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Les opportunités des quatre gémissements d'azote dans le nouveau domaine d'application !
2022-03-17
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En 2021, avec la demande croissante de 5G, d'électronique grand public, de conversion d'énergie industrielle et de véhicules à énergie nouvelle, la demande de stations de base, de transducteurs et de stations de recharge augmentera considérablement, ainsi que la demande de chargeurs en nitrure de gallium et en carbure de silicium.Selon TrendForce Jibang Consulting Research, la taille du marché des composants électriques GaN atteindra 1.32 milliard de dollars d'ici 2025, avec un taux de croissance annuel composé de 94 %.
Comparé au silicium, le GaN présente une large bande interdite, un taux de saturation électronique élevé, un champ de claquage et un champ électrique élevés, ainsi qu'une perte de conduction et des caractéristiques EMF plus faibles. L'énergie GaN est principalement utilisée dans les produits de consommation, les véhicules à énergies nouvelles, les communications et les centres de données.Dans le contexte des pics d'émissions de dioxyde de carbone et de neutralité carbone, le nitrure de gallium favorise la « révolution » de la conversion énergétique.« Selon les statistiques nationales de l'industrie électrique en 2020, la consommation sociale nationale d'électricité s'élève à 7.5 XNUMX milliards de kWh. Sous ce chiffre énorme, l'efficacité des économies est énorme. De là, nous pouvons voir que les caractéristiques de faible perte de commutation et de haute fréquence du GaN seront largement utilisées dans l'éclairage intelligent, la conversion électromécanique, les centres de données, le stockage électrique intelligent et optique intelligent. " He Peng, directeur principal d'Innocenti, a déclaré lors de la réunion d'analyse prospective 2022 de Jibang Consulting Compound Semiconductor.
英诺赛科高级经理贺鹏
Dans l'alimentation du lecteur LED, le volume du dissipateur thermique du dispositif magnétique et du dispositif d'alimentation représente plus d'un tiers de l'alimentation totale. C'est une meilleure façon de réaliser la miniaturisation du lecteur LED et de réduire le volume du dispositif magnétique, réduisant ainsi le volume du dissipateur thermique.
Comparé au silicium, le nitrure de gallium présente une augmentation significative de la vitesse de commutation, une diminution significative des pertes de commutation et une augmentation significative de l'efficacité. Généralement, la recherche d'une petite taille sacrifiera l'efficacité, mais l'application de nitrure de gallium peut garantir que l'efficacité peut encore être très élevée dans le cas d'une petite taille.
L'industrie des entraînements motorisés a couvert tous les aspects de nos vies, y compris les vélos électriques et les outils électriques courants, ainsi que les robots d'entreposage, les robots d'externalisation, les drones, les servos et l'entraînement principal des moteurs.
Prenons l'exemple du drone, si vous souhaitez améliorer l'endurance, cela signifie l'exigence d'une conversion à haut rendement ; Le volume élevé signifie que la conception intégrée nécessite une densité de puissance plus élevée.
L'application du pilote GaN constitue une optimisation complète et systématique du système moteur, et la précision du contrôle du contrôleur sera grandement améliorée. En raison de la réduction de la taille du corps du pilote et du moteur, l'application du GaN est plus propice à la conception du corps du pilote et du moteur, ce qui optimisera les performances globales et le coût du système.
Auparavant, l’Union européenne avait émis une exigence obligatoire en matière de titane pour l’efficacité énergétique des centres de données en 2023. L'efficacité maximale du platine est passée de 94 % à 96 % de celle du titane, ce qui favorisera la conception de l'alimentation du serveur.
He Peng espère que dans la conception future de l'alimentation électrique du serveur, l'efficacité de l'intégration du centre de données, la densité de puissance de son intégration et la réduction des coûts seront prises en compte.
Avec l'amélioration future de la technologie de recherche et de développement des dispositifs GaN dans le domaine de la haute tension, le GaN sera largement utilisé dans les OBC, les BMS et les entraînements moteurs.
À l’heure actuelle, le GaN est principalement utilisé dans les stations portables de stockage d’énergie. L'utilisation de GaN peut réduire la consommation d'énergie, augmenter la densité de puissance et réduire les coûts.
Quatre défis, quatre opportunités !
Lors de la réunion, He Peng a présenté quatre aspects des défis et des perspectives des dispositifs au nitrure de gallium.
Par rapport aux dispositifs au silicium, les dispositifs GaN présentent certains avantages en termes de surface Ron par unité de surface, mais des inconvénients en termes de tranche et de capacité de courant. La solution consiste à augmenter la capacité de production et à réduire le coût d'une seule puce en mode IDM, ainsi qu'à améliorer le processus, à augmenter le rendement et à réduire le coût de la tranche.
Par rapport au silicium, la tension de seuil et la tension maximale du GaN sont toutes deux faibles, ce qui signifie que la sensibilité du pilotage du GaN est plus élevée. Il existe deux solutions. La première consiste à introduire la broche SK, qui peut découpler efficacement le circuit d'entraînement et le circuit d'alimentation, et éviter les défauts causés par un faux déclenchement. Deuxièmement, du tube unique au scellement, réduisant efficacement le taux de défaillance.
Le GaN est principalement conditionné en DFN et CSP, et sa zone de dissipation thermique est inférieure à celle du silicium. Nous pouvons développer des packages avec une dissipation thermique optimale pour augmenter la zone de dissipation thermique. De plus, le développement de formes d'emballage offrant une meilleure résistance thermique, telles que les clips en cuivre et le FLCSP, réduiront leur résistance thermique.
La haute tension du SiC atteint 1700 650 V et la tension la plus élevée du GaN n'est que de XNUMX V V. Par conséquent, il est nécessaire d'améliorer l'itinéraire et le processus techniques, afin que la haute tension et le courant élevé du GaN s'approchent et franchissent le limite théorique.Dans le scénario d'application haute fréquence, les pilotes à entraînement direct GaN ont besoin d'une plage de tension basse, d'une tension de seuil faible et d'un temps mort extrêmement bon. Son matériau magnétique doit présenter une faible perte magnétique, de faibles paramètres parasites et de meilleures caractéristiques haute fréquence.
Dans la conception de pièces magnétiques UHF, il existe certaines exigences en matière de faible perte CA, de faibles paramètres parasites et de conception intégrée. De plus, dans l'application d'une densité de puissance élevée, en raison des exigences de dissipation thermique du système et des caractéristiques EMI apportées par l'augmentation de la densité du système, des exigences plus élevées sont mises en avant et la conception des PCB est également requise.« Les caractéristiques de commutation supérieures rendent les dispositifs d'alimentation GaN plus propices aux économies d'énergie et à la réduction des émissions, et les caractéristiques haute fréquence du GaN favorisent également le développement d'une densité de puissance élevée du système. En tant que nouveau dispositif, la recherche, le développement et l'application du GaN il y a encore une énorme marge d'amélioration et un énorme potentiel." Dit-il Peng.
La « révolution » du nitrure de gallium sous une nouvelle application !
Comparé au silicium, le GaN présente une large bande interdite, un taux de saturation électronique élevé, un champ de claquage et un champ électrique élevés, ainsi qu'une perte de conduction et des caractéristiques EMF plus faibles. L'énergie GaN est principalement utilisée dans les produits de consommation, les véhicules à énergies nouvelles, les communications et les centres de données.Dans le contexte des pics d'émissions de dioxyde de carbone et de neutralité carbone, le nitrure de gallium favorise la « révolution » de la conversion énergétique.« Selon les statistiques nationales de l'industrie électrique en 2020, la consommation sociale nationale d'électricité s'élève à 7.5 XNUMX milliards de kWh. Sous ce chiffre énorme, l'efficacité des économies est énorme. De là, nous pouvons voir que les caractéristiques de faible perte de commutation et de haute fréquence du GaN seront largement utilisées dans l'éclairage intelligent, la conversion électromécanique, les centres de données, le stockage électrique intelligent et optique intelligent. " He Peng, directeur principal d'Innocenti, a déclaré lors de la réunion d'analyse prospective 2022 de Jibang Consulting Compound Semiconductor.
英诺赛科高级经理贺鹏
éclairage à led
Dans l'alimentation du lecteur LED, le volume du dissipateur thermique du dispositif magnétique et du dispositif d'alimentation représente plus d'un tiers de l'alimentation totale. C'est une meilleure façon de réaliser la miniaturisation du lecteur LED et de réduire le volume du dispositif magnétique, réduisant ainsi le volume du dissipateur thermique.
Comparé au silicium, le nitrure de gallium présente une augmentation significative de la vitesse de commutation, une diminution significative des pertes de commutation et une augmentation significative de l'efficacité. Généralement, la recherche d'une petite taille sacrifiera l'efficacité, mais l'application de nitrure de gallium peut garantir que l'efficacité peut encore être très élevée dans le cas d'une petite taille.
Conversion électromécanique
L'industrie des entraînements motorisés a couvert tous les aspects de nos vies, y compris les vélos électriques et les outils électriques courants, ainsi que les robots d'entreposage, les robots d'externalisation, les drones, les servos et l'entraînement principal des moteurs.
Prenons l'exemple du drone, si vous souhaitez améliorer l'endurance, cela signifie l'exigence d'une conversion à haut rendement ; Le volume élevé signifie que la conception intégrée nécessite une densité de puissance plus élevée.
L'application du pilote GaN constitue une optimisation complète et systématique du système moteur, et la précision du contrôle du contrôleur sera grandement améliorée. En raison de la réduction de la taille du corps du pilote et du moteur, l'application du GaN est plus propice à la conception du corps du pilote et du moteur, ce qui optimisera les performances globales et le coût du système.
centre de données
Auparavant, l’Union européenne avait émis une exigence obligatoire en matière de titane pour l’efficacité énergétique des centres de données en 2023. L'efficacité maximale du platine est passée de 94 % à 96 % de celle du titane, ce qui favorisera la conception de l'alimentation du serveur.
He Peng espère que dans la conception future de l'alimentation électrique du serveur, l'efficacité de l'intégration du centre de données, la densité de puissance de son intégration et la réduction des coûts seront prises en compte.
Véhicule électrique
Avec l'amélioration future de la technologie de recherche et de développement des dispositifs GaN dans le domaine de la haute tension, le GaN sera largement utilisé dans les OBC, les BMS et les entraînements moteurs.
Stockage d'énergie photovoltaïque
À l’heure actuelle, le GaN est principalement utilisé dans les stations portables de stockage d’énergie. L'utilisation de GaN peut réduire la consommation d'énergie, augmenter la densité de puissance et réduire les coûts.
Quatre défis, quatre opportunités !
Lors de la réunion, He Peng a présenté quatre aspects des défis et des perspectives des dispositifs au nitrure de gallium.
Ron*Area vs prix et capacité actuelle
Par rapport aux dispositifs au silicium, les dispositifs GaN présentent certains avantages en termes de surface Ron par unité de surface, mais des inconvénients en termes de tranche et de capacité de courant. La solution consiste à augmenter la capacité de production et à réduire le coût d'une seule puce en mode IDM, ainsi qu'à améliorer le processus, à augmenter le rendement et à réduire le coût de la tranche.
motivation
Par rapport au silicium, la tension de seuil et la tension maximale du GaN sont toutes deux faibles, ce qui signifie que la sensibilité du pilotage du GaN est plus élevée. Il existe deux solutions. La première consiste à introduire la broche SK, qui peut découpler efficacement le circuit d'entraînement et le circuit d'alimentation, et éviter les défauts causés par un faux déclenchement. Deuxièmement, du tube unique au scellement, réduisant efficacement le taux de défaillance.
Et l'emballage et la dissipation thermique.
Le GaN est principalement conditionné en DFN et CSP, et sa zone de dissipation thermique est inférieure à celle du silicium. Nous pouvons développer des packages avec une dissipation thermique optimale pour augmenter la zone de dissipation thermique. De plus, le développement de formes d'emballage offrant une meilleure résistance thermique, telles que les clips en cuivre et le FLCSP, réduiront leur résistance thermique.
Applications à haute tension de tenue et à courant élevé
La haute tension du SiC atteint 1700 650 V et la tension la plus élevée du GaN n'est que de XNUMX V V. Par conséquent, il est nécessaire d'améliorer l'itinéraire et le processus techniques, afin que la haute tension et le courant élevé du GaN s'approchent et franchissent le limite théorique.Dans le scénario d'application haute fréquence, les pilotes à entraînement direct GaN ont besoin d'une plage de tension basse, d'une tension de seuil faible et d'un temps mort extrêmement bon. Son matériau magnétique doit présenter une faible perte magnétique, de faibles paramètres parasites et de meilleures caractéristiques haute fréquence.
Dans la conception de pièces magnétiques UHF, il existe certaines exigences en matière de faible perte CA, de faibles paramètres parasites et de conception intégrée. De plus, dans l'application d'une densité de puissance élevée, en raison des exigences de dissipation thermique du système et des caractéristiques EMI apportées par l'augmentation de la densité du système, des exigences plus élevées sont mises en avant et la conception des PCB est également requise.« Les caractéristiques de commutation supérieures rendent les dispositifs d'alimentation GaN plus propices aux économies d'énergie et à la réduction des émissions, et les caractéristiques haute fréquence du GaN favorisent également le développement d'une densité de puissance élevée du système. En tant que nouveau dispositif, la recherche, le développement et l'application du GaN il y a encore une énorme marge d'amélioration et un énorme potentiel." Dit-il Peng.
Le nitrure de gallium domestique progresse à pas de géant !
Fondée en 2015, INSEC se concentre sur la R&D et la fabrication de dispositifs GaN à base de silicium de 8 pouces. Actuellement, elle est basée à Zhuhai et Suzhou.
Parmi eux, la base de production de Zhuhai a déjà une capacité de production mensuelle de 4K, et Suzhou a désormais une capacité de production de 6K à 10,000 65 pièces. À l'avenir, la pleine capacité de production de Suzhou atteindra XNUMX XNUMX par mois.En termes de produits, InnoSeco a couvert les appareils 150/200/260/480 mΩ dans le domaine haute tension 650 V. À l'heure actuelle, il existe des échantillons d'appareils de 80 mω, et des échantillons seront fournis aux clients l'année prochaine.En termes de basse tension, la production de masse est réalisée de 100 V à 150 V, impliquant un radar laser, un redressement synchrone et un entraînement moteur.Parallèlement, InnoSeco développe des tensions inférieures, notamment 30 V et 40 V, et des appareils inférieurs à 3 Mω et 4 Mω.Auparavant, TrendForce Jibang Consulting avait publié la part de marché estimée des fabricants mondiaux d’énergie GaN en 2021. En 2021, la part de marché d'InnoSeco a grimpé d'un seul coup jusqu'à 20 %, et s'est hissée à la troisième place mondiale, bénéficiant principalement de l'augmentation substantielle des expéditions de ses produits GaN haute et basse tension. Parmi eux, les produits à charge rapide sont entrés pour la première fois dans la chaîne d'approvisionnement des fabricants d'ordinateurs portables de première ligne.
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