5G推出的數(shù)量不斷增加以及消費(fèi)電子設(shè)備的銷售攀升將主要為RF功率半導(dǎo)體需求的增長創(chuàng)造良好的環(huán)境，汽車行業(yè)也仍然是RF功率模塊的主要消費(fèi)領(lǐng)域。

當(dāng)前，汽車行業(yè)正經(jīng)歷著動態(tài)的電氣和數(shù)字革命。越來越多的車輛需要電氣化，自治和隨時(shí)可聯(lián)網(wǎng)。歸根結(jié)底，能源效率的重要性日益提高，并將通過多種方式加速汽車行業(yè)的轉(zhuǎn)型。但是，對于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變而言，至關(guān)重要的一個方面是RF功率半導(dǎo)體，因?yàn)樗趯?shí)現(xiàn) EV 和混合動力EV（ HEV ）。

參與行業(yè)的“零排放”轉(zhuǎn)變，全球領(lǐng)先的汽車制造商一直在加大其汽車電氣化項(xiàng)目的投入。以研究為導(dǎo)向的預(yù)測表明，大多數(shù) OEM 都在著眼于2025年要實(shí)現(xiàn)的 EV和HEV 的目標(biāo)。這種情況清楚地提示了實(shí)現(xiàn)可以在高溫下有效運(yùn)行的高效RF功率半導(dǎo)體。因此，射頻功率模塊的制造商一直將他們的策略集中在基于SiC（碳化硅），GaN（氮化鎵）和WBG（寬帶隙）技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)上。

新興的GaN成為射頻功率半導(dǎo)體的材料選擇

盡管WBG半導(dǎo)體領(lǐng)域進(jìn)行了大量研發(fā)工作，但SiC變體仍是傳統(tǒng)選擇電動汽車和混合動力汽車的最新發(fā)展。但是，另一方面，SiC已經(jīng)進(jìn)入市場的成熟階段，并且正受到其他競爭技術(shù)的挑戰(zhàn)，尤其是在電力電子以及電動和混合動力汽車的其他要求苛刻的應(yīng)用中。/p》雖然EV和HEV通常使用基于SiC的RF功率半導(dǎo)體來調(diào)節(jié)動力總成中的DC/DC轉(zhuǎn)換器，但過渡時(shí)間往往會將其開關(guān)頻率限制在10 kHz至100 kHz之間。當(dāng)前，全球幾乎每家汽車制造商都在圍繞RF功率半導(dǎo)體的GaN設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新。

GaN半導(dǎo)體的推出有望實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。通過使切換時(shí)間在納秒范圍內(nèi)以及在高達(dá)200°C的溫度下工作，可以潛在地克服這一長期挑戰(zhàn)。 GaN半導(dǎo)體更快的功能性導(dǎo)致高開關(guān)頻率，從而降低開關(guān)損耗。此外，較低功率的電子體積可減輕整體重量，從而支持輕量化和更高的效率經(jīng)濟(jì)。

多項(xiàng)研究主張GaN基半導(dǎo)體在高功率轉(zhuǎn)換方面的潛在潛力高速。邁向功率電子學(xué)的新時(shí)代，這將最能滿足電動汽車和混合動力汽車的目標(biāo)，GaN半導(dǎo)體材料的關(guān)鍵特性，例如優(yōu)越的開關(guān)速度，較高的工作溫度，較小的開關(guān)和電導(dǎo)率損耗，緊湊的封裝以及潛在的成本

潛在的挑戰(zhàn)，限制了RF功率半導(dǎo)體在電動汽車和混合動力汽車中的應(yīng)用

盡管所有創(chuàng)新和積極成果都進(jìn)入了市場，但由于電動汽車中射頻功率半導(dǎo)體功能的障礙，仍然存在一些挑戰(zhàn)。畢竟，在十億分之一秒內(nèi)驅(qū)動一個高功率組件是一項(xiàng)繁瑣的工作，并帶來許多尚未解決的困難。最突出的挑戰(zhàn)之一是提高額定電壓。在不改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況下提高高溫下的有效可操作性是繼續(xù)吸引RF半導(dǎo)體領(lǐng)域研發(fā)興趣的另一個重要挑戰(zhàn)。

這一事實(shí)一再強(qiáng)調(diào)了功率電子模塊的應(yīng)用電動汽車和混合動力汽車的要求很高，其性能不僅依賴于基于電壓和性能的創(chuàng)新。不斷推動結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn)，確保了混合動力和純電動汽車中RF設(shè)備的耐用性，可靠性和熱阻。

包裝挑戰(zhàn)引起關(guān)注

盡管周圍電子零件的變形是挑戰(zhàn)EV設(shè)計(jì)中RF半導(dǎo)體器件適用性的另一個因素，但EMC（環(huán)氧模塑料）半導(dǎo)體封裝已成為該領(lǐng)域利潤豐厚的領(lǐng)域

此外，盡管包覆成型的RF電源模塊已被視為主流。在不久的將來，這些設(shè)計(jì)在熱管理方面仍有改進(jìn)的余地。因此，RF半導(dǎo)體領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)都在強(qiáng)調(diào)與包裝相關(guān)的工作，以提高電動汽車使用的可靠性。

WBG的美好未來–是否存在

在SiC成熟和GaN具有公認(rèn)優(yōu)勢的背景下，市場未能解決與WBG相關(guān)的可靠性問題，這最終限制了WBG型FR半導(dǎo)體在中國的市場滲透率。從長遠(yuǎn)來看。實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的WBG型半導(dǎo)體工程的唯一途徑是對惡劣工作條件下其失效機(jī)理的深入了解。專家還認(rèn)為，WBG可能會在沒有任何具體戰(zhàn)略支持的情況下實(shí)現(xiàn)市場成熟，而這些戰(zhàn)略支持將重新建立其可靠性以進(jìn)一步利用。

該行業(yè)的龐然大物正在做什么 ？

Wolfspeed 是一家總部位于美國的Cree Inc.公司，專門生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)SiC和GaN RF功率產(chǎn)品，最近推出了新的該產(chǎn)品可將電動汽車傳動系統(tǒng)的逆變器損耗降低75％以上。有了這種提高的效率，工程師很可能會發(fā)現(xiàn)新的參數(shù)，以在電池使用，范圍，設(shè)計(jì)，熱管理和封裝方面進(jìn)行創(chuàng)新。

電動和混合動力電動汽車中的逆變器會產(chǎn)生大量熱量，因此需要通過有效的冷卻機(jī)制來解決此問題。研究一次又一次地建議減小逆變器的尺寸和重量是改善電動汽車和混合動力汽車中汽車部件冷卻的關(guān)鍵。

業(yè)界的大多數(shù)領(lǐng)導(dǎo)者（例如 Hitachi，Ltd。）仍然借助采用液體或空氣直接冷卻變頻器的雙重冷卻技術(shù)，專注于逆變器的質(zhì)量和尺寸。所需的高壓RF電源模塊。這種機(jī)制還可以增加總體設(shè)計(jì)的緊湊性和靈活性，從而減少發(fā)電量。

期待緊湊型設(shè)計(jì)的重要性為了提高RF功率半導(dǎo)體在電動汽車中的適用性，三菱的超緊湊SiC逆變器之類的產(chǎn)品成為開拓者。 三菱電機(jī)公司特別開發(fā)了這種用于混合動力電動汽車的超緊湊型射頻功率產(chǎn)品，并聲稱它是世界上同類產(chǎn)品中最小的SiC器件。該設(shè)備減小的包裝體積消耗了車輛內(nèi)部顯著更少的空間，因此支撐了更高的燃料和能源效率。該設(shè)備的商業(yè)化有望在未來幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在新能源和工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織（日本NEDO）的部分支持下，該公司還將很快開始大規(guī)模生產(chǎn)超緊湊型SiC逆變器。

最后一年來，業(yè)界首個革命性的現(xiàn)場可編程控制單元（FPCU）作為一種新穎的半導(dǎo)體架構(gòu)問世，該架構(gòu)可能有助于擴(kuò)大電動和混合動力汽車的行駛里程和性能。這款射頻半導(dǎo)體器件是由位于法國的 Silicon Mobility 設(shè)計(jì)的，目的是使現(xiàn)有的EV和HEV技術(shù)發(fā)揮最大的潛力。 Silicon Mobility在FPCU開發(fā)中的制造合作伙伴是美國的半導(dǎo)體制造商GlobalFoundries。

RF功率半導(dǎo)體在亞太地區(qū)的需求激增 》

隨著世界迅速轉(zhuǎn)向低碳能源以實(shí)現(xiàn)高能效運(yùn)輸，在建筑中將高能效車輛的碳足跡最小化的壓力。即使大約十年前才開始大規(guī)模生產(chǎn)，電動汽車的市場也已經(jīng)超過了使用ICE（內(nèi)燃機(jī)）運(yùn)行的傳統(tǒng)汽車的市場。據(jù)報(bào)道，前者的增長速度幾乎是后者的10倍，到2040年底，電動汽車將占到新車銷售總量的1/3以上。

中國汽車工業(yè)協(xié)會的最新數(shù)據(jù)表明，僅在中國，2016年就銷售了超過100萬輛電動汽車，主要包括商用車和公共汽車。從長遠(yuǎn)來看，盡管中國仍將是最大的電動汽車市場，但在整個亞太地區(qū)，電動汽車的生產(chǎn)率一直處于較高水平。

消費(fèi)電子行業(yè)蓬勃發(fā)展，該地區(qū)最近見證了電動汽車市場的顯著增長，從而為射頻功率半導(dǎo)體（尤其是基于GaN的射頻功率半導(dǎo)體）的滲透創(chuàng)造了強(qiáng)大的機(jī)會。

截止到2018年底，射頻功率半導(dǎo)體市場的全球估值約為120億美元。隨著5G技術(shù)的興起，無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)的廣泛采用，消費(fèi)電子領(lǐng)域的繁榮前景以及電動汽車（EV）的銷售增長帶來的突破性機(jī)遇，RF功率半導(dǎo)體市場收入到2027年可能會以驚人的12％的復(fù)合年增長率增長。

責(zé)任編輯：wv