівпровідниковий РФ, так як вона грає ключову роль в забезпеченні електромобілів і гібридних електромобілів (ВЗУ).
Беручи участь у зміні галузі «нульових викидів», провідні світові виробники автомобілів докладають неабияких зусиль для нарощування своїх проектів електрифікації автомобілів. Прогнози, орієнтовані на дослідження, вказують на те, що більшість виробників обладнання на видному етапі розглядають цілі для електромобілів та електростанцій, які мають бути досягнуті в 2025 році. Цей сценарій чітко підказує значні можливості для високоефективних радіочастотних напівпровідників, які могли б ефективно функціонувати при підвищених температурах. Таким чином, виробники радіочастотних силових модулів постійно зосереджують свої стратегії на розробці продуктів на основі технологій SiC (карбід кремнію), GaN (нітрид галію) та WBG (широкий діапазон).
GaN, що виникає як вибір матеріалу для радіочастотних напівпровідників
Незважаючи на низку науково-дослідних зусиль, що переважають у напівпровідниковій сфері WBG, варіант SiC залишався традиційним вибором для електромобілів та HEV протягом недавнього минулого. Однак, з іншого боку, SiC вже вийшов на ринок на стадії зрілості, і йому кидають виклик інші конкурентні технології, які набувають над ним позиції - особливо у випадку силової електроніки та інших складних застосувань в електричних та гібридних електромобілях.
У той час як електромагнітні та високочастотні електростанції зазвичай використовують РЧ-напівпровідники на основі SiC для регулювання перетворювачів постійного струму / постійного струму в силовій передачі, час переходу, як правило, обмежує їх частоти перемикання між 10 кГц і 100 кГц. В даний час майже кожен виробник автомобілів у всьому світі докладає зусиль до інноваційних конструкцій радіочастотних напівпровідників GaN.
Впровадження напівпровідника GaN обіцяло потенційно подолати цю давню проблему, забезпечивши час перемикання в наносекундному діапазоні та працюючи при температурах до 200 ° C. Швидша функціональність напівпровідника GaN призводить до високої частоти комутації і, отже, до низьких втрат на комутацію. Більше того, менша потужність електронного обсягу перетворюється на зменшену загальну вагу, що згодом підтримує легку та більш економічну економію.
Кілька досліджень висловлюються про фактичний потенціал напівпровідника на основі GaN для перетворення великої потужності на високій швидкості. Перехід до нової ери силової електроніки, яка найкраще доповнить мету електромобілів та електростанцій, таких ключових атрибутів напівпровідникових матеріалів GaN, як чудова швидкість перемикання, високі робочі температури, менші втрати на комутацію та провідність, упаковка компактних розмірів та потенційна вартість конкурентоспроможність, і надалі буде розміщувати ВЧ-напівпровідники на основі GaN над усіма іншими аналогами.
Потенційні виклики, що обмежують простор радіочастотного напівпровідника в електромобілях та електромобілях
Незважаючи на всі нововведення та позитивні результати, що виходять на ринки, все ще залишається декілька проблем, які перешкоджають функціонуванню ВЧ-напівпровідників в електромобілях. Врешті-решт, керування потужним компонентом протягом наносекунд - це складна справа, яка має безліч труднощів, які ще не вирішені. Однією з найвизначніших проблем є покращення номінальної напруги. Підвищення ефективної працездатності при більш високих температурах без зміни звичайних конструкцій є ще однією важливою проблемою, яка продовжує охоплювати інтереси досліджень та розробок у напівпровідниковому просторі ВЧ.
Факт неодноразово підкреслює, що застосування силових електронних модулів в електромобілях та електромобілях є надзвичайно вимогливим, і їх ефективність залежить не лише від інновацій, заснованих на напрузі та характеристиках. Постійний поштовх з точки зору вдосконалення структурних та конструкторських технологій забезпечує витривалість, надійність та термостійкість ВЧ-пристроїв у гібридних та чисто / акумуляторних електромобілях.
Проблеми з упаковкою привертають увагу
Хоча спотворення оточуючих електронних деталей було ще одним фактором, що кидає виклик придатності ВЧ напівпровідникових приладів у конструкціях EV, напівпровідникова упаковка EMC (епоксидна формувальна суміш) виникла як дуже прибутковий напрямок досліджень, оскільки дозволяє працювати, не порушуючи сусідні електронні компоненти.
Більше того, хоча злиті радіочастотні модулі живлення вже сприймаються як основний напрямок найближчого майбутнього, конструкції все ще мають можливості для вдосконалення з точки зору управління тепловою енергією. Таким чином, провідні компанії в галузі напівпровідників із ВЧ наголошують на розширенні своїх зусиль, пов'язаних з упаковкою, для досягнення поліпшеної надійності використання в електромобілях.
Краще майбутнє для WBG - Чи є таке?
На тлі зрілості SiC та перевіреної переваги GaN ринок, однак, не може вирішити проблеми надійності, пов'язані з WBG, що врешті-решт обмежує проникнення на ринок напівпровідників типу WBG FR. Єдиний спосіб досягнення більш надійних напівпровідників типу WBG полягає у глибшому розумінні механізмів їх відмов у важких експлуатаційних умовах. Експерти також вважають, що WBG може досягти зрілості на ринку без будь-якої конкретної стратегічної підтримки, яка відновить їх надійність для подальшого використання.
Що задумали Бегемоти галузі
Wolfspeed, американська компанія Cree Inc., що спеціалізується на високоякісних радіосистемах SiC та GaN, нещодавно випустила новий продукт, що забезпечує більш ніж на 75% зменшення втрат інвертора в електроприводі. Завдяки такій підвищеній ефективності, інженери, швидше за все, відкриють нові параметри для впровадження інновацій з точки зору використання батареї, діапазону, дизайну, управління тепловою енергією та упаковки.
Високовольтні схеми інверторів в електричних та гібридних електромобілях виробляють багато тепла, і цю проблему потрібно вирішувати за допомогою ефективного механізму охолодження. Дослідження раз за разом рекомендували, що зменшення розміру та ваги інверторів є ключем до досягнення поліпшеного охолодження автомобільних компонентів в електромобілях та електромобілях.
Подібним чином більшість лідерів галузі (наприклад, Hitachi, Ltd.) залишаються зосередженими на масі та розмірі інвертора за допомогою технології подвійного охолодження, яка використовує рідину або повітря для безпосереднього охолодження бажаних напруга RF модуля живлення. Такий механізм також дозволяє додати компактності та гнучкості загальної конструкції, а отже, зусиллям щодо зменшення втрат на виробництво електроенергії.
З нетерпінням чекаючи важливості компактної конструкції для підвищення придатності ВЧ-силового напівпровідника в електромобілях, подібні ультракомпактному інвертору SiC від Mitsubishi виступають у ролі провідника. Компанія Mitsubishi Electric Corporation особливо розробила цей надкомпактний РЧ-продукт для гібридних електромобілів і стверджує, що це найменший у світі пристрій SiC у своєму роді. Зменшений об’єм упаковки цього пристрою споживає значно менше місця в салоні автомобіля, що сприяє підвищенню паливної та енергетичної ефективності. Комерціалізація пристрою передбачається у найближчі пару років. Частково за підтримки Нової організації з розвитку енергетики та промислових технологій (NEDO, Японія), компанія також незабаром розпочне масове виробництво ультракомпактного інвертора SiC.
Минулого року перший в галузі революційний програмований блок управління в галузі (FPCU) був випущений як нова напівпровідникова архітектура, яка може бути потенційно відповідальною за збільшення діапазону та продуктивності електричних та гібридних електромобілів. Цей радіочастотний напівпровідниковий пристрій розроблений компанією Silicon Mobility, що базується у Франції, з метою дозволити існуючим EV та HEV технологіям досягти свого максимального потенціалу. Виробничим партнером Silicon Mobility у розробці FPCU є американський виробник напівпровідників - GlobalFoundries.
Попит на радіочастотні напівпровідники зростає в Азіатсько-Тихоокеанському регіоні
Оскільки світ швидко переходить на низьковуглецеві джерела енергії для досягнення енергоефективних перевезень, тиск мінімізації вуглецевого сліду на енергоефективні транспортні засоби в будівлі. Навіть якщо масове виробництво було розпочато лише близько десяти років тому, ринок електромобілів вже випереджає ринок звичайних автомобілів, що працюють на ДВЗ (двигун внутрішнього згоряння). Швидкість розширення колишнього, як повідомляється, майже в 10 разів, що в пізніше і до кінця 2040 року, більше 1/3 е від загальних обсяг продажів нових транспортних засобів будуть враховуватися по електромобілям.
За останніми даними Китайської асоціації автовиробників випливає, що лише в Китаї у 2016 році було продано понад півмільйона електромобілів, до яких в основному належали комерційні транспортні засоби та автобуси. Поки Китай залишатиметься найбільшим ринком для електромобілів в довгостроковій перспективі, темпи виробництва електромобілів постійно високі у всьому Азіатсько-Тихоокеанському регіоні.
На додаток до суттєво процвітаючої побутової електроніки, останнім часом у регіоні спостерігається значне зростання ринку електромобілів, що створює потужну можливість для проникнення радіочастотних силових напівпровідників, бажано на основі GaN.
Глобальна оцінка ринку радіочастотних напівпровідників становить приблизно 12 мільярдів доларів США (станом на кінець 2018 року). Завдяки проривним можливостям, що виникають з моменту появи технології 5G, широкого впровадження інфраструктури бездротової мережі та технології IIoT (Промисловий Інтернет речей), процвітання світової сфери споживчої електроніки та зростаючих продажів електромобілів (EV), доходи від ринку енергетичних напівпровідників швидше за все, збільшиться із вражаючими 12% -ними річними темпами зростання до 2027 року.
Адіті Ядвадкар є досвідченим автором досліджень ринку і багато писала про промисловість електроніки та напівпровідників. У Future Market Insights (FMI) вона тісно співпрацює з дослідницькою групою з електроніки та напівпровідників для обслуговування потреб клієнтів з усього світу. Ця інформація базується на недавньому дослідженні FMI на ринку енергетичних напівпровідників .