Ev devriminde rf güç yarı iletkeninin temel rolü

Sürekli artan sayıdaki 5G kullanıma sunma ve artan tüketici elektroniği cihazları satışları, ağırlıklı olarak RF güç yarı iletkeni talebinin büyümesi için uygun bir ortam yaratacak olsa da, otomotiv endüstrisi de RF güç modüllerinin ana tüketici alanları arasında kalmaya devam ediyor.

Şu anda otomotiv endüstrisi dinamik bir elektrik ve dijital devrim geçiriyor. Artan sayıda araç elektrifikasyona, otonomiye ve bağlantıya hazır duruma tabidir. Bunların hepsi enerji verimliliğinin artan önemine dayanıyor ve otomotiv endüstrisinin dönüşümünü manifold ile hızlandıracak. Bununla birlikte, bu dönüşümü gerçekleştirmek için çok önemli olmaya devam edecek önemli bir husus, EV'lerin ve hibrit EV'lerin (HEV'lerin) etkinleştirilmesinde çok önemli bir rol oynadığı için RF güç yarı iletkenidir.

Sektörün "sıfır emisyon" değişimine katılan dünyanın önde gelen otomobil üreticileri, araç elektrifikasyon projelerini hızlandırmak için kayda değer çaba sarf ediyorlar. Araştırma odaklı tahminler, OEM'lerin çoğunluğunun, 2025'te ulaşılacak olan EV'ler ve HEV'ler için hedeflere dikkat çektiğini gösteriyor. Bu senaryo, yüksek sıcaklıklarda etkili bir şekilde çalışacak yüksek verimli RF güç yarı iletkenleri için önemli fırsatları açıkça ortaya koyuyor. RF güç modüllerinin üreticileri bu nedenle stratejilerini sürekli olarak SiC (silikon karbür), GaN (galyum nitrür) ve WBG (geniş bant aralığı) teknolojilerine dayalı ürünlerin geliştirilmesine odaklamaktadır.

GaN, RF Güç Yarı İletkenleri için Malzeme Seçimi Olarak Ortaya Çıkıyor

WBG yarı iletken alanında hüküm süren bir dizi Ar-Ge çabasına rağmen, SiC varyantı, yakın geçmişte EV'ler ve HEV'ler için geleneksel seçim olmaya devam etti. Bununla birlikte, diğer yandan SiC, pazardaki olgunluk aşamasına çoktan ulaştı ve özellikle güç elektroniği ve elektrikli ve hibrit elektrikli araçlardaki diğer zorlu uygulamalar durumunda, diğer rakip teknolojiler tarafından zorlanıyor.

EV'ler ve HEV'ler, güç aktarım sistemindeki DC / DC dönüştürücülerin düzenlenmesi için tipik olarak SiC tabanlı RF güç yarı iletkenlerini kullanırken, geçiş süresi, anahtarlama frekanslarını 10 kHz ile 100 kHz arasında sınırlama eğilimindedir. Şu anda, dünyadaki hemen hemen her otomobil üreticisi, RF güç yarı iletkenlerinin GaN tasarımları etrafında yenilikçi çaba sarf ediyor.

GaN yarı iletkeninin piyasaya sürülmesi, nanosaniye aralığında anahtarlama süresi ve 200 ° C'ye kadar yüksek sıcaklıklarda çalışmayı mümkün kılarak bu uzun süredir devam eden zorluğun üstesinden gelme vaadini yerine getirdi. GaN yarı iletkeninin daha hızlı işlevselliği, yüksek anahtarlama frekansı ve dolayısıyla düşük anahtarlama kaybı ile sonuçlanır. Dahası, daha düşük güç elektroniği hacmi, daha sonra hafif ve daha verimli ekonomiyi destekleyen, azaltılmış toplam ağırlığa dönüşür.

Birkaç çalışma, GaN bazlı yarı iletkenin yüksek hızda yüksek güç dönüşümü için fiili potansiyelini savunmaktadır. EV'lerin ve HEV'lerin hedefini en iyi şekilde tamamlayacak yeni bir güç elektroniği çağına geçiyoruz; üstün anahtarlama hızı, yüksek çalışma sıcaklıkları, daha düşük anahtarlama ve iletkenlik kayıpları, kompakt boyutlu paketleme ve potansiyel maliyet gibi GaN yarı iletken malzemelerin temel özellikleri rekabet gücü, GaN tabanlı RF yarı iletkenlerini diğer tüm muadiller üzerine yerleştirmeye devam edecektir.

EV'lerde ve HEV'lerde RF Güç Yarı İletkeninin Genişliğini Sınırlayan Potansiyel Zorluklar

Piyasalara giren tüm yeniliklere ve olumlu sonuçlara rağmen, RF güç yarı iletkeninin elektrikli araçlarda işlevselliğinin önündeki engeller olarak hala birkaç zorluk var. Sonuçta, yüksek güçlü bir bileşeni nanosaniye içinde sürmek karmaşık bir iştir ve henüz çözülmemiş birçok zorlukla birlikte gelir. En önemli zorluklardan biri voltaj değerlerinin iyileştirilmesidir. Geleneksel tasarımları değiştirmeden daha yüksek sıcaklıklarda verimli çalışabilirliği artırmak, RF yarı iletken alanındaki Ar-Ge çıkarlarını yakalamayı sürdüren bir başka önemli zorluktur.

Bu gerçek, EV'lerdeki ve HEV'lerdeki güç elektroniği modüllerinin uygulamalarının oldukça zorlu olduğunu ve performanslarının yalnızca voltaj ve performans temelli yeniliklere bağlı olmadığını defalarca vurgulamaktadır. Yapısal ve tasarım teknolojisi iyileştirmeleri açısından sürekli bir itme, hibrit ve saf / batarya elektrikli araçlarda RF cihazlarının dayanıklılığını, güvenilirliğini ve termal direncini garanti eder.

Ambalaj zorlukları dikkat çekiyor

Çevreleyen elektronik parçaların bozulması, EV tasarımlarında RF yarı iletken cihazların uygunluğunu zorlayan bir başka faktör olsa da, EMC (epoksi kalıplama bileşiği) yarı iletken ambalajı, komşu elektronik bileşenleri rahatsız etmeden çalışmaya izin verdiği için oldukça kazançlı bir araştırma alanı olarak ortaya çıktı.

Dahası, aşırı kalıplanmış RF güç modülleri halihazırda yakın geleceğin ana akımları olarak algılansa da, tasarımların termal yönetim açısından hala iyileştirilmesi gereken bir kapsamı var. RF yarı iletken ortamındaki önde gelen şirketler, elektrikli araçlarda kullanım için gelişmiş güvenilirlik elde etmek için paketleme ile ilgili çabalarını genişletmeye vurgu yapıyor.

WBG için daha iyi bir gelecek - Var mı?

SiC'nin olgunluğunun ve GaN'in kanıtlanmış üstünlüğünün arka planında, piyasa, WBG ile ilişkili güvenilirlik endişelerini çözemiyor ve bu da sonunda WBG tipi FR yarı iletkenlerin uzun vadede pazara girişini sınırlıyor. Daha sağlam WBG tipi yarı iletkenlerin mühendisliğini sağlamanın tek yolu, zorlu çalışma koşullarında arıza mekanizmalarını daha derinlemesine anlamaktan geçer. Uzmanlar ayrıca, WBG'nin daha fazla kullanım için güvenilirliğini yeniden tesis edecek herhangi bir somut stratejik destek olmadan pazarda olgunluğa erişebileceğini düşünüyor.

Sektörün Behemotları neler yapıyor

Birinci sınıf SiC ve GaN RF güç ürünlerinde uzmanlaşmış ABD merkezli Cree Inc. şirketi Wolfspeed, geçtiğimiz günlerde EV güç aktarma organlarının inverter kayıplarında% 75'ten fazla azalma sağlayan yeni bir ürün piyasaya sürdü. Bu kadar gelişmiş bir verimlilikle, mühendislerin pil kullanımı, menzil, tasarım, termal yönetim ve paketleme açısından yenilik yapmak için yeni parametreler keşfetmesi muhtemeldir.

Elektrikli ve hibrit elektrikli araçlardaki invertörlerin yüksek voltaj devreleri çok fazla ısı üretir ve bu sorunun verimli soğutma mekanizması ile çözülmesi gerekir. Araştırmalar, eviricilerin boyutunun ve ağırlığının azaltılmasının, EV'lerde ve HEV'lerde otomotiv bileşenlerinin daha iyi soğutulmasının anahtarı olduğunu defalarca tavsiye ediyor.

Benzer bir hatta, sektördeki liderlerin çoğunluğu (örneğin Hitachi, Ltd.), istenen yüksek seviyeyi doğrudan soğutmak için sıvı veya hava kullanan çift soğutma teknolojisi yardımıyla invertör kütlesine ve boyutuna odaklanmaya devam ediyor. voltaj RF güç modülü. Böyle bir mekanizma aynı zamanda genel tasarımın kompaktlığına ve esnekliğine ve dolayısıyla güç üretimi kayıplarını azaltma çabalarına katkı sağlar.

RF güç yarı iletkeninin elektrikli araçlarda uygulanabilirliğini artırmak için kompakt bir tasarımın önemini dört gözle beklerken, Mitsubishi'nin ultra kompakt SiC invertörünün benzerleri öncü olarak ortaya çıkıyor. Mitsubishi Electric Corporation, hibrit EV'ler için bu ultra kompakt RF güç ürününü özellikle geliştirdi ve türünün dünyadaki en küçük SiC cihazı olduğunu iddia ediyor. Bu cihazın azaltılmış ambalaj hacmi, araç içinde önemli ölçüde daha az yer tüketir ve bu nedenle daha yüksek yakıt ve enerji verimliliğini destekler. Cihazın önümüzdeki birkaç yıl içinde satışa sunulması bekleniyor. Yeni Enerji ve Endüstriyel Teknoloji Geliştirme Organizasyonu (NEDO, Japonya) tarafından kısmen desteklenen şirket, yakında ultra kompakt SiC invertörünün seri üretimine de başlayacak.

Geçen yıl, endüstrinin ilk devrim niteliğindeki alan programlanabilir kontrol ünitesi (FPCU), elektrikli ve hibrit elektrikli araçların menzilini ve performansını artırmaktan potansiyel olarak sorumlu olabilecek yeni bir yarı iletken mimarisi olarak piyasaya sürüldü. Bu RF yarı iletken cihazı, mevcut EV ve HEV teknolojilerinin maksimum potansiyellerine ulaşmasını sağlamak amacıyla Fransa merkezli Silicon Mobility tarafından tasarlanmıştır. Silicon Mobility'nin FPCU'nun geliştirilmesindeki üretim ortağı, ABD merkezli yarı iletken üreticisidir - GlobalFoundries.

Asya Pasifik Bölgesi'nde RF Güç Yarı İletken Talebi Artacak

Dünya, enerji açısından verimli ulaşım sağlamak için hızla düşük karbonlu enerji kaynaklarına geçerken, bir binadaki enerji verimli araçlar üzerindeki karbon ayak izini en aza indirme baskısı. Seri üretime yaklaşık on yıl önce başlanmış olsa bile, elektrikli araçlar pazarı, ICE (içten yanmalı motor) ile çalışan geleneksel araçlar pazarını şimdiden geride bırakıyor. Eski genişlemesi oranının üstü ve 2040 sonuna doğru fazla 1/3 ki bildirildi neredeyse 10X olan ^rd toplam yeni araç satışlarının AGH tarafından hazırlanacaktır.

Çin Otomobil Üreticileri Birliği'nin en son verileri, 2016 yılında, büyük ölçüde ticari araçlar ve otobüsleri içeren, yalnızca Çin'de yarım milyondan fazla EV satıldığını gösteriyor. Çin, uzun vadede elektrikli araçlar için en büyük pazar olmaya devam ederken, elektrikli araç üretim oranı tüm Asya Pasifik bölgesinde sabit bir yükseklikte.

Önemli ölçüde gelişen tüketici elektroniği endüstrisine ek olarak, bölge son zamanlarda EV pazarında önemli bir büyümeye tanık oluyor ve bu nedenle, tercihen GaN'e dayalı RF güç yarı iletkenlerinin penetrasyonu için güçlü bir fırsat yaratıyor.

RF güç yarı iletken pazarının küresel değerlemesi kabaca 12 milyar ABD dolarıdır (2018 sonu itibariyle). 5G teknolojisinin başlangıcından kaynaklanan çığır açan fırsatlar, kablosuz ağ altyapısının ve IIoT (Endüstriyel Nesnelerin İnterneti) teknolojisinin yaygın olarak benimsenmesi, tüketici elektroniği ortamının müreffeh görünümü ve artan elektrikli araç (EV) satışları, RF güç yarı iletken pazar gelirleri 2027 yılına kadar etkileyici bir% 12 bileşik yıllık büyüme oranında genişlemesi muhtemeldir.

Aditi Yadwadkar , deneyimli bir pazar araştırması yazarıdır ve Elektronik ve Yarıiletken endüstrisi hakkında kapsamlı yazılar yazmıştır. Future Market Insights'ta (FMI), dünyanın her yerinden müşterilerin ihtiyaçlarına hizmet etmek için Electronics and Semiconductor araştırma ekibiyle yakın bir şekilde çalışıyor. Bu bilgiler, FMI tarafından RF Power Semiconductor Market üzerine yapılan yakın tarihli bir araştırmaya dayanmaktadır .