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4つの窒素が新たな応用分野にうなるチャンス！
2022-03-17
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2021年には、5G、家庭用電化製品、産業用エネルギー変換および新エネルギー自動車の需要の増加に伴い、基地局、トランスデューサー、充電ステーションの需要が大幅に増加し、窒化ガリウムおよび炭化ケイ素フィーダーの需要も増加すると予想されます。TrendForce Jibang Consulting Research によると、GaN パワーコンポーネントの市場規模は 1.32 年までに 2025 億 94 万米ドルに達し、年平均成長率は XNUMX% になると予想されています。
シリコンと比較して、GaN はバンドギャップが広く、電子飽和率が高く、破壊電界と電界が高く、伝導損失と EMF 特性が低いです。 GaN エネルギーは主に消費者製品、新エネルギー車、通信、データセンターで使用されます。二酸化炭素排出量のピークとカーボンニュートラルを背景に、窒化ガリウムはエネルギー変換の「革命」を促進します。「2020年の全国電力業界統計によると、全国の社会電力消費量は7.5兆kWhにも上ります。この膨大な数字の下では、節約効率は膨大です。 このことから、GaN の低スイッチング損失と高周波という特性は、スマート照明、電気機械変換、データセンター、インテリジェント電気およびインテリジェント光ストレージに広く使用されることがわかります。 」 Innocentiのシニアマネージャー、He Peng氏は、Jibang Consulting Compound Semiconductorの2022年将来展望分析会議でこう語った。
英诺赛科高级经理贺鹏
LED駆動用電源は、磁気デバイスとパワーデバイスの放熱器の体積が全体電源の1/3以上を占めます。これは、LED ドライブの小型化を実現し、磁気デバイスの体積を減らし、ヒートシンクの体積を減らすためのより良い方法です。
シリコンと比較して、窒化ガリウムはスイッチング速度が大幅に向上し、スイッチング損失が大幅に減少し、効率が大幅に向上します。 一般に、小さいサイズを追求すると効率が犠牲になりますが、窒化ガリウムを適用すると、小さいサイズでも効率が非常に高くなります。
モータードライブ業界は、一般的な電動自転車や電動工具をはじめ、倉庫ロボット、アウトソーシングロボット、ドローン、サーボ、モーターの主要駆動部など、私たちの生活のあらゆる側面をカバーしてきました。
ドローンを例にとると、耐久性を向上させたい場合は、高効率の変換が必要になります。 ボリュームが厳しいということは、統合設計にはより高い電力密度が必要であることを意味します。
GaNドライバーの適用はモーターシステムの体系的な総合最適化であり、コントローラーの制御精度が大幅に向上します。 ドライバーとモーター本体のサイズが縮小されるため、GaN の適用はドライバーとモーター本体の設計にさらに役立ち、システムの全体的な性能とコストが最適化されます。
以前、欧州連合は 2023 年にデータセンターのエネルギー効率に対するチタンの使用義務を定めました。 プラチナのピーク効率はチタンの94%から96%に向上しており、サーバー電源の設計を促進します。
He Peng 氏は、将来のサーバー電源の設計では、データセンターの統合効率、統合の電力密度、コスト削減が考慮されることになると予想しています。
今後、高電圧分野におけるGaNデバイスの研究開発技術の向上により、GaNはOBC、BMS、モータードライブなどに広く使用されることになります。
現在、GaN は主にポータブルエネルギー貯蔵ステーションに使用されています。 GaN を使用すると、消費電力を削減し、電力密度を高め、コストを削減できます。
4 つの課題、4 つのチャンス!
この会議で、He Peng 氏は窒化ガリウムデバイスの課題と展望について 4 つの側面を提案しました。
シリコンデバイスと比較すると、GaNデバイスは単位面積あたりのRon面積では一定の利点がありますが、ウェーハと電流容量では欠点があります。解決策は、IDM モードで生産能力を向上させて単一ダイのコストを削減し、プロセスを改善して歩留まりを向上させ、ウェーハのコストを削減することです。
シリコンと比較して、GaN はしきい値電圧と最大電圧が両方とも低く、GaN 駆動の感度が高いことを意味します。 解決策は 2 つあります。 1 つは、駆動回路と電源回路を効果的に切り離し、誤ったトリガによる障害を回避できる SK ピンの導入です。 2 つ目は、単管からシーリングに変更し、故障率を効果的に低減します。
GaN は主に DFN および CSP にパッケージされており、その放熱面積はシリコンの放熱面積よりも小さくなります。 放熱面積を増やすために上部放熱を備えたパッケージを開発できます。 さらに、銅クリップや FLCSP などの熱抵抗に優れたパッケージ形状の開発により、熱抵抗は小さくなります。
SiCの高電圧は1700Vにも達しますが、GaNの最高電圧はわずか650Vです。 したがって、GaNの高電圧と大電流が世界の限界に近づき、それを突破するには、技術的なルートとプロセスを改善する必要があります。理論上の限界。高周波アプリケーションのシナリオでは、GaN ダイレクトドライブドライバーには、低い電圧範囲、低いしきい値電圧、および非常に優れたデッドタイムが必要です。 その磁性材料には、磁気損失が低く、寄生パラメータが低く、高周波特性が優れている必要があります。
UHF 磁気部品の設計には、低 AC 損失、低寄生パラメータ、および統合設計に対する特定の要件があります。 また、高電力密度のアプリケーションでは、システム密度の増加に伴うシステムの放熱性やEMI特性の要求により、より高い要求が出されており、PCBの設計も必要となります。「優れたスイッチング特性により、GaN パワーデバイスは省エネとエミッション削減にさらに貢献し、GaN の高周波特性によりシステムの高出力密度の開発も促進されます。新しいデバイスとして、GaN の研究開発と応用が進められています。」まだまだ改善の余地と可能性が大きいです。」 と彭氏は語った。
窒化ガリウム「革命」新申請中！
シリコンと比較して、GaN はバンドギャップが広く、電子飽和率が高く、破壊電界と電界が高く、伝導損失と EMF 特性が低いです。 GaN エネルギーは主に消費者製品、新エネルギー車、通信、データセンターで使用されます。二酸化炭素排出量のピークとカーボンニュートラルを背景に、窒化ガリウムはエネルギー変換の「革命」を促進します。「2020年の全国電力業界統計によると、全国の社会電力消費量は7.5兆kWhにも上ります。この膨大な数字の下では、節約効率は膨大です。 このことから、GaN の低スイッチング損失と高周波という特性は、スマート照明、電気機械変換、データセンター、インテリジェント電気およびインテリジェント光ストレージに広く使用されることがわかります。 」 Innocentiのシニアマネージャー、He Peng氏は、Jibang Consulting Compound Semiconductorの2022年将来展望分析会議でこう語った。
英诺赛科高级经理贺鹏
LED照明
LED駆動用電源は、磁気デバイスとパワーデバイスの放熱器の体積が全体電源の1/3以上を占めます。これは、LED ドライブの小型化を実現し、磁気デバイスの体積を減らし、ヒートシンクの体積を減らすためのより良い方法です。
シリコンと比較して、窒化ガリウムはスイッチング速度が大幅に向上し、スイッチング損失が大幅に減少し、効率が大幅に向上します。 一般に、小さいサイズを追求すると効率が犠牲になりますが、窒化ガリウムを適用すると、小さいサイズでも効率が非常に高くなります。
電気機械変換
モータードライブ業界は、一般的な電動自転車や電動工具をはじめ、倉庫ロボット、アウトソーシングロボット、ドローン、サーボ、モーターの主要駆動部など、私たちの生活のあらゆる側面をカバーしてきました。
ドローンを例にとると、耐久性を向上させたい場合は、高効率の変換が必要になります。 ボリュームが厳しいということは、統合設計にはより高い電力密度が必要であることを意味します。
GaNドライバーの適用はモーターシステムの体系的な総合最適化であり、コントローラーの制御精度が大幅に向上します。 ドライバーとモーター本体のサイズが縮小されるため、GaN の適用はドライバーとモーター本体の設計にさらに役立ち、システムの全体的な性能とコストが最適化されます。
データセンター
以前、欧州連合は 2023 年にデータセンターのエネルギー効率に対するチタンの使用義務を定めました。 プラチナのピーク効率はチタンの94%から96%に向上しており、サーバー電源の設計を促進します。
He Peng 氏は、将来のサーバー電源の設計では、データセンターの統合効率、統合の電力密度、コスト削減が考慮されることになると予想しています。
電気自動車
今後、高電圧分野におけるGaNデバイスの研究開発技術の向上により、GaNはOBC、BMS、モータードライブなどに広く使用されることになります。
太陽光発電エネルギー貯蔵
現在、GaN は主にポータブルエネルギー貯蔵ステーションに使用されています。 GaN を使用すると、消費電力を削減し、電力密度を高め、コストを削減できます。
4 つの課題、4 つのチャンス!
この会議で、He Peng 氏は窒化ガリウムデバイスの課題と展望について 4 つの側面を提案しました。
Ron*面積と価格および電流容量の比較
シリコンデバイスと比較すると、GaNデバイスは単位面積あたりのRon面積では一定の利点がありますが、ウェーハと電流容量では欠点があります。解決策は、IDM モードで生産能力を向上させて単一ダイのコストを削減し、プロセスを改善して歩留まりを向上させ、ウェーハのコストを削減することです。
ドライブ
シリコンと比較して、GaN はしきい値電圧と最大電圧が両方とも低く、GaN 駆動の感度が高いことを意味します。 解決策は 2 つあります。 1 つは、駆動回路と電源回路を効果的に切り離し、誤ったトリガによる障害を回避できる SK ピンの導入です。 2 つ目は、単管からシーリングに変更し、故障率を効果的に低減します。
そしてパッケージングと放熱。
GaN は主に DFN および CSP にパッケージされており、その放熱面積はシリコンの放熱面積よりも小さくなります。 放熱面積を増やすために上部放熱を備えたパッケージを開発できます。 さらに、銅クリップや FLCSP などの熱抵抗に優れたパッケージ形状の開発により、熱抵抗は小さくなります。
高耐圧・大電流用途
SiCの高電圧は1700Vにも達しますが、GaNの最高電圧はわずか650Vです。 したがって、GaNの高電圧と大電流が世界の限界に近づき、それを突破するには、技術的なルートとプロセスを改善する必要があります。理論上の限界。高周波アプリケーションのシナリオでは、GaN ダイレクトドライブドライバーには、低い電圧範囲、低いしきい値電圧、および非常に優れたデッドタイムが必要です。 その磁性材料には、磁気損失が低く、寄生パラメータが低く、高周波特性が優れている必要があります。
UHF 磁気部品の設計には、低 AC 損失、低寄生パラメータ、および統合設計に対する特定の要件があります。 また、高電力密度のアプリケーションでは、システム密度の増加に伴うシステムの放熱性やEMI特性の要求により、より高い要求が出されており、PCBの設計も必要となります。「優れたスイッチング特性により、GaN パワーデバイスは省エネとエミッション削減にさらに貢献し、GaN の高周波特性によりシステムの高出力密度の開発も促進されます。新しいデバイスとして、GaN の研究開発と応用が進められています。」まだまだ改善の余地と可能性が大きいです。」 と彭氏は語った。
国産窒化ガリウムが飛躍的に進歩！
2015 年に設立された INSEC は、8 インチのシリコンベースの GaN デバイスの研究開発と製造に重点を置いています。現在、珠海と蘇州に拠点を置いています。
このうち、珠海の生産拠点はすでに月産4Kの生産能力を有し、蘇州は現在6Kから10,000万個の生産能力を備えている。将来的には、蘇州のフル生産能力は月産 65 個に達する予定です。製品に関しては、InnoSeco は 150V 高電圧分野の 200/260/480/650mΩ デバイスをカバーしています。現在、80mΩのデバイスのサンプルがあり、来年にはサンプルが顧客に提供される予定です。低電圧ではレーザーレーダー、同期整流、モーター駆動など100Vから150Vまでの量産を実現しています。一方、InnoSeco は 30V や 40V などのより低い電圧や、3MΩ や 4MΩ 未満のデバイスを開発しています。以前、TrendForce Jibang Consultingは、2021年の世界のGaNパワーメーカーの推定市場シェアを発表しました。 2021年、InnoSecoの市場シェアは一気に20％に上昇し、主に高電圧および低電圧GaN製品の出荷量の大幅な増加の恩恵を受け、世界第XNUMX位に躍り出た。 その中で、急速充電製品が初めて第一線のノートパソコンメーカーのサプライチェーンに参入しました。
免責事項：この記事は「化合物半導体市場」から転載したものです。この記事は著者の個人的な見解のみを表すものであり、Sacco Micro および業界の見解を表すものではありません。知的財産権の保護をサポートするため、転載および共有のみを目的としています。転載する場合は、出典と作者を明記してください。侵害がある場合は、削除するためにご連絡ください。
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