- GaN กลายเป็นทางเลือกของวัสดุสำหรับ RF Power Semiconductors
- ความท้าทายที่อาจเกิดขึ้นในการ จำกัด การขยายตัวของ RF Power Semiconductor ใน EVs และ HEV
- ความท้าทายด้านบรรจุภัณฑ์กำลังดึงดูดความสนใจ
- อนาคตที่ดีกว่าสำหรับ WBG - มีไหม?
- สิ่งที่ Behemoths ของอุตสาหกรรมกำลังทำอยู่
- RF Power Semiconductor ความต้องการที่เพิ่มขึ้นในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก
แม้ว่าจำนวนการเปิดตัว 5G ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและยอดขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจะสร้างสภาพแวดล้อมที่เอื้ออำนวยต่อการเติบโตของความต้องการเซมิคอนดักเตอร์พลังงาน RF แต่อุตสาหกรรมยานยนต์ก็ยังคงอยู่ในกลุ่มผู้บริโภคหลักของโมดูลพลังงาน RF
ปัจจุบันอุตสาหกรรมยานยนต์อยู่ระหว่างการปฏิวัติทางไฟฟ้าและดิจิทัลแบบไดนามิก ยานพาหนะจำนวนมากขึ้นอยู่กับการใช้พลังงานไฟฟ้าความเป็นอิสระและความพร้อมสำหรับการเชื่อมต่อ ทุกอย่างล้วนส่งผลต่อความสำคัญของประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นและจะเร่งการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมยานยนต์โดยหลากหลาย อย่างไรก็ตามสิ่งสำคัญที่จะยังคงมีความสำคัญในการนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้คือเซมิคอนดักเตอร์พลังงาน RF เนื่องจากมีบทบาทสำคัญในการเปิดใช้งานEVและไฮบริด EVs (HEV)
การมีส่วนร่วมในการเปลี่ยนแปลง“ การปล่อยมลพิษเป็นศูนย์” ของอุตสาหกรรมผู้ผลิตรถยนต์ชั้นนำของโลกได้ใช้ความพยายามอย่างมากในการผลักดันโครงการพลังงานไฟฟ้าของรถยนต์ การคาดการณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยการวิจัยระบุว่าOEMส่วนใหญ่กำลังจับตามองเป้าหมายสำหรับEV และ HEVอย่างชัดเจนซึ่งจะบรรลุในปี 2568 สถานการณ์นี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงโอกาสสำคัญสำหรับสารกึ่งตัวนำพลังงาน RF ที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในอุณหภูมิที่สูงขึ้น ดังนั้นผู้ผลิตโมดูลพลังงาน RF จึงมุ่งเน้นกลยุทธ์ของตนอย่างต่อเนื่องในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ใช้เทคโนโลยี SiC (ซิลิคอนคาร์ไบด์), GaN (แกลเลียมไนไตรด์) และ WBG (ช่องว่างวงกว้าง)
GaN กลายเป็นทางเลือกของวัสดุสำหรับ RF Power Semiconductors
แม้จะมีความพยายามในการวิจัยและพัฒนามากมายในขอบเขตเซมิคอนดักเตอร์ของ WBG แต่ตัวแปร SiC ยังคงเป็นตัวเลือกดั้งเดิมสำหรับ EVs และ HEV ในอดีตที่ผ่านมา อย่างไรก็ตามในอีกด้านหนึ่ง SiC ได้มาถึงช่วงที่ครบกำหนดในตลาดแล้วและกำลังถูกท้าทายจากเทคโนโลยีของคู่แข่งรายอื่นที่กำลังได้รับความนิยมมากกว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังและการใช้งานอื่น ๆ ในรถยนต์ไฟฟ้าและไฮบริด
ในขณะที่ EV และ HEV ใช้เซมิคอนดักเตอร์พลังงาน RF ที่ใช้ SiC สำหรับการควบคุมตัวแปลง DC / DC ในระบบส่งกำลังเวลาในการเปลี่ยนมีแนวโน้มที่จะ จำกัด ความถี่ในการเปลี่ยนระหว่าง 10 kHz ถึง 100 kHz ปัจจุบันผู้ผลิตรถยนต์เกือบทุกแห่งทั่วโลกกำลังใช้ความพยายามในการสร้างสรรค์นวัตกรรมเกี่ยวกับการออกแบบ GaN ของเซมิคอนดักเตอร์พลังงาน RF
การเปิดตัวเซมิคอนดักเตอร์ GaN ถือเป็นคำมั่นสัญญาที่จะเอาชนะความท้าทายที่ยาวนานนี้ด้วยการเปิดใช้งานเวลาในการเปลี่ยนภายในช่วงนาโนวินาทีและการทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 200 ° C การทำงานที่เร็วขึ้นของเซมิคอนดักเตอร์ GaN ส่งผลให้มีความถี่ในการเปลี่ยนสูงและทำให้สูญเสียการสลับต่ำ ยิ่งไปกว่านั้นปริมาณอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานที่ต่ำกว่าจะแปลเป็นน้ำหนักโดยรวมที่ลดลงซึ่งจะสนับสนุนการประหยัดที่มีน้ำหนักเบาและมีประสิทธิภาพมากขึ้นในเวลาต่อมา
การศึกษาหลายชิ้นสนับสนุนศักยภาพโดยพฤตินัยของเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ GaN สำหรับการแปลงพลังงานสูงด้วยความเร็วสูง การก้าวไปสู่ยุคใหม่ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่จะช่วยเสริมวัตถุประสงค์ของ EV และ HEV ได้ดีที่สุดคุณลักษณะหลักของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ GaN เช่นความเร็วในการเปลี่ยนที่เหนือกว่าอุณหภูมิในการทำงานที่สูงการสูญเสียการเปลี่ยนและการนำไฟฟ้าที่น้อยลงบรรจุภัณฑ์ขนาดกะทัดรัดและต้นทุนที่อาจเกิดขึ้น ความสามารถในการแข่งขันจะยังคงวางเซมิคอนดักเตอร์ RF ที่ใช้ GaN เหนือคู่ค้าอื่น ๆ ทั้งหมด
ความท้าทายที่อาจเกิดขึ้นในการ จำกัด การขยายตัวของ RF Power Semiconductor ใน EVs และ HEV
แม้จะมีนวัตกรรมและผลลัพธ์เชิงบวกเข้าสู่ตลาด แต่ความท้าทายบางประการยังคงเป็นอุปสรรคต่อการทำงานของสารกึ่งตัวนำพลังงาน RF ในรถยนต์ไฟฟ้า ท้ายที่สุดแล้วการขับเคลื่อนส่วนประกอบที่มีกำลังสูงภายในนาโนวินาทีเป็นงานที่ซับซ้อนและมาพร้อมกับปัญหามากมายที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข ความท้าทายที่โดดเด่นที่สุดประการหนึ่งคือการปรับปรุงพิกัดแรงดันไฟฟ้า การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นโดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนการออกแบบแบบเดิมเป็นอีกหนึ่งความท้าทายที่สำคัญที่ยังคงดึงดูดความสนใจด้านการวิจัยและพัฒนาในพื้นที่เซมิคอนดักเตอร์ RF
ข้อเท็จจริงนี้เน้นย้ำหลายครั้งว่าการใช้งานโมดูลอิเล็กทรอนิกส์กำลังใน EVs และ HEV นั้นมีความต้องการสูงและประสิทธิภาพไม่เพียงขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและนวัตกรรมตามประสิทธิภาพเท่านั้น การผลักดันอย่างต่อเนื่องในแง่ของการปรับปรุงโครงสร้างและเทคโนโลยีการออกแบบทำให้มั่นใจได้ถึงความทนทานความน่าเชื่อถือและการต้านทานความร้อนของอุปกรณ์ RF ภายในรถยนต์ไฟฟ้าแบบไฮบริดและแบบบริสุทธิ์ / แบตเตอรี่
ความท้าทายด้านบรรจุภัณฑ์กำลังดึงดูดความสนใจ
ในขณะที่ความผิดเพี้ยนของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์โดยรอบเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ท้าทายความเหมาะสมของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ RF ในการออกแบบ EV แต่บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ EMC (สารประกอบอีพ็อกซี่ขึ้นรูป) ได้กลายเป็นงานวิจัยที่มีกำไรสูงเนื่องจากช่วยให้สามารถใช้งานได้โดยไม่รบกวนชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ใกล้เคียง
ยิ่งไปกว่านั้นแม้ว่าโมดูลพลังงาน RF ที่ถูกห่อหุ้มจะถูกมองว่าเป็นกระแสหลักของอนาคตอันใกล้ แต่การออกแบบยังคงมีขอบเขตสำหรับการปรับปรุงในแง่ของการจัดการความร้อน บริษัท ชั้นนำในกลุ่ม RF เซมิคอนดักเตอร์จึงให้ความสำคัญกับการขยายความพยายามที่เกี่ยวข้องกับบรรจุภัณฑ์เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือสำหรับการใช้งานในยานยนต์ไฟฟ้า
อนาคตที่ดีกว่าสำหรับ WBG - มีไหม?
ในฉากหลังของความเป็นผู้ใหญ่ของ SiC และความเหนือกว่าที่พิสูจน์แล้วของ GaN อย่างไรก็ตามตลาดไม่สามารถแก้ไขปัญหาความน่าเชื่อถือที่เกี่ยวข้องกับ WBG ซึ่งในที่สุดก็เป็นการ จำกัด การเจาะตลาดของเซมิคอนดักเตอร์ประเภท FR ของ WBG ในระยะยาว วิธีเดียวที่จะบรรลุวิศวกรรมของเซมิคอนดักเตอร์ประเภท WBG ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นคือการทำความเข้าใจกลไกความล้มเหลวในสภาวะการทำงานที่รุนแรง ผู้เชี่ยวชาญยังให้ความเห็นว่า WBG อาจบรรลุวุฒิภาวะในตลาดโดยไม่มีการสนับสนุนเชิงกลยุทธ์ที่เป็นรูปธรรมซึ่งจะสร้างความน่าเชื่อถือสำหรับการใช้ประโยชน์ต่อไป
สิ่งที่ Behemoths ของอุตสาหกรรมกำลังทำอยู่
Wolfspeedบริษัท Cree Inc. ซึ่งตั้งอยู่ในสหรัฐอเมริกาซึ่งเชี่ยวชาญด้านผลิตภัณฑ์พลังงาน SiC และ GaN RF ระดับพรีเมียมเพิ่งเปิดตัวผลิตภัณฑ์ใหม่ที่ช่วยลดการสูญเสียอินเวอร์เตอร์ของระบบขับเคลื่อน EV ได้มากกว่า 75% ด้วยประสิทธิภาพที่ดีขึ้นดังกล่าววิศวกรจึงมีแนวโน้มที่จะค้นพบพารามิเตอร์ใหม่ ๆ เพื่อสร้างสรรค์สิ่งใหม่ ๆ ในแง่ของการใช้งานแบตเตอรี่ช่วงการออกแบบการจัดการความร้อนและบรรจุภัณฑ์
วงจรไฟฟ้าแรงสูงของอินเวอร์เตอร์ในรถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฟฟ้าไฮบริดสร้างความร้อนได้มากและปัญหานี้จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขด้วยกลไกการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ การวิจัยได้แนะนำครั้งแล้วครั้งเล่าว่าการลดขนาดและน้ำหนักของอินเวอร์เตอร์เป็นกุญแจสำคัญในการทำให้ชิ้นส่วนยานยนต์ใน EVs และ HEV มีการระบายความร้อนที่ดีขึ้น
ในสายเดียวกันนี้ผู้นำส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรม (เช่นบริษัท ฮิตาชิ จำกัด) ยังคงให้ความสำคัญกับมวลและขนาดของอินเวอร์เตอร์ด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีการทำความเย็นสองเท่าที่ใช้ของเหลวหรืออากาศเพื่อระบายความร้อนโดยตรงที่ต้องการ โมดูลไฟ RF แรงดันไฟฟ้า กลไกดังกล่าวยังช่วยเพิ่มความกะทัดรัดและความยืดหยุ่นของการออกแบบโดยรวมและด้วยเหตุนี้ความพยายามในการลดการสูญเสียการผลิตไฟฟ้า
เมื่อมองไปข้างหน้าถึงความสำคัญของการออกแบบที่กะทัดรัดเพื่อยกระดับการใช้งานของสารกึ่งตัวนำพลังงาน RF ในยานยนต์ไฟฟ้าเช่นเดียวกับอินเวอร์เตอร์ SiC ขนาดกะทัดรัดพิเศษของมิตซูบิชิจึงกลายเป็นเทรลเบลเซอร์Mitsubishi Electric Corporationได้พัฒนาผลิตภัณฑ์พลังงาน RF ขนาดกะทัดรัดเป็นพิเศษสำหรับ EV ไฮบริดโดยเฉพาะและอ้างว่าเป็นอุปกรณ์ SiC ที่เล็กที่สุดในโลกเท่าที่เคยมีมา ปริมาณบรรจุภัณฑ์ที่ลดลงของอุปกรณ์นี้ทำให้ใช้พื้นที่ภายในรถน้อยลงอย่างมีนัยสำคัญและส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและพลังงานสูงขึ้น คาดว่าจะมีการวางจำหน่ายอุปกรณ์ทางการค้าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ได้รับการสนับสนุนบางส่วนโดยองค์กรพัฒนาพลังงานใหม่และเทคโนโลยีอุตสาหกรรม (NEDO ประเทศญี่ปุ่น) บริษัท จะเริ่มผลิตอินเวอร์เตอร์ SiC ขนาดกะทัดรัดเป็นจำนวนมากในเร็ว ๆ นี้
เมื่อปีที่แล้วหน่วยควบคุมแบบตั้งโปรแกรมภาคสนาม (FPCU) ที่ปฏิวัติวงการแห่งแรกของอุตสาหกรรมได้เปิดตัวในฐานะสถาปัตยกรรมเซมิคอนดักเตอร์แบบใหม่ที่สามารถรับผิดชอบในการเพิ่มช่วงและสมรรถนะของรถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฟฟ้าแบบไฮบริด อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ RF นี้ได้รับการออกแบบโดยSilicon Mobilityซึ่งตั้งอยู่ในประเทศฝรั่งเศสโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อให้เทคโนโลยี EV และ HEV ที่มีอยู่สามารถบรรลุศักยภาพสูงสุดได้ หุ้นส่วนการผลิตของ Silicon Mobility ในการพัฒนา FPCU คือผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ในสหรัฐอเมริกา - GlobalFoundries
RF Power Semiconductor ความต้องการที่เพิ่มขึ้นในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก
ในขณะที่โลกกำลังเปลี่ยนไปใช้แหล่งพลังงานคาร์บอนต่ำอย่างรวดเร็วเพื่อให้เกิดการขนส่งที่ประหยัดพลังงานความกดดันในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในรถยนต์ที่ใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพในอาคาร แม้ว่าจะมีการเริ่มการผลิตจำนวนมากเมื่อประมาณทศวรรษที่แล้ว แต่ตลาด EVs ก็แซงหน้าตลาดรถยนต์ทั่วไปที่ใช้ ICE (เครื่องยนต์สันดาปภายใน) ไปแล้ว อัตราการขยายตัวของอดีตเป็นข่าวเกือบ 10X ที่ต่อมาและในช่วงปลาย 2040 มากกว่า 1/3 ถของยอดขายรถใหม่ทั้งหมดจะถูกคิดโดย EVs
ข้อมูลล่าสุดของสมาคมผู้ผลิตรถยนต์แห่งประเทศจีนระบุว่ารถยนต์ EV กว่าครึ่งล้านคันถูกขายในประเทศจีนเพียงอย่างเดียวในปี 2559 ซึ่งรวมถึงรถยนต์เพื่อการพาณิชย์และรถโดยสารเป็นหลัก ในขณะที่จีนจะยังคงเป็นตลาดที่ใหญ่ที่สุดสำหรับ EV ในระยะยาว แต่อัตราการผลิต EV ยังคงสูงอย่างต่อเนื่องในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกทั้งหมด
นอกจากอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคที่เฟื่องฟูอย่างมากแล้วภูมิภาคนี้ยังได้เห็นการเติบโตอย่างมากของตลาด EVs ด้วยเหตุนี้จึงเป็นการสร้างโอกาสที่ดีสำหรับการรุกของเซมิคอนดักเตอร์พลังงาน RF โดยเฉพาะอย่างยิ่งตาม GaN
การประเมินมูลค่าตลาดเซมิคอนดักเตอร์พลังงาน RF ทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 12 พันล้านเหรียญสหรัฐ (ณ สิ้นปี 2018) ด้วยโอกาสใหม่ ๆ ที่เกิดขึ้นจากการเริ่มต้นของเทคโนโลยี 5G การใช้โครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายไร้สายและเทคโนโลยี IIoT (Industrial Internet of Things) อย่างกว้างขวางแนวโน้มความเจริญรุ่งเรืองของภูมิทัศน์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและยอดขายรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ที่เพิ่มขึ้นรายได้จากตลาดเซมิคอนดักเตอร์พลังงาน RF มีแนวโน้มที่จะขยายตัวในอัตราการเติบโตที่น่าประทับใจ 12% ต่อปีจนถึงปี 2570
Aditi Yadwadkar เป็นนักเขียนด้านการวิจัยตลาดที่มีประสบการณ์และได้เขียนบทความเกี่ยวกับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และเซมิคอนดักเตอร์อย่างกว้างขวาง ที่ Future Market Insights (FMI) เธอทำงานอย่างใกล้ชิดกับทีมวิจัยอิเล็กทรอนิกส์และเซมิคอนดักเตอร์เพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้าจากทั่วโลก ข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้มาจากการศึกษาล่าสุดเกี่ยวกับ RF Power Semiconductor Market โดย FMI