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Le opportunità dei quattro gemiti di azoto nel nuovo campo applicativo!
2022-03-17
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Nel 2021, con la crescente domanda di 5G, elettronica di consumo, conversione dell’energia industriale e nuovi veicoli energetici, la domanda di stazioni base, trasduttori e stazioni di ricarica aumenterà sostanzialmente, così come aumenterà la domanda di alimentatori di nitruro di gallio e carburo di silicio.Secondo TrendForce Jibang Consulting Research, la dimensione del mercato dei componenti di potenza GaN raggiungerà 1.32 miliardi di dollari entro il 2025, con un tasso di crescita annuo composto del 94%.
Rispetto al silicio, il GaN presenta un ampio intervallo di banda, un elevato tasso di saturazione degli elettroni, un campo elettrico e un campo di rottura elevati, nonché caratteristiche di perdita di conduzione e campi elettromagnetici inferiori. L’energia GaN viene utilizzata principalmente nei prodotti di consumo, nei veicoli a nuova energia, nelle comunicazioni e nei data center.In un contesto di picco delle emissioni di anidride carbonica e di neutralità del carbonio, il nitruro di gallio promuove la "rivoluzione" della conversione energetica."Secondo le statistiche nazionali del settore energetico nel 2020, il consumo sociale nazionale di elettricità ammonta a 7.5 trilioni di kWh. Sotto questa cifra enorme, l'efficienza del risparmio è enorme. Da ciò, possiamo vedere che le caratteristiche di bassa perdita di commutazione e alta frequenza del GaN saranno ampiamente utilizzate nell'illuminazione intelligente, nella conversione elettromeccanica, nei data center, nell'archiviazione elettrica e ottica intelligente. " He Peng, senior manager di Innocenti, ha dichiarato alla riunione di analisi lungimirante del 2022 di Jibang Consulting Compound Semiconductor.
英诺赛科高级经理 贺鹏
Nell'alimentatore del drive LED, il volume del dissipatore di calore del dispositivo magnetico e del dispositivo di alimentazione rappresenta più di 1/3 dell'alimentatore totale. È un modo migliore per realizzare la miniaturizzazione dell'azionamento LED e ridurre il volume del dispositivo magnetico, riducendo così il volume del dissipatore di calore.
Rispetto al silicio, il nitruro di gallio presenta un aumento significativo della velocità di commutazione, una diminuzione significativa della perdita di commutazione e un aumento significativo dell'efficienza. In generale, il perseguimento di dimensioni ridotte sacrificherà l'efficienza, ma l'applicazione del nitruro di gallio può garantire che l'efficienza possa essere ancora molto elevata in caso di dimensioni ridotte.
L’industria della trasmissione a motore ha coperto tutti gli aspetti della nostra vita, comprese le comuni biciclette elettriche e gli utensili elettrici, nonché robot di stoccaggio, robot di outsourcing, droni, servocomandi e l’azionamento principale dei motori.
Prendiamo ad esempio il drone: se si vuole migliorare la resistenza, ciò implica l'esigenza di una conversione ad alta efficienza; Il volume rigido significa che il design integrato richiede una maggiore densità di potenza.
L'applicazione del driver GaN rappresenta un'ottimizzazione sistematica e completa del sistema motore e la precisione del controllo del controller verrà notevolmente migliorata. A causa della riduzione delle dimensioni del driver e del corpo motore, l'applicazione del GaN è più favorevole alla progettazione del driver e del corpo motore, ottimizzando le prestazioni complessive e il costo del sistema.
In precedenza, l'Unione Europea aveva emanato un requisito obbligatorio per l'efficienza energetica dei data center, ovvero il titanio, nel 2023. L'efficienza di picco del platino è aumentata dal 94% al 96% del titanio, il che favorirà la progettazione dell'alimentatore del server.
He Peng prevede che nella progettazione futura dell'alimentatore del server si prenderanno in considerazione l'efficienza dell'integrazione del data center, la densità di potenza dell'integrazione e la riduzione dei costi.
Con il miglioramento della tecnologia di ricerca e sviluppo dei dispositivi GaN nel campo dell'alta tensione in futuro, il GaN sarà ampiamente utilizzato in OBC, BMS e azionamento di motori.
Attualmente il GaN viene utilizzato principalmente nelle stazioni portatili di accumulo dell’energia. L'utilizzo del GaN può ridurre il consumo energetico, aumentare la densità di potenza e ridurre i costi.
Quattro sfide, quattro opportunità!
Durante l'incontro, He Peng ha presentato quattro aspetti sulle sfide e sulle prospettive dei dispositivi al nitruro di gallio.
Rispetto ai dispositivi in silicio, i dispositivi GaN presentano alcuni vantaggi in termini di area Ron per unità di area, ma svantaggi in termini di wafer e capacità di corrente. La soluzione è aumentare la capacità produttiva e ridurre il costo del singolo Die in modalità IDM, nonché migliorare il processo, aumentare la resa e ridurre il costo del wafer.
Rispetto al silicio, la tensione di soglia e la tensione massima del GaN sono entrambe basse, il che significa che la sensibilità del pilotaggio del GaN è maggiore. Ci sono due soluzioni. Il primo è introdurre il pin SK, che può disaccoppiare efficacemente il circuito di azionamento e il circuito di alimentazione ed evitare guasti causati da falsi allarmi. In secondo luogo, dal tubo singolo alla sigillatura, riducendo efficacemente il tasso di guasto.
Il GaN è principalmente confezionato in DFN e CSP e la sua area di dissipazione del calore è inferiore a quella del silicio. Possiamo sviluppare pacchetti con dissipazione del calore superiore per aumentare l'area di dissipazione del calore. Inoltre, lo sviluppo di forme di imballaggio con una migliore resistenza termica, come clip in rame e FLCSP, ne ridurranno la resistenza termica.
L'alta tensione del SiC arriva fino a 1700 V e la tensione più alta del GaN è di soli 650 V V. Pertanto, è necessario migliorare il percorso tecnico e il processo, in modo che l'alta tensione e l'alta corrente del GaN si avvicinino e sfondano il limite teorico.Nello scenario applicativo ad alta frequenza, i driver GaN ad azionamento diretto necessitano di un intervallo di bassa tensione, una tensione di soglia bassa e tempi morti eccellenti. Il suo materiale magnetico deve avere una bassa perdita magnetica, bassi parametri parassiti e migliori caratteristiche ad alta frequenza.
Nella progettazione delle parti magnetiche UHF, esistono determinati requisiti per una bassa perdita CA, bassi parametri parassiti e una progettazione integrata. Inoltre, nell'applicazione di un'elevata densità di potenza, a causa dei requisiti di dissipazione del calore del sistema e delle caratteristiche EMI portate dall'aumento della densità del sistema, vengono imposti requisiti più elevati ed è richiesta anche la progettazione del PCB."Le caratteristiche di commutazione superiori rendono i dispositivi di potenza GaN più favorevoli al risparmio energetico e alla riduzione delle emissioni, e le caratteristiche di alta frequenza del GaN promuovono anche lo sviluppo di un'elevata densità di potenza del sistema. Come nuovo dispositivo, la ricerca, lo sviluppo e l'applicazione di GaN hanno ancora un enorme margine di miglioramento e potenziale." Ha detto Peng.
La "rivoluzione" del nitruro di gallio con una nuova applicazione!
Rispetto al silicio, il GaN presenta un ampio intervallo di banda, un elevato tasso di saturazione degli elettroni, un campo elettrico e un campo di rottura elevati, nonché caratteristiche di perdita di conduzione e campi elettromagnetici inferiori. L’energia GaN viene utilizzata principalmente nei prodotti di consumo, nei veicoli a nuova energia, nelle comunicazioni e nei data center.In un contesto di picco delle emissioni di anidride carbonica e di neutralità del carbonio, il nitruro di gallio promuove la "rivoluzione" della conversione energetica."Secondo le statistiche nazionali del settore energetico nel 2020, il consumo sociale nazionale di elettricità ammonta a 7.5 trilioni di kWh. Sotto questa cifra enorme, l'efficienza del risparmio è enorme. Da ciò, possiamo vedere che le caratteristiche di bassa perdita di commutazione e alta frequenza del GaN saranno ampiamente utilizzate nell'illuminazione intelligente, nella conversione elettromeccanica, nei data center, nell'archiviazione elettrica e ottica intelligente. " He Peng, senior manager di Innocenti, ha dichiarato alla riunione di analisi lungimirante del 2022 di Jibang Consulting Compound Semiconductor.
英诺赛科高级经理 贺鹏
illuminazione a led
Nell'alimentatore del drive LED, il volume del dissipatore di calore del dispositivo magnetico e del dispositivo di alimentazione rappresenta più di 1/3 dell'alimentatore totale. È un modo migliore per realizzare la miniaturizzazione dell'azionamento LED e ridurre il volume del dispositivo magnetico, riducendo così il volume del dissipatore di calore.
Rispetto al silicio, il nitruro di gallio presenta un aumento significativo della velocità di commutazione, una diminuzione significativa della perdita di commutazione e un aumento significativo dell'efficienza. In generale, il perseguimento di dimensioni ridotte sacrificherà l'efficienza, ma l'applicazione del nitruro di gallio può garantire che l'efficienza possa essere ancora molto elevata in caso di dimensioni ridotte.
Conversione elettromeccanica
L’industria della trasmissione a motore ha coperto tutti gli aspetti della nostra vita, comprese le comuni biciclette elettriche e gli utensili elettrici, nonché robot di stoccaggio, robot di outsourcing, droni, servocomandi e l’azionamento principale dei motori.
Prendiamo ad esempio il drone: se si vuole migliorare la resistenza, ciò implica l'esigenza di una conversione ad alta efficienza; Il volume rigido significa che il design integrato richiede una maggiore densità di potenza.
L'applicazione del driver GaN rappresenta un'ottimizzazione sistematica e completa del sistema motore e la precisione del controllo del controller verrà notevolmente migliorata. A causa della riduzione delle dimensioni del driver e del corpo motore, l'applicazione del GaN è più favorevole alla progettazione del driver e del corpo motore, ottimizzando le prestazioni complessive e il costo del sistema.
data center
In precedenza, l'Unione Europea aveva emanato un requisito obbligatorio per l'efficienza energetica dei data center, ovvero il titanio, nel 2023. L'efficienza di picco del platino è aumentata dal 94% al 96% del titanio, il che favorirà la progettazione dell'alimentatore del server.
He Peng prevede che nella progettazione futura dell'alimentatore del server si prenderanno in considerazione l'efficienza dell'integrazione del data center, la densità di potenza dell'integrazione e la riduzione dei costi.
veicolo elettrico
Con il miglioramento della tecnologia di ricerca e sviluppo dei dispositivi GaN nel campo dell'alta tensione in futuro, il GaN sarà ampiamente utilizzato in OBC, BMS e azionamento di motori.
Accumulo di energia fotovoltaica
Attualmente il GaN viene utilizzato principalmente nelle stazioni portatili di accumulo dell’energia. L'utilizzo del GaN può ridurre il consumo energetico, aumentare la densità di potenza e ridurre i costi.
Quattro sfide, quattro opportunità!
Durante l'incontro, He Peng ha presentato quattro aspetti sulle sfide e sulle prospettive dei dispositivi al nitruro di gallio.
Ron*Area rispetto al prezzo e alla capacità attuale
Rispetto ai dispositivi in silicio, i dispositivi GaN presentano alcuni vantaggi in termini di area Ron per unità di area, ma svantaggi in termini di wafer e capacità di corrente. La soluzione è aumentare la capacità produttiva e ridurre il costo del singolo Die in modalità IDM, nonché migliorare il processo, aumentare la resa e ridurre il costo del wafer.
guidare
Rispetto al silicio, la tensione di soglia e la tensione massima del GaN sono entrambe basse, il che significa che la sensibilità del pilotaggio del GaN è maggiore. Ci sono due soluzioni. Il primo è introdurre il pin SK, che può disaccoppiare efficacemente il circuito di azionamento e il circuito di alimentazione ed evitare guasti causati da falsi allarmi. In secondo luogo, dal tubo singolo alla sigillatura, riducendo efficacemente il tasso di guasto.
E imballaggio e dissipazione del calore.
Il GaN è principalmente confezionato in DFN e CSP e la sua area di dissipazione del calore è inferiore a quella del silicio. Possiamo sviluppare pacchetti con dissipazione del calore superiore per aumentare l'area di dissipazione del calore. Inoltre, lo sviluppo di forme di imballaggio con una migliore resistenza termica, come clip in rame e FLCSP, ne ridurranno la resistenza termica.
Applicazioni ad alta tensione e corrente elevata
L'alta tensione del SiC arriva fino a 1700 V e la tensione più alta del GaN è di soli 650 V V. Pertanto, è necessario migliorare il percorso tecnico e il processo, in modo che l'alta tensione e l'alta corrente del GaN si avvicinino e sfondano il limite teorico.Nello scenario applicativo ad alta frequenza, i driver GaN ad azionamento diretto necessitano di un intervallo di bassa tensione, una tensione di soglia bassa e tempi morti eccellenti. Il suo materiale magnetico deve avere una bassa perdita magnetica, bassi parametri parassiti e migliori caratteristiche ad alta frequenza.
Nella progettazione delle parti magnetiche UHF, esistono determinati requisiti per una bassa perdita CA, bassi parametri parassiti e una progettazione integrata. Inoltre, nell'applicazione di un'elevata densità di potenza, a causa dei requisiti di dissipazione del calore del sistema e delle caratteristiche EMI portate dall'aumento della densità del sistema, vengono imposti requisiti più elevati ed è richiesta anche la progettazione del PCB."Le caratteristiche di commutazione superiori rendono i dispositivi di potenza GaN più favorevoli al risparmio energetico e alla riduzione delle emissioni, e le caratteristiche di alta frequenza del GaN promuovono anche lo sviluppo di un'elevata densità di potenza del sistema. Come nuovo dispositivo, la ricerca, lo sviluppo e l'applicazione di GaN hanno ancora un enorme margine di miglioramento e potenziale." Ha detto Peng.
Il nitruro di gallio domestico sta facendo passi da gigante!
Fondata nel 2015, INSEC si concentra sulla ricerca e sviluppo e sulla produzione di dispositivi GaN basati su silicio da 8 pollici. Attualmente ha sede a Zhuhai e Suzhou.
Tra questi, la base produttiva di Zhuhai ha già una capacità produttiva mensile di 4 pezzi, mentre Suzhou ha ora una capacità produttiva compresa tra 6 e 10,000 pezzi. In futuro, la capacità produttiva totale di Suzhou raggiungerà i 65 al mese.In termini di prodotti, InnoSeco ha coperto dispositivi da 150/200/260/480 mΩ nel campo dell'alta tensione da 650 V. Al momento, sono disponibili campioni di dispositivi da 80 mω e i campioni verranno forniti ai clienti l'anno prossimo.In termini di bassa tensione, la produzione di massa viene realizzata da 100 V a 150 V, utilizzando radar laser, rettifica sincrona e azionamento del motore.Nel frattempo, InnoSeco sta sviluppando tensioni più basse, inclusi 30 V e 40 V, e dispositivi inferiori a 3 Mω e 4 Mω.In precedenza, TrendForce Jibang Consulting aveva pubblicato la quota di mercato stimata dei produttori globali di energia GaN nel 2021. Nel 2021, la quota di mercato di InnoSeco è salita in un colpo solo al 20% ed è balzata al terzo posto nel mondo, beneficiando principalmente del sostanziale aumento delle spedizioni dei suoi prodotti GaN ad alta e bassa tensione. Tra questi, i prodotti a ricarica rapida sono entrati per la prima volta nella catena di fornitura dei produttori di notebook di prima linea.
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