ईवी क्रांति में आरएफ शक्ति अर्धचालक की मुख्य भूमिका

हालांकि 5G रोल-आउट और चढ़ाई वाले इलेक्ट्रॉनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की बढ़ती संख्या मुख्यतः RF पावर सेमीकंडक्टर की मांग में वृद्धि के लिए अनुकूल वातावरण बनाएगी, लेकिन ऑटोमोटिव उद्योग RF पावर मॉड्यूल के प्रमुख उपभोक्ता क्षेत्रों में भी बना हुआ है।

वर्तमान में, ऑटोमोटिव उद्योग एक गतिशील इलेक्ट्रिक और डिजिटल क्रांति से गुजर रहा है। वाहनों की बढ़ती संख्या विद्युतीकरण, स्वायत्तता और रेडी-टू-कनेक्टिविटी के अधीन है। यह सभी ऊर्जा दक्षता के बढ़ते महत्व को दर्शाता है और मोटर वाहन उद्योग के परिवर्तन को कई गुना बढ़ा देगा। हालांकि, एक महत्वपूर्ण पहलू जो इस परिवर्तन को लाने के लिए महत्वपूर्ण रहेगा, आरएफ पावर सेमीकंडक्टर है, क्योंकि इसने ईवीएस और हाइब्रिड ईवीएस (एचईवी) को सक्षम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है ।

उद्योग की "शून्य उत्सर्जन" पारी में भाग लेते हुए, दुनिया के अग्रणी वाहन निर्माता अपने वाहन विद्युतीकरण परियोजनाओं को पूरा करने में उल्लेखनीय प्रयास कर रहे हैं। अनुसंधान-संचालित अनुमानों से संकेत मिलता है कि बहुसंख्यक ओईएम 2025 में मिलने वाले ईवी और एचईवी के लक्ष्यों को प्रमुखता से देख रहे हैं । यह परिदृश्य स्पष्ट रूप से अत्यधिक कुशल आरएफ पावर अर्धचालकों के लिए महत्वपूर्ण अवसरों पर संकेत देता है जो प्रभावी रूप से उन्नत तापमान पर कार्य करेंगे। RF पावर मॉड्यूल के निर्माता इस प्रकार लगातार SiC (सिलिकॉन कार्बाइड), GaN (गैलियम नाइट्राइड), और WBG (वाइड बैंड-गैप) प्रौद्योगिकियों पर आधारित उत्पादों के विकास पर अपनी रणनीतियों पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं।

आरएफ पावर अर्धचालक के लिए सामग्री की पसंद के रूप में GaN उभरते

WBG सेमीकंडक्टर दायरे में प्रचलित आर एंड डी प्रयासों के बावजूद, हाल के दिनों में, SiC संस्करण EVs और HEVs के लिए पारंपरिक विकल्प बना हुआ है। हालांकि, दूसरी तरफ, SiC पहले ही बाजार में परिपक्वता के स्तर पर आ चुका है और अन्य प्रतिस्पर्धी प्रौद्योगिकियों द्वारा चुनौती दी जा रही है जो इस पर जमीनी लाभ प्राप्त कर रहे हैं - विशेष रूप से बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिक और हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों में अन्य मांग अनुप्रयोगों के मामले में।

जबकि EV और HEV आमतौर पर पॉवरट्रेन में DC / DC कन्वर्टर्स के नियमन के लिए SiC आधारित RF पावर सेमीकंडक्टर्स का उपयोग करते हैं, संक्रमण का समय 10 kHz और 100 kHz के बीच उनकी स्विचिंग आवृत्तियों को प्रतिबंधित करने का होता है। वर्तमान में, दुनिया भर में लगभग हर ऑटोमेकर आरएफ पावर सेमीकंडक्टर्स के GaN डिजाइन के आसपास अभिनव में प्रयास कर रहा है।

GaN सेमीकंडक्टर का परिचय नेनोसेकंड रेंज के भीतर स्विचिंग समय को सक्षम करने और 200 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर संचालन को सक्षम करके इस दीर्घकालिक चुनौती को दूर करने का वादा किया। GaN सेमीकंडक्टर की तेज़ कार्यक्षमता उच्च स्विचिंग आवृत्ति पर परिणाम देती है और इस तरह, कम स्विचिंग हानि होती है। इसके अलावा, कम बिजली की इलेक्ट्रॉनिक मात्रा कम समग्र वजन में तब्दील हो जाती है, जो बाद में हल्के और अधिक दक्षता वाली अर्थव्यवस्था का समर्थन करती है।

कई अध्ययन उच्च गति पर उच्च शक्ति रूपांतरण के लिए GaN आधारित अर्धचालक की वास्तविक क्षमता की वकालत करते हैं। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के एक नए युग में जाना, जो कि सबसे अच्छे स्विचिंग स्पीड, उच्च ऑपरेटिंग तापमान, कम स्विचन और चालकता के नुकसान, कॉम्पैक्ट-आकार की पैकेजिंग, और संभावित लागत जैसे GaN सेमीकंडक्टर सामग्रियों की प्रमुख विशेषताओं, EV और HEV के उद्देश्य को पूरक करेगा। प्रतिस्पर्धा, अन्य सभी समकक्षों के मुकाबले GaN- आधारित RF अर्धचालकों को रखना जारी रखेगा।

EV और HEV में RF पावर सेमीकंडक्टर के संभावित विस्तार को सीमित करने की चुनौतियाँ

बाजारों में प्रवेश करने वाले सभी नवाचारों और सकारात्मक परिणामों के बावजूद, कुछ चुनौतियां अभी भी इलेक्ट्रिक वाहनों में आरएफ पावर सेमीकंडक्टर की कार्यक्षमता के लिए बाधाओं के रूप में बनी हुई हैं। सब के बाद, नैनोसेकंड के भीतर एक उच्च शक्ति घटक ड्राइविंग एक जटिल काम है और कई कठिनाइयों के साथ आता है जिन्हें अभी तक हल नहीं किया गया है। सबसे प्रमुख चुनौतियों में से एक वोल्टेज रेटिंग में सुधार है। पारंपरिक डिजाइनों में फेरबदल किए बिना उच्च तापमान पर कुशल संचालन क्षमता को बढ़ाना एक और महत्वपूर्ण चुनौती है जो आरएफ सेमीकंडक्टर स्पेस में आर एंड डी के हितों पर कब्जा करना जारी रखती है।

यह तथ्य बार-बार उजागर करता है कि ईवीएस और एचईवी में बिजली इलेक्ट्रॉनिक मॉड्यूल के आवेदन अत्यधिक मांग वाले हैं और उनका प्रदर्शन न केवल वोल्टेज पर निर्भर करता है और प्रदर्शन-आधारित नवाचारों पर निर्भर करता है। संरचनात्मक और डिजाइन प्रौद्योगिकी में सुधार के मामले में एक निरंतर धक्का हाइब्रिड और शुद्ध / बैटरी इलेक्ट्रिक वाहनों के भीतर धीरज, विश्वसनीयता और आरएफ उपकरणों के थर्मल प्रतिरोध को सुनिश्चित करता है।

पैकेजिंग चुनौतियां ध्यान खींच रही हैं

जबकि आसपास के इलेक्ट्रॉनिक भागों का विरूपण ईवी डिज़ाइनों के भीतर आरएफ सेमीकंडक्टर उपकरणों की उपयुक्तता को चुनौती देने वाला एक अन्य कारक रहा है, ईएमसी (एपॉक्सी मोल्डिंग कंपाउंड) सेमीकंडक्टर पैकेजिंग अनुसंधान के एक अत्यधिक आकर्षक क्षेत्र के रूप में उभरा है, क्योंकि यह पड़ोसी इलेक्ट्रॉनिक घटकों को परेशान किए बिना संचालन की अनुमति देता है।

इसके अलावा, हालांकि ओवरमॉल्ड आरएफ पावर मॉड्यूल को पहले से ही निकट भविष्य की मुख्यधारा के रूप में माना जा रहा है, डिजाइन में अभी भी थर्मल प्रबंधन के संदर्भ में सुधार की गुंजाइश है। आरएफ अर्धचालक परिदृश्य में अग्रणी कंपनियां इस प्रकार इलेक्ट्रिक वाहनों में उपयोग के लिए बेहतर विश्वसनीयता प्राप्त करने के लिए पैकेजिंग से संबंधित अपने प्रयासों को व्यापक बनाने पर जोर दे रही हैं।

WBG के लिए बेहतर भविष्य - क्या कोई है?

SiC की परिपक्वता और GaN की सिद्ध श्रेष्ठता की पृष्ठभूमि में, बाजार WBG से जुड़ी विश्वसनीयता संबंधी चिंताओं को हल करने में हालांकि विफल रहा है, जो अंततः लंबे समय में WBG प्रकार FR सेमीकंडक्टर्स के बाजार में प्रवेश को सीमित कर रहा है। अधिक मजबूत WBG प्रकार अर्धचालक के इंजीनियरिंग को प्राप्त करने का एकमात्र तरीका कठोर परिचालन स्थितियों में उनकी विफलता तंत्र की गहरी समझ में है। विशेषज्ञ यह भी मानते हैं कि डब्ल्यूबीजी बिना किसी ठोस रणनीतिक समर्थन के बाजार में परिपक्वता प्राप्त कर सकता है जो आगे उपयोग के लिए उनकी विश्वसनीयता को फिर से स्थापित करेगा।

क्या उद्योग के Behemoths करने के लिए कर रहे हैं

Wolfspeed, अमेरिका स्थित क्री इंक प्रीमियम सिक और गण मन आरएफ शक्ति उत्पादों में विशेषज्ञता कंपनी है, हाल ही में एक नया उत्पाद है कि ईवी ड्राइवट्रेन के इन्वर्टर घाटे में 75 की तुलना में अधिक के बारे में% की कमी लाता है का शुभारंभ किया। इस तरह की बेहतर दक्षता के साथ, इंजीनियरों को बैटरी उपयोग, रेंज, डिजाइन, थर्मल प्रबंधन और पैकेजिंग के संदर्भ में नए मापदंडों की खोज करने की संभावना है।

इलेक्ट्रिक और हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों में इनवर्टर के उच्च-वोल्टेज सर्किट्री बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न करते हैं और इस समस्या को कुशल शीतलन तंत्र के साथ संबोधित करने की आवश्यकता होती है। अनुसंधान में बार-बार सिफारिश की गई है कि इनवर्टर के आकार और वजन में कमी ईवीएस और एचईवी में मोटर वाहन घटकों के बेहतर शीतलन को प्राप्त करने की कुंजी है।

इसी तरह की लाइन पर, उद्योग के अधिकांश नेता (हिताची, लिमिटेड, उदाहरण के लिए) एक दोहरी शीतलन तकनीक की मदद से इन्वर्टर द्रव्यमान और आकार पर केंद्रित रहते हैं जो वांछित उच्च को सीधे ठंडा करने के लिए तरल या वायु का उपयोग करता है। वोल्टेज आरएफ बिजली मॉड्यूल। इस तरह के एक तंत्र भी समग्र डिजाइन की कॉम्पैक्टनेस और लचीलेपन को जोड़ता है और इस तरह, बिजली उत्पादन के नुकसान को कम करने के प्रयासों के लिए।

इलेक्ट्रिक वाहनों में RF पावर सेमीकंडक्टर की प्रयोज्यता को बढ़ाने के लिए एक कॉम्पैक्ट डिजाइन के महत्व को देखते हुए, मित्सुबिशी के अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट SiC इन्वर्टर की पसंद एक ट्रेलब्लेज़र के रूप में उभरती है। मित्सुबिशी इलेक्ट्रिक कॉरपोरेशन ने हाइब्रिड ईवी के लिए विशेष रूप से इस अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट आरएफ पावर उत्पाद को विकसित किया है और यह दावा करता है कि यह दुनिया का अपनी तरह का सबसे छोटा SiC डिवाइस है। इस उपकरण की कम पैकेजिंग मात्रा वाहन के इंटीरियर में काफी कम जगह लेती है और इस प्रकार उच्च ईंधन और ऊर्जा दक्षता को कम करती है। अगले कुछ वर्षों में डिवाइस के व्यावसायीकरण का अनुमान है। आंशिक रूप से न्यू एनर्जी एंड इंडस्ट्रियल टेक्नोलॉजी डेवलपमेंट ऑर्गनाइजेशन (NEDO, जापान) द्वारा समर्थित, कंपनी जल्द ही अल्ट्रा-कॉम्पैक्ट SiC इन्वर्टर के बड़े पैमाने पर उत्पादन के साथ भी शुरू करेगी।

पिछले साल, उद्योग की पहली क्रांतिकारी क्षेत्र प्रोग्रामेबल कंट्रोल यूनिट (FPCU) को एक उपन्यास सेमीकंडक्टर आर्किटेक्चर के रूप में लॉन्च किया गया था, जो इलेक्ट्रिक और हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों की रेंज और प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए संभावित रूप से जिम्मेदार हो सकता है। यह आरएफ सेमीकंडक्टर डिवाइस फ्रांस में स्थित सिलिकॉन मोबिलिटी द्वारा इंजीनियर है, जिसका उद्देश्य मौजूदा ईवी और एचईवी प्रौद्योगिकियों को उनकी अधिकतम क्षमता प्राप्त करने में सक्षम बनाना है। FPCU के विकास में सिलिकॉन मोबिलिटी का विनिर्माण साझेदार अमेरिका स्थित सेमीकंडक्टर निर्माता - GlobalFoundries है।

आरएफ पावर सेमीकंडक्टर एशिया प्रशांत क्षेत्र में वृद्धि की मांग

जैसा कि दुनिया तेजी से ऊर्जा-कुशल परिवहन को प्राप्त करने के लिए ऊर्जा के कम-कार्बन स्रोतों पर स्विच कर रही है, एक इमारत में ऊर्जा-कुशल वाहनों पर कार्बन पदचिह्न को कम करने का दबाव। भले ही बड़े पैमाने पर उत्पादन लगभग एक दशक पहले शुरू किया गया हो, ईवी के लिए बाजार पहले से ही पारंपरिक वाहनों के लिए बाजार की जगह बना रहा है जो आईसीई (आंतरिक दहन इंजन) पर चलते हैं। पूर्व के विस्तार की दर कथित तौर पर लगभग 10X है जो बाद की है और 2040 के अंत की ओर, कुल नई वाहन बिक्री का 1/3 ^rd से अधिक का हिसाब ईवीएस द्वारा किया जाएगा।

चाइना एसोसिएशन ऑफ ऑटोमोबाइल मैन्युफैक्चरर्स के ताजा आंकड़ों का मतलब है कि अकेले चीन में ही साल 2016 में 5 मिलियन से अधिक ईवी बेचे गए थे, जिनमें वाणिज्यिक वाहन और बसें प्रमुख रूप से शामिल थे। जबकि चीन लंबे समय में ईवी के लिए सबसे बड़ा बाजार बना रहेगा, पूरे एशिया प्रशांत क्षेत्र में ईवी उत्पादन की दर लगातार उच्च रही है।

उल्लेखनीय रूप से फलते-फूलते उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग के अलावा, इस क्षेत्र में हाल ही में ईवीएस बाजार में काफी वृद्धि देखी गई है, जिससे आरएफ पावर अर्धचालक के प्रवेश के लिए एक मजबूत अवसर पैदा हुआ है, जो कि GaN पर आधारित है।

आरएफ पावर सेमीकंडक्टर बाजार का वैश्विक मूल्यांकन लगभग 12 बिलियन अमेरिकी डॉलर (2018 के अंत तक) है। 5G प्रौद्योगिकी की शुरुआत से उत्पन्न होने वाले सफलता के अवसरों के साथ, वायरलेस नेटवर्क इन्फ्रास्ट्रक्चर और IIoT (औद्योगिक इंटरनेट ऑफ थिंग्स) प्रौद्योगिकी, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स परिदृश्य का समृद्ध दृष्टिकोण, और बढ़ती इलेक्ट्रिक वाहन (EV) बिक्री, RF पावर सेमीकंडक्टर राजस्व का व्यापक प्रसार 2027 के माध्यम से एक प्रभावशाली 12% चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर के विस्तार की संभावना है।

अदिति यदवडकर एक अनुभवी बाजार अनुसंधान लेखक हैं और उन्होंने इलेक्ट्रॉनिक्स और सेमीकंडक्टर उद्योग पर विस्तार से लिखा है। फ्यूचर मार्केट इनसाइट्स (एफएमआई) में, वह इलेक्ट्रॉनिक्स और सेमीकंडक्टर रिसर्च टीम के साथ मिलकर काम करती है ताकि दुनिया भर के ग्राहकों की जरूरतों को पूरा किया जा सके। ये अंतर्दृष्टि एफएमआई द्वारा आरएफ पावर सेमीकंडक्टर मार्केट पर हाल के एक अध्ययन पर आधारित हैं ।