- GaN kehittyvä valinta materiaaliksi RF-tehopuolijohteille
- Mahdolliset haasteet, jotka rajoittavat radiotaajuisen tehopuolijohdon laajuutta EV: ssä ja HEV: ssä
- Pakkaushaasteet kiinnittävät huomiota
- Parempi tulevaisuus WBG: lle - onko niitä?
- Mitä alan Behemothit tekevät
- RF-voiman puolijohteiden kysyntä kasvaa Aasian ja Tyynenmeren alueella
Vaikka jatkuvasti kasvava määrä 5G-käyttöönottoja ja kiipeilyä kuluttavien elektroniikkalaitteiden myynnissä luo pääsääntöisesti suotuisan ympäristön radiotaajuisten tehopuolijohteiden kysynnän kasvulle, myös autoteollisuus on edelleen radiotaajuusmoduulien keskeisten kuluttaja-alueiden joukossa.
Tällä hetkellä autoteollisuudessa käydään dynaamista sähköistä ja digitaalista vallankumousta. Räjähtävä määrä ajoneuvoja on sähköistetty, autonominen ja valmiina liitettävyyteen. Se kaikki johtuu energiatehokkuuden kasvavasta merkityksestä ja nopeuttaa autoteollisuuden muutosta moninkertaisesti. Tärkeä näkökohta, joka pysyy ratkaisevana tämän muutoksen aikaansaamiseksi, on RF-tehopuolijohde, koska sillä on ollut keskeinen rooli sähköautojen ja hybridisähköautojen (HEV) mahdollistamisessa.
Osallistuessaan alan nollapäästövaihdokseen maailman johtavat autovalmistajat ovat tehneet huomattavia ponnisteluja ajoneuvojen sähköistysprojektiensa parantamiseksi. Tutkimuslähtöiset ennusteet osoittavat, että suurin osa alkuperäisistä laitevalmistajista tarkkailee näkyvästi EV: n ja HEV: n tavoitteita , jotka on saavutettava vuonna 2025. Tämä skenaario kehottaa selvästi tarjoamaan merkittäviä mahdollisuuksia erittäin tehokkaille RF-puolijohteille, jotka toimisivat tehokkaasti korkeissa lämpötiloissa. RF-tehomoduulien valmistajat keskittävät siis jatkuvasti strategiansa piikarbidi-, GaN- (galliumnitridi) ja WBG (laajakaista-aukko) -tekniikoihin perustuvien tuotteiden kehittämiseen.
GaN kehittyvä valinta materiaaliksi RF-tehopuolijohteille
Huolimatta WBG-puolijohde-alueella vallitsevasta monesta tutkimus- ja kehitystyöstä, piikarbidimuunnos on pysynyt perinteisenä valintana EV- ja HEV-laitteille viime aikoina. Toisaalta piikarbidi on jo saavuttanut markkinoiden kypsyysvaiheen ja sitä haastavat muut kilpailijateknologiat, jotka ovat saavuttaneet sen etenemistä - erityisesti voimanelektroniikan ja muiden vaativien sovellusten suhteen sähkö- ja hybridisähköajoneuvoissa.
Vaikka EV: t ja HEV: t käyttävät tyypillisesti SiC-pohjaisia RF-tehopuolijohteita DC / DC-muuntimien säätämiseen voimansiirrossa, siirtymäaika pyrkii rajoittamaan niiden kytkentätaajuuksia välillä 10 kHz - 100 kHz. Tällä hetkellä melkein jokainen autovalmistaja ympäri maailmaa pyrkii innovatiivisesti radiotaajuisten tehopuolijohteiden GaN-mallien ympärille.
GaN-puolijohteen käyttöönotto lupasi voittaa tämän pitkäaikaisen haasteen mahdollistamalla kytkentäajan nanosekunnin alueella ja toiminnan jopa 200 ° C: n lämpötiloissa. GaN-puolijohteiden nopeampi toiminnallisuus johtaa korkeaan kytkentätaajuuteen ja siten pieneen kytkentähäviöön. Lisäksi pienitehoisempi elektroninen äänenvoimakkuus johtaa pienempään kokonaispainoon, mikä tukee myöhemmin kevyttä ja tehokkaampaa taloudellisuutta.
Useat tutkimukset puolustavat GaN-pohjaisten puolijohteiden tosiasiallista potentiaalia suuritehoiseen muunnokseen suurella nopeudella. Siirtyminen uuteen tehoelektroniikan aikakauteen, joka täydentäisi parhaiten EV: n ja HEV: n tavoitetta, GaN-puolijohdemateriaalien keskeisiä ominaisuuksia, kuten ylivoimainen kytkentänopeus, korkeat käyttölämpötilat, pienemmät kytkentä- ja johtavuushäviöt, pienikokoiset pakkaukset ja mahdolliset kustannukset kilpailukykyä, jatkaa GaN-pohjaisten radiotaajuuspuolijohteiden sijoittamista kaikkien muiden
Mahdolliset haasteet, jotka rajoittavat radiotaajuisen tehopuolijohdon laajuutta EV: ssä ja HEV: ssä
Kaikista markkinoille tulleista innovaatioista ja myönteisistä tuloksista huolimatta muutamat haasteet ovat edelleen esteitä radiotaajuisen sähkökäyttöisen puolijohteen toiminnallisuudelle sähköajoneuvoissa. Loppujen lopuksi suuritehoisen komponentin ajaminen nanosekunnissa on monimutkainen työ ja siihen liittyy useita vaikeuksia, jotka ovat vielä ratkaisematta. Yksi merkittävimmistä haasteista on jänniteluokitusten parantaminen. Tehokkaan toimintakyvyn parantaminen korkeammissa lämpötiloissa muuttamatta perinteisiä malleja on toinen tärkeä haaste, joka edelleen kiinnittää T & K-kiinnostusta radiotaajuuspuolijohdetilaan.
Tosiasia korostaa toistuvasti, että tehoelektroniikkamoduulien sovellukset sähköautoissa ja sähkökäyttöisissä moottoreissa ovat erittäin vaativia ja niiden suorituskyky ei riipu pelkästään jännite- ja suorituskykyyn perustuvista innovaatioista. Rakenne- ja suunnitteluteknologian parannusten jatkuva työntyminen varmistaa RF-laitteiden kestävyyden, luotettavuuden ja lämmönkestävyyden hybridiautoissa ja puhdasakkuisissa sähköajoneuvoissa.
Pakkaushaasteet kiinnittävät huomiota
Vaikka ympäröivien elektronisten osien vääristyminen on ollut toinen tekijä, joka haastaa RF-puolijohdelaitteiden soveltuvuuden EV-malleihin, EMC-puolijohdepakkauksista on tullut erittäin tuottoisa tutkimusalue, koska se sallii toiminnan häiritsemättä naapurissa olevia elektronisia komponentteja.
Lisäksi vaikka valettu RF-tehomoduulit katsotaan jo lähitulevaisuuden valtavirraksi, malleissa on vielä parantamisen varaa lämmönhallinnan suhteen. Johtavat radiotaajuuspuolijohdemaailman yritykset korostavat pakkaamiseen liittyvien ponnistelujensa laajentamista sähköautojen käytön luotettavuuden parantamiseksi.
Parempi tulevaisuus WBG: lle - onko niitä?
Piikarbidin kypsyyden ja todistetun GaN: n paremmuuden taustalla markkinat eivät kuitenkaan pysty ratkaisemaan WBG: hen liittyviä luotettavuusongelmia, mikä lopulta rajoittaa WBG-tyyppisten FR-puolijohteiden markkinaosuutta pitkällä aikavälillä. Ainoa tapa saavuttaa vankempien WBG-tyyppisten puolijohteiden suunnittelu on niiden vikamekanismien syvempi ymmärtäminen ankarissa käyttöolosuhteissa. Asiantuntijat ovat myös sitä mieltä, että WBG saattaa saavuttaa kypsyyden markkinoilla ilman mitään konkreettista strategista tukea, joka palauttaisi niiden luotettavuuden jatkokäyttöä varten.
Mitä alan Behemothit tekevät
Wolfspeed, yhdysvaltalainen Cree Inc. -yritys, joka on erikoistunut korkealaatuisiin piikarbidi- ja GaN RF -teollisuustuotteisiin, lanseerasi äskettäin uuden tuotteen, joka vähentää yli 75% EV-voimansiirron invertterihäviöitä. Parantuneen tehokkuuden myötä insinöörit todennäköisesti löytävät uusia parametreja, joita voidaan innovoida akun käytön, valikoiman, suunnittelun, lämmönhallinnan ja pakkaamisen suhteen.
Sähkökäyttöisten ja hybridisähköajoneuvojen taajuusmuuttajien korkeajännitepiirit tuottavat paljon lämpöä, ja tämä ongelma on ratkaistava tehokkaalla jäähdytysmekanismilla. Tutkimuksissa on suositeltu toistuvasti, että taajuusmuuttajien koon ja painon pienentäminen on avain autokomponenttien paremman jäähdytyksen saavuttamiseen sähköautoissa ja korkealaatuisissa moottoreissa.
Samalla linjalla suurin osa alan johtajista (esimerkiksi Hitachi, Ltd.) keskittyy edelleen taajuusmuuttajan massaan ja kokoon kaksinkertaisen jäähdytysteknologian avulla, joka käyttää joko nestettä tai ilmaa halutun korkean tason jäähdyttämiseen. RF-tehomoduuli. Tällainen mekanismi antaa myös mahdollisuuden lisätä koko rakenteen kompaktuutta ja joustavuutta ja siten pyrkimyksiä vähentää sähköntuotantohäviöitä.
Odotettaessa kompaktin rakenteen merkitystä radiotaajuuden puolijohteen sovellettavuuden lisäämiseksi sähköajoneuvoissa, Mitsubishin erittäin pienikokoisen SiC-taajuusmuuttajan kaltaiset henkilöt nousevat esiin. Mitsubishi Electric Corporation on erityisesti kehittänyt tämän erittäin pienikokoisen radiotaajuustuotteen hybridisähköautoille ja väittää sen olevan maailman kaikkien aikojen pienin piikarbidilaite. Tämän laitteen pienempi pakkaustilavuus kuluttaa huomattavasti vähemmän tilaa ajoneuvon sisätiloissa ja tukee siten korkeampaa polttoainetta ja energiatehokkuutta. Laitteen kaupallistamisen odotetaan olevan parin seuraavan vuoden aikana. Osittain uuden energian ja teollisuusteknologian kehittämisjärjestön (NEDO, Japani) tukemana yhtiö aloittaa pian myös ultrakompaktin piikarbiditaajuuden massatuotannon.
Viime vuonna alan ensimmäinen vallankumouksellinen kenttäohjelmoitava ohjausyksikkö (FPCU) lanseerattiin uudena puolijohdearkkitehtuurina, joka voi olla vastuussa sähkö- ja hybridisähköajoneuvojen kantaman ja suorituskyvyn parantamisesta. Tämän radiotaajuuden puolijohdelaitteen on suunnitellut ranskalainen Silicon Mobility, jonka tarkoituksena on mahdollistaa nykyisten EV- ja HEV-tekniikoiden maksimaalisen potentiaalin saavuttaminen. Silicon Mobilityn valmistuskumppani FPCU: n kehittämisessä on yhdysvaltalainen puolijohdevalmistaja GlobalFoundries.
RF-voiman puolijohteiden kysyntä kasvaa Aasian ja Tyynenmeren alueella
Koska maailma on siirtymässä nopeasti vähähiilisiin energialähteisiin energiatehokkaan kuljetuksen saavuttamiseksi, paine vähentää hiilijalanjälkeä rakennusten energiatehokkaissa ajoneuvoissa. Vaikka massatuotanto on aloitettu vasta noin vuosikymmen sitten, sähköautojen markkinat ovat jo edenneet perinteisten ajoneuvojen, jotka käyttävät ICE: tä (polttomoottori), markkinoita. Kasvuvauhti entisen on tiettävästi lähes 10X että myöhempiä ja loppupuolella 2040, yli kolmasosa rd koko Uusien autojen myynnin tulee selittivät EV.
Kiinan autoteollisuuden valmistajien liiton tuoreimmat tiedot viittaavat siihen, että pelkästään Kiinassa myytiin yli puoli miljoonaa sähköautoa vuonna 2016, johon sisältyi pääosin hyötyajoneuvoja ja linja-autoja. Vaikka Kiina pysyy pitkällä aikavälillä suurimpana sähköautojen markkinana, sähköautojen tuotanto on ollut jatkuvasti korkea koko Aasian ja Tyynenmeren alueella.
Merkittävän kukoistavan kulutuselektroniikkateollisuuden lisäksi alueella on viime aikoina havaittu merkittävästi sähköautomarkkinoiden kasvua, mikä on luonut vahvan mahdollisuuden RF-tehopuolijohteiden tunkeutumiseen, mieluiten GaN: n perusteella.
RF-puolijohdemarkkinoiden maailmanlaajuinen arvio on noin 12 miljardia dollaria (vuoden 2018 lopussa). 5G-tekniikan alkamisesta, langattoman verkkoinfrastruktuurin ja IIoT (Industrial Internet of Things) -teknologian laajamittaisesta käyttöönotosta johtuvien läpimurtomahdollisuuksien, kulutuselektroniikan maiseman vauraan näkymän ja sähköajoneuvojen (EV) myynnin kasvun myötä RF-puolijohdemarkkinoiden tuotot kasvavat todennäköisesti vaikuttavalla 12 prosentin vuotuisella kasvuvauhdilla vuoteen 2027 mennessä.
Aditi Yadwadkar on kokenut markkinatutkija ja kirjoittanut laajasti elektroniikka- ja puolijohdeteollisuudesta. Future Market Insights (FMI) -tutkimuksessa hän tekee tiivistä yhteistyötä elektroniikan ja puolijohteiden tutkimusryhmän kanssa palvellakseen asiakkaiden tarpeita ympäri maailmaa. Nämä oivallukset perustuvat FMI : n äskettäiseen tutkimukseen RF Power Semiconductor Marketista .