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नए अनुप्रयोग क्षेत्र में चार नाइट्रोजन कराहने के अवसर!
2022-03-17
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2021 में, 5G, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, औद्योगिक ऊर्जा रूपांतरण और नई ऊर्जा वाहनों की बढ़ती मांग के साथ, बेस स्टेशनों, ट्रांसड्यूसर और चार्जिंग स्टेशनों की मांग में काफी वृद्धि होगी, और गैलियम नाइट्राइड और सिलिकॉन कार्बाइड फीडर की मांग में वृद्धि होगी।ट्रेंडफोर्स जिबांग कंसल्टिंग रिसर्च के अनुसार, GaN बिजली घटकों का बाजार आकार 1.32 तक 2025 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंच जाएगा, जिसमें 94% की चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर होगी।
सिलिकॉन की तुलना में, GaN में व्यापक बैंड गैप, उच्च इलेक्ट्रॉन संतृप्ति दर, उच्च ब्रेकडाउन क्षेत्र और विद्युत क्षेत्र, और कम चालन हानि और ईएमएफ विशेषताएं हैं। GaN ऊर्जा का उपयोग मुख्य रूप से उपभोक्ता उत्पादों, नई ऊर्जा वाहनों, संचार और डेटा केंद्रों में किया जाता है।चरम कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन और कार्बन तटस्थता की पृष्ठभूमि के तहत, गैलियम नाइट्राइड ऊर्जा रूपांतरण की "क्रांति" को बढ़ावा देता है।"2020 में राष्ट्रीय बिजली उद्योग के आंकड़ों के अनुसार, राष्ट्रीय सामाजिक बिजली की खपत 7.5 ट्रिलियन kWh तक है। इस विशाल आंकड़े के तहत, बचत की दक्षता बहुत अधिक है। इससे हम देख सकते हैं कि कम स्विचिंग लॉस और GaN की उच्च आवृत्ति की विशेषताओं का व्यापक रूप से स्मार्ट लाइटिंग, इलेक्ट्रोमैकेनिकल रूपांतरण, डेटा सेंटर, इंटेलिजेंट इलेक्ट्रिक और इंटेलिजेंट ऑप्टिकल स्टोरेज में उपयोग किया जाएगा। " इनोसेंटी के वरिष्ठ प्रबंधक हे पेंग ने जिबांग कंसल्टिंग कंपाउंड सेमीकंडक्टर की 2022 दूरंदेशी विश्लेषण बैठक में कहा।
英诺赛科高级经理 贺鹏
एलईडी ड्राइव बिजली आपूर्ति में, चुंबकीय उपकरण और बिजली उपकरण के हीट सिंक की मात्रा कुल बिजली आपूर्ति के 1/3 से अधिक होती है। यह एलईडी ड्राइव के लघुकरण का एहसास करने और चुंबकीय उपकरण की मात्रा को कम करने का एक बेहतर तरीका है, जिससे हीट सिंक की मात्रा कम हो जाती है।
सिलिकॉन की तुलना में, गैलियम नाइट्राइड में स्विचिंग गति में उल्लेखनीय वृद्धि, स्विचिंग हानि में उल्लेखनीय कमी और दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। आम तौर पर, छोटे आकार की खोज दक्षता का त्याग कर देगी, लेकिन गैलियम नाइट्राइड का अनुप्रयोग यह सुनिश्चित कर सकता है कि छोटे आकार के मामले में दक्षता अभी भी बहुत अधिक हो सकती है।
मोटर ड्राइव उद्योग ने हमारे जीवन के सभी पहलुओं को कवर किया है, जिसमें सामान्य इलेक्ट्रिक साइकिल और बिजली उपकरण, साथ ही वेयरहाउसिंग रोबोट, आउटसोर्सिंग रोबोट, ड्रोन, सर्वो और मोटर की मुख्य ड्राइव शामिल हैं।
उदाहरण के तौर पर ड्रोन को लें, यदि आप सहनशक्ति में सुधार करना चाहते हैं, तो इसका मतलब है उच्च दक्षता रूपांतरण की आवश्यकता; कठोर वॉल्यूम का मतलब है कि एकीकृत डिज़ाइन के लिए उच्च शक्ति घनत्व की आवश्यकता होती है।
GaN ड्राइवर का अनुप्रयोग मोटर प्रणाली का एक व्यवस्थित व्यापक अनुकूलन है, और नियंत्रक की नियंत्रण सटीकता में काफी सुधार होगा। ड्राइवर और मोटर बॉडी के आकार में कमी के कारण, GaN का अनुप्रयोग ड्राइवर और मोटर बॉडी के डिज़ाइन के लिए अधिक अनुकूल है, जो सिस्टम के समग्र प्रदर्शन और लागत को अनुकूलित करेगा।
इससे पहले, यूरोपीय संघ ने 2023 में डेटा सेंटर ऊर्जा दक्षता के लिए अनिवार्य टाइटेनियम आवश्यकता जारी की थी। प्लैटिनम की चरम दक्षता को टाइटेनियम की 94% से बढ़ाकर 96% कर दिया गया है, जो सर्वर बिजली आपूर्ति के डिजाइन को बढ़ावा देगा।
हे पेंग को उम्मीद है कि सर्वर बिजली आपूर्ति के भविष्य के डिजाइन में डेटा सेंटर को एकीकृत करने की दक्षता, इसे एकीकृत करने की शक्ति घनत्व और लागत में कमी पर विचार किया जाएगा।
भविष्य में उच्च वोल्टेज क्षेत्र में GaN उपकरणों के अनुसंधान और विकास प्रौद्योगिकी में सुधार के साथ, GaN का व्यापक रूप से ओबीसी, बीएमएस और मोटर ड्राइव में उपयोग किया जाएगा।
वर्तमान में, GaN का उपयोग मुख्य रूप से पोर्टेबल ऊर्जा भंडारण स्टेशनों में किया जाता है। GaN का उपयोग करने से बिजली की खपत कम हो सकती है, बिजली घनत्व बढ़ सकता है और लागत कम हो सकती है।
चार चुनौतियाँ, चार अवसर!
बैठक में, हे पेंग ने गैलियम नाइट्राइड उपकरणों की चुनौतियों और संभावनाओं के बारे में चार पहलुओं को सामने रखा।
सिलिकॉन उपकरणों की तुलना में, GaN उपकरणों के प्रति इकाई क्षेत्र रॉन क्षेत्र में कुछ फायदे हैं, लेकिन वेफर और वर्तमान क्षमता में नुकसान हैं। समाधान यह है कि उत्पादन क्षमता बढ़ाई जाए और आईडीएम मोड में सिंगल डाई की लागत कम की जाए, और प्रक्रिया में सुधार किया जाए, उपज बढ़ाई जाए और वेफर की लागत कम की जाए।
सिलिकॉन की तुलना में, GaN की थ्रेशोल्ड वोल्टेज और अधिकतम वोल्टेज दोनों कम हैं, जिसका अर्थ है कि GaN ड्राइविंग की संवेदनशीलता अधिक है। दो समाधान हैं. एक एसके पिन को पेश करना है, जो ड्राइव सर्किट और पावर सर्किट को प्रभावी ढंग से अलग कर सकता है, और झूठी ट्रिगरिंग के कारण होने वाली गलती से बच सकता है। दूसरा, एकल पाइप से सीलिंग तक, विफलता दर को प्रभावी ढंग से कम करना।
GaN को मुख्य रूप से DFN और CSP में पैक किया जाता है, और इसका ताप अपव्यय क्षेत्र सिलिकॉन की तुलना में कम है। हम ऊष्मा अपव्यय क्षेत्र को बढ़ाने के लिए शीर्ष ऊष्मा अपव्यय वाले पैकेज विकसित कर सकते हैं। इसके अलावा, बेहतर थर्मल प्रतिरोध वाले पैकेजिंग फॉर्म, जैसे कॉपर क्लिप और एफएलसीएसपी का विकास, उनके थर्मल प्रतिरोध को छोटा कर देगा।
SiC का उच्च वोल्टेज 1700V जितना अधिक है, और GaN का उच्चतम वोल्टेज केवल 650V V है। इसलिए, तकनीकी मार्ग और प्रक्रिया में सुधार करना आवश्यक है, ताकि GaN का उच्च वोल्टेज और उच्च धारा पास आए और इसके माध्यम से टूट जाए। सैद्धांतिक सीमा.उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोग परिदृश्य में, GaN डायरेक्ट-ड्राइव ड्राइवरों को कम वोल्टेज रेंज, कम थ्रेशोल्ड वोल्टेज और सुपर-गुड डेड टाइम की आवश्यकता होती है। इसकी चुंबकीय सामग्री में कम चुंबकीय हानि, कम परजीवी पैरामीटर और बेहतर उच्च-आवृत्ति विशेषताओं की आवश्यकता होती है।
यूएचएफ चुंबकीय भागों के डिजाइन में, कम एसी हानि, कम परजीवी पैरामीटर और एकीकृत डिजाइन के लिए कुछ आवश्यकताएं हैं। इसके अलावा, उच्च शक्ति घनत्व के अनुप्रयोग में, सिस्टम घनत्व में वृद्धि के कारण सिस्टम गर्मी लंपटता और ईएमआई विशेषताओं की आवश्यकता के कारण, उच्च आवश्यकताओं को आगे रखा जाता है, और पीसीबी के डिजाइन की भी आवश्यकता होती है।"बेहतर स्विचिंग विशेषताएँ GaN बिजली उपकरणों को ऊर्जा की बचत और उत्सर्जन में कमी के लिए अधिक अनुकूल बनाती हैं, और GaN की उच्च आवृत्ति विशेषताएँ सिस्टम के उच्च शक्ति घनत्व के विकास को भी बढ़ावा देती हैं। एक नए उपकरण के रूप में, GaN का अनुसंधान और विकास और अनुप्रयोग अभी भी सुधार और संभावनाओं की बहुत बड़ी गुंजाइश है।" उन्होंने पेंग ने कहा।
नए अनुप्रयोग के तहत गैलियम नाइट्राइड "क्रांति"!
सिलिकॉन की तुलना में, GaN में व्यापक बैंड गैप, उच्च इलेक्ट्रॉन संतृप्ति दर, उच्च ब्रेकडाउन क्षेत्र और विद्युत क्षेत्र, और कम चालन हानि और ईएमएफ विशेषताएं हैं। GaN ऊर्जा का उपयोग मुख्य रूप से उपभोक्ता उत्पादों, नई ऊर्जा वाहनों, संचार और डेटा केंद्रों में किया जाता है।चरम कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन और कार्बन तटस्थता की पृष्ठभूमि के तहत, गैलियम नाइट्राइड ऊर्जा रूपांतरण की "क्रांति" को बढ़ावा देता है।"2020 में राष्ट्रीय बिजली उद्योग के आंकड़ों के अनुसार, राष्ट्रीय सामाजिक बिजली की खपत 7.5 ट्रिलियन kWh तक है। इस विशाल आंकड़े के तहत, बचत की दक्षता बहुत अधिक है। इससे हम देख सकते हैं कि कम स्विचिंग लॉस और GaN की उच्च आवृत्ति की विशेषताओं का व्यापक रूप से स्मार्ट लाइटिंग, इलेक्ट्रोमैकेनिकल रूपांतरण, डेटा सेंटर, इंटेलिजेंट इलेक्ट्रिक और इंटेलिजेंट ऑप्टिकल स्टोरेज में उपयोग किया जाएगा। " इनोसेंटी के वरिष्ठ प्रबंधक हे पेंग ने जिबांग कंसल्टिंग कंपाउंड सेमीकंडक्टर की 2022 दूरंदेशी विश्लेषण बैठक में कहा।
英诺赛科高级经理 贺鹏
एलईडी प्रकाश
एलईडी ड्राइव बिजली आपूर्ति में, चुंबकीय उपकरण और बिजली उपकरण के हीट सिंक की मात्रा कुल बिजली आपूर्ति के 1/3 से अधिक होती है। यह एलईडी ड्राइव के लघुकरण का एहसास करने और चुंबकीय उपकरण की मात्रा को कम करने का एक बेहतर तरीका है, जिससे हीट सिंक की मात्रा कम हो जाती है।
सिलिकॉन की तुलना में, गैलियम नाइट्राइड में स्विचिंग गति में उल्लेखनीय वृद्धि, स्विचिंग हानि में उल्लेखनीय कमी और दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। आम तौर पर, छोटे आकार की खोज दक्षता का त्याग कर देगी, लेकिन गैलियम नाइट्राइड का अनुप्रयोग यह सुनिश्चित कर सकता है कि छोटे आकार के मामले में दक्षता अभी भी बहुत अधिक हो सकती है।
विद्युत यांत्रिक रूपांतरण
मोटर ड्राइव उद्योग ने हमारे जीवन के सभी पहलुओं को कवर किया है, जिसमें सामान्य इलेक्ट्रिक साइकिल और बिजली उपकरण, साथ ही वेयरहाउसिंग रोबोट, आउटसोर्सिंग रोबोट, ड्रोन, सर्वो और मोटर की मुख्य ड्राइव शामिल हैं।
उदाहरण के तौर पर ड्रोन को लें, यदि आप सहनशक्ति में सुधार करना चाहते हैं, तो इसका मतलब है उच्च दक्षता रूपांतरण की आवश्यकता; कठोर वॉल्यूम का मतलब है कि एकीकृत डिज़ाइन के लिए उच्च शक्ति घनत्व की आवश्यकता होती है।
GaN ड्राइवर का अनुप्रयोग मोटर प्रणाली का एक व्यवस्थित व्यापक अनुकूलन है, और नियंत्रक की नियंत्रण सटीकता में काफी सुधार होगा। ड्राइवर और मोटर बॉडी के आकार में कमी के कारण, GaN का अनुप्रयोग ड्राइवर और मोटर बॉडी के डिज़ाइन के लिए अधिक अनुकूल है, जो सिस्टम के समग्र प्रदर्शन और लागत को अनुकूलित करेगा।
डाटा सेंटर
इससे पहले, यूरोपीय संघ ने 2023 में डेटा सेंटर ऊर्जा दक्षता के लिए अनिवार्य टाइटेनियम आवश्यकता जारी की थी। प्लैटिनम की चरम दक्षता को टाइटेनियम की 94% से बढ़ाकर 96% कर दिया गया है, जो सर्वर बिजली आपूर्ति के डिजाइन को बढ़ावा देगा।
हे पेंग को उम्मीद है कि सर्वर बिजली आपूर्ति के भविष्य के डिजाइन में डेटा सेंटर को एकीकृत करने की दक्षता, इसे एकीकृत करने की शक्ति घनत्व और लागत में कमी पर विचार किया जाएगा।
इलेक्ट्रिक वाहन
भविष्य में उच्च वोल्टेज क्षेत्र में GaN उपकरणों के अनुसंधान और विकास प्रौद्योगिकी में सुधार के साथ, GaN का व्यापक रूप से ओबीसी, बीएमएस और मोटर ड्राइव में उपयोग किया जाएगा।
फोटोवोल्टिक ऊर्जा भंडारण
वर्तमान में, GaN का उपयोग मुख्य रूप से पोर्टेबल ऊर्जा भंडारण स्टेशनों में किया जाता है। GaN का उपयोग करने से बिजली की खपत कम हो सकती है, बिजली घनत्व बढ़ सकता है और लागत कम हो सकती है।
चार चुनौतियाँ, चार अवसर!
बैठक में, हे पेंग ने गैलियम नाइट्राइड उपकरणों की चुनौतियों और संभावनाओं के बारे में चार पहलुओं को सामने रखा।
रॉन*क्षेत्र बनाम कीमत और वर्तमान क्षमता
सिलिकॉन उपकरणों की तुलना में, GaN उपकरणों के प्रति इकाई क्षेत्र रॉन क्षेत्र में कुछ फायदे हैं, लेकिन वेफर और वर्तमान क्षमता में नुकसान हैं। समाधान यह है कि उत्पादन क्षमता बढ़ाई जाए और आईडीएम मोड में सिंगल डाई की लागत कम की जाए, और प्रक्रिया में सुधार किया जाए, उपज बढ़ाई जाए और वेफर की लागत कम की जाए।
ड्राइव
सिलिकॉन की तुलना में, GaN की थ्रेशोल्ड वोल्टेज और अधिकतम वोल्टेज दोनों कम हैं, जिसका अर्थ है कि GaN ड्राइविंग की संवेदनशीलता अधिक है। दो समाधान हैं. एक एसके पिन को पेश करना है, जो ड्राइव सर्किट और पावर सर्किट को प्रभावी ढंग से अलग कर सकता है, और झूठी ट्रिगरिंग के कारण होने वाली गलती से बच सकता है। दूसरा, एकल पाइप से सीलिंग तक, विफलता दर को प्रभावी ढंग से कम करना।
और पैकेजिंग और गर्मी लंपटता।
GaN को मुख्य रूप से DFN और CSP में पैक किया जाता है, और इसका ताप अपव्यय क्षेत्र सिलिकॉन की तुलना में कम है। हम ऊष्मा अपव्यय क्षेत्र को बढ़ाने के लिए शीर्ष ऊष्मा अपव्यय वाले पैकेज विकसित कर सकते हैं। इसके अलावा, बेहतर थर्मल प्रतिरोध वाले पैकेजिंग फॉर्म, जैसे कॉपर क्लिप और एफएलसीएसपी का विकास, उनके थर्मल प्रतिरोध को छोटा कर देगा।
उच्च वोल्टेज और उच्च धारा अनुप्रयोगों का सामना करना
SiC का उच्च वोल्टेज 1700V जितना अधिक है, और GaN का उच्चतम वोल्टेज केवल 650V V है। इसलिए, तकनीकी मार्ग और प्रक्रिया में सुधार करना आवश्यक है, ताकि GaN का उच्च वोल्टेज और उच्च धारा पास आए और इसके माध्यम से टूट जाए। सैद्धांतिक सीमा.उच्च-आवृत्ति अनुप्रयोग परिदृश्य में, GaN डायरेक्ट-ड्राइव ड्राइवरों को कम वोल्टेज रेंज, कम थ्रेशोल्ड वोल्टेज और सुपर-गुड डेड टाइम की आवश्यकता होती है। इसकी चुंबकीय सामग्री में कम चुंबकीय हानि, कम परजीवी पैरामीटर और बेहतर उच्च-आवृत्ति विशेषताओं की आवश्यकता होती है।
यूएचएफ चुंबकीय भागों के डिजाइन में, कम एसी हानि, कम परजीवी पैरामीटर और एकीकृत डिजाइन के लिए कुछ आवश्यकताएं हैं। इसके अलावा, उच्च शक्ति घनत्व के अनुप्रयोग में, सिस्टम घनत्व में वृद्धि के कारण सिस्टम गर्मी लंपटता और ईएमआई विशेषताओं की आवश्यकता के कारण, उच्च आवश्यकताओं को आगे रखा जाता है, और पीसीबी के डिजाइन की भी आवश्यकता होती है।"बेहतर स्विचिंग विशेषताएँ GaN बिजली उपकरणों को ऊर्जा की बचत और उत्सर्जन में कमी के लिए अधिक अनुकूल बनाती हैं, और GaN की उच्च आवृत्ति विशेषताएँ सिस्टम के उच्च शक्ति घनत्व के विकास को भी बढ़ावा देती हैं। एक नए उपकरण के रूप में, GaN का अनुसंधान और विकास और अनुप्रयोग अभी भी सुधार और संभावनाओं की बहुत बड़ी गुंजाइश है।" उन्होंने पेंग ने कहा।
घरेलू गैलियम नाइट्राइड तेजी से आगे बढ़ रहा है!
2015 में स्थापित, INSEC 8-इंच सिलिकॉन-आधारित GaN उपकरणों के अनुसंधान एवं विकास और निर्माण पर केंद्रित है। वर्तमान में, यह झुहाई और सूज़ौ में स्थित है।
उनमें से, झुहाई में उत्पादन आधार की मासिक उत्पादन क्षमता पहले से ही 4K है, और सूज़ौ में अब 6K से 10,000 टुकड़ों की उत्पादन क्षमता है। भविष्य में, सूज़ौ की पूर्ण उत्पादन क्षमता 65K प्रति माह तक पहुंच जाएगी।उत्पादों के संदर्भ में, InnoSeco ने 150V उच्च-वोल्टेज क्षेत्र में 200/260/480/650mΩ उपकरणों को कवर किया है। वर्तमान में, 80mω उपकरणों के नमूने हैं, और नमूने अगले वर्ष ग्राहकों को प्रदान किए जाएंगे।कम वोल्टेज के संदर्भ में, बड़े पैमाने पर उत्पादन 100V से 150V तक किया जाता है, जिसमें लेजर रडार, सिंक्रोनस रेक्टिफिकेशन और मोटर ड्राइव शामिल है।इस बीच, InnoSeco कम वोल्टेज विकसित कर रहा है, जिसमें 30V और 40V और 3Mω और 4Mω से कम डिवाइस शामिल हैं।इससे पहले, ट्रेंडफोर्स जिबांग कंसल्टिंग ने 2021 में वैश्विक GaN बिजली निर्माताओं की अनुमानित बाजार हिस्सेदारी जारी की थी। 2021 में, InnoSeco की बाजार हिस्सेदारी एक झटके में 20% तक चढ़ गई, और दुनिया में तीसरे स्थान पर पहुंच गई, मुख्य रूप से इसके उच्च-वोल्टेज और कम-वोल्टेज GaN उत्पादों के शिपमेंट में पर्याप्त वृद्धि से लाभ हुआ। उनमें से, फास्ट चार्जिंग उत्पादों ने पहली बार पहली पंक्ति के नोटबुक निर्माताओं की आपूर्ति श्रृंखला में प्रवेश किया।
अस्वीकरण: यह लेख "कंपाउंड सेमीकंडक्टर मार्केट" से पुन: प्रस्तुत किया गया है। यह लेख केवल लेखक के व्यक्तिगत विचारों का प्रतिनिधित्व करता है, सैको माइक्रो और उद्योग का नहीं। यह केवल बौद्धिक संपदा अधिकारों की सुरक्षा का समर्थन करने के लिए पुनर्मुद्रण और साझा करने के लिए है। कृपया पुनर्मुद्रण करते समय मूल स्रोत और लेखक का उल्लेख करें। यदि कोई उल्लंघन है, तो कृपया उसे हटाने के लिए हमसे संपर्क करें।
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