Ang pangunahing papel na ginagampanan ng rf power semiconductor sa ev rebolusyon

Bagaman ang patuloy na pagtaas ng bilang ng 5G roll-outs at pag-akyat sa mga benta ng mga elektronikong aparato ng consumer ay higit na makakalikha ng isang kanais-nais na kapaligiran para sa paglaki ng demand na semiconductor ng RF power, ang industriya ng automotive ay nananatili pa rin kasama ng mga pangunahing lugar ng mamimili ng mga module ng kuryente ng RF.

Sa kasalukuyan, ang industriya ng automotive ay sumasailalim sa isang pabago-bagong elektroniko at digital na rebolusyon. Ang isang tumataas na bilang ng mga sasakyan ay napapailalim sa electrification, awtonomiya, at handa na para sa pagkakakonekta. Ang lahat ay umuusbong sa tumataas na kahalagahan ng kahusayan ng enerhiya at magpapabilis sa pagbabago ng industriya ng automotive sa pamamagitan ng maraming beses. Gayunpaman, isang mahalagang aspeto na mananatiling mahalaga upang magawa ang pagbabagong ito, ay ang RF power semiconductor, dahil ito ay may ginampanang mahalagang papel sa pagpapagana ng mga EV at mga hybrid EV (HEV).

Nakikilahok sa paglilipat ng "zero emission" ng industriya, ang mga nangungunang mga automaker sa buong mundo ay nagsasagawa ng kapansin-pansin na pagsisikap sa pag-ramping ng kanilang mga proyekto sa electrification ng sasakyan. Ipinapahiwatig ng mga pananaliksik na hinihimok ng pananaliksik na ang isang karamihan ng mga OEM ay kitang-kita na tinitingnan ang mga target para sa mga EV at HEV, na maaaring matugunan sa 2025. Ang senaryong ito ay malinaw na nag-uudyok sa mga makabuluhang pagkakataon para sa lubos na mahusay na RF power semiconductors na mabisang gumana sa mataas na temperatura. Ang mga gumagawa ng mga module ng kuryente ng RF ay patuloy na nakatuon sa kanilang mga diskarte sa pag-unlad ng mga produkto batay sa mga teknolohiya ng SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), at WBG (malawak na band-gap).

Ang GaN umuusbong bilang isang Pagpipili ng Materyal para sa RF Power Semiconductors

Sa kabila ng isang bilang ng mga pagsisikap sa R&D na nananaig sa larangan ng semiconductor ng WBG, ang pagkakaiba-iba ng SiC ay nanatiling tradisyunal na pagpipilian para sa mga EV at HEV, sa nakalipas na nakaraan. Gayunpaman, sa kabilang panig, ang SiC ay nakarating na sa yugto ng kapanahunan sa merkado at hinahamon ng iba pang mga teknolohiyang kakumpitensya na nakakakuha nito - lalo na sa kaso ng electronics na kuryente at iba pang hinihingi na aplikasyon sa mga de-kuryenteng at hybrid na de-kuryenteng sasakyan.

Habang ang mga EV at HEV ay karaniwang gumagamit ng SiC batay sa RF power semiconductors para sa regulasyon ng mga converter ng DC / DC sa powertrain, ang oras ng paglipat ay may gawi na higpitan ang kanilang mga frequency sa paglipat sa pagitan ng 10 kHz at 100 kHz. Sa kasalukuyan, halos lahat ng automaker sa buong mundo ay naglalagay ng mga pagsisikap sa makabagong paligid ng mga disenyo ng GaN ng mga RF power semiconductors.

Ang pagpapakilala ng GaN semiconductor ay nagtataglay ng pangako na potensyal na mapagtagumpayan ang matagal nang hamon sa pamamagitan ng pagpapagana ng oras ng paglipat sa loob ng saklaw ng nanosecond at pagpapatakbo sa temperatura na kasing taas ng 200 ° C. Ang mas mabilis na pag-andar ng GaN semiconductor ay nagreresulta sa mataas na dalas ng paglipat at dahil doon, mababang pagkawala ng paglipat. Bukod dito, ang mas mababang lakas ng elektronikong lakas ay isinasalin sa nabawasan pangkalahatang timbang, na kasunod na sumusuporta sa magaan at mas mahusay na ekonomiya.

Maraming mga pag-aaral ang nagtataguyod ng potensyal na de facto ng GaN based semiconductor para sa mataas na pag-convert ng kuryente sa mataas na bilis. Ang paglipat sa isang bagong panahon ng electronics ng kuryente na pinakamahusay na makadagdag sa layunin ng mga EV at HEV, mga pangunahing katangian ng mga GaN semiconductor na materyales, tulad ng higit na bilis ng paglipat, mataas na temperatura ng operating, mas kaunting paglipat at pagkawala ng conductivity, compact-size na packaging, at potensyal na gastos ang pagiging mapagkumpitensya, ay magpapatuloy na ilagay ang GaN-based RF semiconductors sa lahat ng iba pang mga katapat.

Mga Potensyal na Hamon na Naglilimita sa Expanse ng RF Power Semiconductor sa mga EV at HEV

Sa kabila ng lahat ng mga makabagong ideya at positibong kinalabasan na pumapasok sa mga merkado, ang ilang mga hamon ay nananatili pa rin bilang mga hadlang sa pagpapaandar ng RF power semiconductor sa mga de-koryenteng sasakyan. Pagkatapos ng lahat, ang pagmamaneho ng isang sangkap na may mataas na kapangyarihan sa loob ng nanoseconds ay isang kumplikadong gawain at may maraming mga paghihirap na hindi pa nalulutas. Ang isa sa mga pinakatanyag na hamon ay ang pagpapabuti ng mga rating ng boltahe. Ang pagpapahusay ng mahusay na pagpapatakbo sa mas mataas na temperatura nang hindi binabago ang maginoo na disenyo ay isa pang mahalagang hamon na patuloy na nakakakuha ng mga interes ng R&D sa puwang ng semiconductor ng RF.

Ang katotohanan ay paulit-ulit na binibigyang diin na ang mga aplikasyon ng mga module ng elektroniko ng kapangyarihan sa mga EV at HEV ay lubos na hinihingi at ang kanilang pagganap ay nakasalalay hindi lamang sa mga pagbabago sa boltahe at batay sa pagganap. Ang isang pare-pareho na pagtulak sa mga tuntunin ng mga pagpapabuti ng istruktura at disenyo ng teknolohiya ay nagsisiguro ng pagtitiis, pagiging maaasahan, at paglaban ng thermal ng mga aparato ng RF sa loob ng hybrid at dalisay / baterya na mga de-koryenteng sasakyan.

Ang mga hamon sa pag-pack ay nakakakuha ng pansin

Habang ang pagbaluktot ng nakapalibot na mga elektronikong bahagi ay naging isa pang kadahilanan na hamon ang pagiging angkop ng mga aparato ng RF semiconductor sa loob ng mga disenyo ng EV, ang EMC (epoxy molding compound) na semiconductor na packaging ay lumitaw bilang isang lubos na kapaki-pakinabang na lugar ng pananaliksik, dahil pinapayagan nito ang operasyon nang hindi ginugulo ang mga kalapit na elektronikong sangkap.

Bukod dito, kahit na ang overmolded na mga module ng kuryente ng RF ay pinaghihinalaang bilang pangunahing ng malapit na hinaharap, ang mga disenyo ay mayroon pa ring saklaw para sa pagpapabuti sa mga tuntunin ng thermal management. Ang mga nangungunang kumpanya sa tanawin ng RF semiconductor ay sa gayon ay binibigyang diin ang pagpapalawak ng kanilang mga pagsisikap na nauugnay sa pagpapakete upang makamit ang pinabuting pagiging maaasahan para sa paggamit sa mga de-koryenteng sasakyan.

Mas mahusay na hinaharap para sa WBG - Mayroon bang anumang?

Sa backdrop ng pagkahinog ng SiC at napatunayan na higit na kahusayan ng GaN, ang merkado ay gayunpaman nabigo upang malutas ang mga alalahanin sa pagiging maaasahan na nauugnay sa WBG, na sa paglaon ay nililimitahan ang pagtagos ng merkado ng WBG type FR semiconductors sa pangmatagalan. Ang tanging paraan upang makamit ang engineering ng mas matatag na uri ng semiconductors na uri ng WBG ay nakasalalay sa mas malalim na pag-unawa sa kanilang mga mekanismo ng pagkabigo sa malubhang kondisyon sa pagpapatakbo. Pinipili din ng mga dalubhasa na ang WBG ay maaaring makamit ang pagkahinog sa merkado nang walang anumang kongkretong suportang madiskarteng muling maitatatag ang kanilang pagiging maaasahan para sa karagdagang paggamit.

Ano ang hangarin ng Behemoths ng Industriya

Ang Wolfspeed, ang kumpanya na Cree Inc. na nakabase sa US na nagdadalubhasa sa premium na mga produkto ng kuryente ng SiC at GaN RF, kamakailan ay naglunsad ng isang bagong produkto na nagdudulot ng higit sa 75% na pagbawas sa mga pagkawala ng inverter ng EV drivetrain. Sa gayong pinahusay na kahusayan, ang mga inhinyero ay malamang na makatuklas ng mga bagong parameter upang makabago sa mga tuntunin ng paggamit ng baterya, saklaw, disenyo, pamamahala ng thermal, at packaging.

Ang mataas na boltahe na circuitry ng mga inverters sa mga de-kuryenteng at hybrid na de-kuryenteng sasakyan ay nakakalikha ng maraming init at ang problemang ito ay kailangang harapin nang may mahusay na mekanismo ng paglamig. Ang pananaliksik ay inirekumenda nang paulit-ulit na ang pagbawas ng laki at bigat ng mga inverters ay ang susi sa pagkamit ng pinabuting paglamig ng mga bahagi ng automotiko sa mga EV at HEV.

Sa isang katulad na linya, ang isang karamihan ng mga namumuno sa industriya (Hitachi, Ltd., para sa isang halimbawa) ay nanatiling nakatuon sa masa at laki ng inverter sa tulong ng isang dobleng teknolohiya ng paglamig na gumagamit ng alinman sa likido o hangin upang direktang palamig ang nais na mataas boltahe RF power module. Pinapayagan din ng nasabing mekanismo ang pagdaragdag sa pagiging siksik at kakayahang umangkop ng pangkalahatang disenyo at dahil doon, sa mga pagsisikap na bawasan ang pagkalugi sa pagbuo ng kuryente.

Inaasahan ang kahalagahan ng isang compact na disenyo upang itaas ang kakayahang magamit ang RF power semiconductor sa mga de-kuryenteng sasakyan, ang mga kagaya ng inverter na ultra-compact SiC na Mitsubishi ay lumalabas bilang isang trailblazer. Ang Mitsubishi Electric Corporation ay partikular na bumuo ng produktong ultra-compact RF na ito para sa mga hybrid EV at inaangkin na ito ang pinakamaliit na aparato ng SiC sa buong mundo na uri nito. Ang pinababang dami ng packaging ng aparatong ito ay kumakain ng mas kaunting kaunting espasyo sa loob ng sasakyan at sa gayon ay nagpapailalim ng mas mataas na fuel at enerhiya na kahusayan. Ang komersyalisasyon ng aparato ay inaasahan sa susunod na ilang taon. Bahagyang suportado ng New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO, Japan), magsisimula rin ang kumpanya sa malawakang paggawa ng ultra-compact SiC inverter, sa lalong madaling panahon.

Noong nakaraang taon, ang unang rebolusyonaryong larangan ng programmable control unit (FPCU) ng industriya ay inilunsad bilang isang nobelang arkitekturang semiconductor na maaaring may pananagutan sa pagpapalakas ng saklaw at pagganap ng mga de-koryenteng at hybrid na sasakyang de-kuryente. Ang aparato na RF semiconductor na ito ay ininhinyero ng Silicon Mobility, batay sa France, na may isang layunin upang paganahin ang umiiral na mga teknolohiya ng EV at HEV upang makamit ang kanilang maximum na potensyal. Ang kasosyo sa pagmamanupaktura ng Silicon Mobility sa pagpapaunlad ng FPCU ay ang tagagawa ng semiconductor na nakabase sa US - GlobalFoundries.

Hinihiling ng RF Power Semiconductor na Umakyat sa Rehiyon ng Pasipiko ng Asya

Habang ang mundo ay mabilis na lumilipat sa mga mapagkukunang enerhiya na mababa ang carbon upang makamit ang mahusay na transportasyon na enerhiya, ang presyon ng pagliit ng carbon footprint sa mga sasakyang walang kuryente sa isang pagbuo. Kahit na ang produksyon ng masa ay nagsimula mga isang dekada na ang nakalilipas, ang merkado para sa EVs ay lumalampas na sa merkado para sa maginoo na mga sasakyan na tumatakbo sa ICE (panloob na engine ng pagkasunog). Ang rate ng pagpapalawak ng nauna ay iniulat na halos 10X kaysa sa paglaon at sa pagtatapos ng 2040, higit sa 1/3 ^rd ng kabuuang mga bagong benta ng sasakyan ay isasaalang-alang ng EV.

Ang pinakabagong data ng China Association of Automobile Manufacturer ay nagpapahiwatig na higit sa kalahating milyong mga EV ang naibenta sa Tsina lamang, sa taong 2016, na pangunahing naglalaman ng mga komersyal na sasakyan at bus. Habang ang China ay mananatiling pinakamalaking merkado para sa EVs sa pangmatagalan, ang rate ng produksyon ng EV ay patuloy na mataas sa buong rehiyon ng Asia Pacific.

Bilang karagdagan sa makabuluhang yumayabong industriya ng electronics ng mamimili, nasaksihan ng rehiyon ang malaking paglago ng merkado ng EVs, kamakailan, sa gayon ay lumilikha ng isang malakas na pagkakataon para sa pagtagos ng mga RF power semiconductors, mas mabuti batay sa GaN.

Ang pandaigdigang pagpapahalaga sa merkado ng RF power semiconductor ay humigit-kumulang na US $ 12 bilyon (hanggang sa pagtatapos ng 2018). Sa mga matagumpay na pagkakataon na nagmumula sa simula ng teknolohiya ng 5G, malawak na pag-aampon ng imprastraktura ng wireless network at teknolohiya ng IIoT (Industrial Internet of Things), masaganang pananaw sa tanawin ng electronics ng mamimili, at lumalaking benta ng de-kuryenteng sasakyan (EV), ang kita ng RF power semiconductor market ay malamang na mapalawak sa isang kahanga-hangang 12% compound taunang rate ng paglaki sa pamamagitan ng 2027.

Si Aditi Yadwadkar ay isang bihasang manunulat ng pagsasaliksik sa merkado at malawakan na nakasulat sa industriya ng Elektronika at Semiconductor. Sa Future Market Insights (FMI), nakikipagtulungan siya sa koponan ng pagsasaliksik ng Electronics at Semiconductor upang maihatid ang mga pangangailangan ng mga kliyente mula sa buong mundo. Ang mga pananaw na ito ay batay sa isang kamakailang pag-aaral sa RF Power Semiconductor Market ng FMI.