- RF 전력 반도체를위한 재료 선택으로 떠오르는 GaN
- EV 및 HEV에서 RF 전력 반도체의 확장을 제한하는 잠재적 인 문제
- 포장 문제가 관심을 끌고 있습니다.
- WBG를위한 더 나은 미래 – 어떤 것이 있습니까?
- 업계의 거물들이하는 일
- 아시아 태평양 지역에서 급증 할 RF 전력 반도체 수요
계속 증가하는 5G 출시와 소비자 전자 기기 판매 증가로 RF 전력 반도체 수요 증가에 유리한 환경이 조성 될 것이지만 자동차 산업도 여전히 RF 전력 모듈의 주요 소비자 영역 중 하나입니다.
현재 자동차 산업은 역동적 인 전기 및 디지털 혁명을 겪고 있습니다. 급증하는 차량은 전기 화, 자율성 및 연결 준비 상태의 영향을받습니다. 이 모든 것은 에너지 효율성의 중요성이 높아지고 있으며 자동차 산업의 다양한 변화를 가속화 할 것입니다. 그러나 이러한 변화를 가져 오는 데 여전히 중요한 중요한 측면은 RF 전력 반도체입니다. RF 전력 반도체는 EV 및 하이브리드 EV (HEV) 를 활성화하는 데 중추적 인 역할을했습니다.
업계의 "제로 배출"전환에 참여하여 세계 최고의 자동차 제조업체는 차량 전기 화 프로젝트를 늘리기 위해 괄목할만한 노력을 기울이고 있습니다. 연구 중심의 예측에 따르면 대다수의 OEM 이 2025 년에 달성 될 EV 및 HEV 의 목표를 눈에 띄게 주시하고 있습니다.이 시나리오는 고온에서 효과적으로 작동 할 고효율 RF 전력 반도체에 대한 중요한 기회를 분명히 보여줍니다. 따라서 RF 전력 모듈 제조업체는 SiC (탄화 규소), GaN (질화 갈륨) 및 WBG (광대역 간격) 기술을 기반으로 한 제품 개발에 지속적으로 전략을 집중하고 있습니다.
RF 전력 반도체를위한 재료 선택으로 떠오르는 GaN
WBG 반도체 영역에서 많은 R & D 노력이 이루어 졌음에도 불구하고 SiC 변형은 최근 과거에 EV 및 HEV에 대한 전통적인 선택으로 남아 있습니다. 그러나 다른 한편으로 SiC는 이미 시장의 성숙 단계에 이르렀으며 특히 전력 전자 장치 및 전기 및 하이브리드 전기 자동차의 기타 까다로운 응용 분야의 경우 그 위에 기반을두고있는 다른 경쟁 기술의 도전을 받고 있습니다.
EV 및 HEV는 일반적으로 파워 트레인의 DC / DC 컨버터 조정을 위해 SiC 기반 RF 전력 반도체를 사용하지만 전환 시간은 스위칭 주파수를 10kHz에서 100kHz 사이로 제한하는 경향이 있습니다. 현재 전 세계 거의 모든 자동차 제조업체가 RF 전력 반도체의 GaN 설계를 중심으로 혁신을 이루기 위해 노력하고 있습니다.
GaN 반도체의 도입은 나노초 범위 내의 스위칭 시간과 200 ° C의 높은 온도에서 작동을 가능하게함으로써 이러한 오랜 과제를 잠재적으로 극복 할 수 있다는 약속을 지켰습니다. GaN 반도체의 더 빠른 기능은 높은 스위칭 주파수와 낮은 스위칭 손실을 가져옵니다. 또한, 더 낮은 전력의 전자 볼륨은 전체 무게 감소로 이어지며 결과적으로 가볍고 더 높은 효율성 경제성을 지원합니다.
몇몇 연구는 고속에서 고전력 변환을위한 GaN 기반 반도체의 사실상의 잠재력을 옹호합니다. 우수한 스위칭 속도, 높은 작동 온도, 낮은 스위칭 및 전도도 손실, 컴팩트 한 크기의 패키징, 잠재적 비용과 같은 GaN 반도체 재료의 주요 속성 인 EV 및 HEV의 목표를 가장 잘 보완 할 수있는 새로운 전력 전자 시대로 이동 경쟁력, GaN 기반 RF 반도체를 다른 모든 경쟁 제품보다 계속해서 배치 할 것입니다.
EV 및 HEV에서 RF 전력 반도체의 확장을 제한하는 잠재적 인 문제
시장에 진입하는 모든 혁신과 긍정적 인 결과에도 불구하고 전기 자동차에서 RF 전력 반도체 기능의 장벽으로 여전히 몇 가지 문제가 남아 있습니다. 결국, 나노초 내에 고전력 부품을 구동하는 것은 복잡한 일이며 아직 해결되지 않은 여러 가지 어려움이 있습니다. 가장 눈에 띄는 과제 중 하나는 정격 전압의 향상입니다. 기존 설계를 변경하지 않고 고온에서 효율적인 작동 성을 향상시키는 것은 RF 반도체 공간에 대한 R & D 관심을 지속적으로 포착하는 또 다른 중요한 과제입니다.
사실은 EV 및 HEV에서 전력 전자 모듈의 적용이 매우 까다 롭고 성능이 전압 및 성능 기반 혁신에만 의존하지 않는다는 점을 반복해서 강조합니다. 구조 및 설계 기술 개선 측면에서 끊임없는 노력은 하이브리드 및 순수 / 배터리 전기 자동차 내 RF 장치의 내구성, 신뢰성 및 열 저항을 보장합니다.
포장 문제가 관심을 끌고 있습니다.
주변 전자 부품의 왜곡이 EV 설계 내에서 RF 반도체 장치의 적합성을 도전하는 또 다른 요인 이었지만, EMC (에폭시 몰딩 컴파운드) 반도체 패키징은 인접한 전자 부품을 방해하지 않고 작동 할 수 있기 때문에 수익성이 높은 연구 분야로 부상했습니다.
또한 오버 몰딩 된 RF 전력 모듈 이 이미 가까운 미래의 주류로 인식되고 있지만, 설계는 여전히 열 관리 측면에서 개선의 여지가 있습니다. 따라서 RF 반도체 분야의 선도 기업들은 전기 자동차 사용을위한 향상된 신뢰성을 달성하기 위해 패키징과 관련된 노력을 확대하는 것을 강조하고 있습니다.
WBG를위한 더 나은 미래 – 어떤 것이 있습니까?
그러나 SiC의 성숙도와 GaN의 입증 된 우월성을 배경으로 시장은 WBG와 관련된 신뢰성 문제를 해결하지 못해 결국 장기적으로 WBG 형 FR 반도체의 시장 침투를 제한하고 있습니다. 보다 견고한 WBG 유형 반도체의 엔지니어링을 달성하는 유일한 방법은 열악한 작동 조건에서 고장 메커니즘을 더 깊이 이해하는 것입니다. 전문가들은 또한 WBG가 추가 활용을 위해 신뢰성을 다시 설정하는 구체적인 전략적 지원없이 시장에서 성숙에 도달 할 수 있다고 생각합니다.
업계의 거물들이하는 일
미국에 본사를 둔 Cree Inc. 프리미엄 SiC 및 GaN RF 전력 제품 전문 회사 인 Wolfspeed 는 최근 EV 구동계의 인버터 손실을 약 75 % 이상 줄이는 신제품을 출시했습니다. 이러한 향상된 효율성으로 엔지니어는 배터리 사용량, 범위, 설계, 열 관리 및 패키징 측면에서 혁신 할 새로운 매개 변수를 발견 할 가능성이 높습니다.
전기 및 하이브리드 전기 자동차에 사용되는 인버터의 고전압 회로는 많은 열을 발생 시키며이 문제는 효율적인 냉각 메커니즘으로 해결되어야합니다. 연구는 인버터의 크기와 무게를 줄이는 것이 EV 및 HEV의 자동차 부품 냉각을 개선하는 데 핵심이라고 거듭 권고하고 있습니다.
비슷한 맥락에서 업계 선두 업체 (예: Hitachi, Ltd.) 의 대다수는 액체 또는 공기를 사용하여 원하는 고온을 직접 냉각하는 이중 냉각 기술의 도움으로 인버터 질량과 크기에 계속 집중하고 있습니다. 전압 RF 전력 모듈. 이러한 메커니즘은 또한 전체 설계의 소형화 및 유연성을 추가하여 발전 손실을 줄이는 노력에 기여합니다.
전기 자동차에서 RF 전력 반도체의 적용 가능성을 높이기 위해 컴팩트 한 디자인의 중요성을 기대하면서 Mitsubishi의 초소형 SiC 인버터와 같은 제품이 선구자로 떠 오릅니다. Mitsubishi Electric Corporation 은 특히 하이브리드 EV를위한이 초소형 RF 전력 제품을 개발했으며이 제품이 세계에서 가장 작은 동종 SiC 장치라고 주장합니다. 이 장치의 감소 된 포장 부피는 차량 내부 공간을 상당히 적게 차지하므로 연료 및 에너지 효율성을 높일 수 있습니다. 장치의 상용화는 향후 몇 년 안에 예상됩니다. 일본 NEDO (신 에너지 산업 기술 개발기구)의 일부 지원을 받아 조만간 초소형 SiC 인버터 양산을 시작한다.
작년에는 전기 및 하이브리드 전기 자동차의 범위와 성능을 향상시킬 수있는 새로운 반도체 아키텍처로 업계 최초의 혁신적인 FPCU (Field Programmable Control Unit)가 출시되었습니다. 이 RF 반도체 장치는 기존 EV 및 HEV 기술을 최대한 활용하기 위해 프랑스에 본사를 둔 Silicon Mobility에 의해 설계되었습니다. FPCU 개발에있어 Silicon Mobility의 제조 파트너는 미국에 기반을 둔 반도체 제조업체 인 GlobalFoundries입니다.
아시아 태평양 지역에서 급증 할 RF 전력 반도체 수요
세계가 에너지 효율적인 운송을 달성하기 위해 저탄소 에너지 원으로 빠르게 전환함에 따라 건물에서 에너지 효율적인 차량에 대한 탄소 발자국을 최소화해야한다는 압박이 커지고 있습니다. 양산이 시작된 지 10 년 가량됐지만 EV 시장은 이미 ICE (내연 기관)로 구동되는 기존 차량 시장을 앞 지르고있다. 전자의 확장의 비율은 이후 2040 년의 끝으로, 1/3 이상의 보도에 따르면 거의 10 배이다 번째 전체 신차 판매는 전기 자동차에 의해 설명 될 것이다.
중국 자동차 제조 협회 (China Association of Automobile Manufacturers)의 최신 데이터에 따르면 2016 년 한 해 동안 중국에서만 50 만 대 이상의 전기차가 판매되었으며, 여기에는 주로 상용차와 버스가 포함되었습니다. 장기적으로는 중국이 전기차의 최대 시장으로 남을 것이지만 전기차 생산 속도는 아시아 태평양 지역 전체에서 지속적으로 높은 수준을 유지하고 있습니다.
크게 번성하는 가전 제품 산업 외에도이 지역은 최근 EV 시장의 상당한 성장을 목격하고 있으며, 이로 인해 GaN 기반 RF 전력 반도체의 침투를위한 강력한 기회를 창출하고 있습니다.
RF 전력 반도체 시장의 글로벌 가치는 약 120 억 달러 (2018 년 말 기준)입니다. 5G 기술의 시작, 무선 네트워크 인프라 및 IIoT (Industrial Internet of Things) 기술의 광범위한 채택, 소비자 가전 환경에 대한 번창 한 전망, 전기 자동차 (EV) 판매 증가로 인한 획기적인 기회를 통해 RF 전력 반도체 시장 수익 2027 년까지 연평균 연평균 12 % 성장률로 확장 될 것입니다.
Aditi Yadwadkar 는 경험이 풍부한 시장 조사 작가이며 전자 및 반도체 산업에 대해 광범위하게 저술했습니다. FMI (Future Market Insights)에서 그녀는 전 세계 고객의 요구 사항을 충족하기 위해 전자 및 반도체 연구 팀과 긴밀히 협력하고 있습니다. 이러한 통찰력은 FMI의 RF 전력 반도체 시장 에 대한 최근 연구를 기반으로합니다 .