Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

SiC i GaN: opowieść o dwóch półprzewodnikach

ghost666 01 Feb 2022 08:47 1101 1
Helukabel
  • SiC i GaN: opowieść o dwóch półprzewodnikach
    W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat postęp w technologiach węglika krzemu (SiC) i azotku galu (GaN) charakteryzował się rozwojem, rosnącą akceptacją przemysłu dla nowych materiałów i obietnicą miliardowych przychodów. Pierwsze komercyjne urządzenie z SiC pojawiło się w 2001 roku w postaci diody Schottky'ego niemieckiej firmy Infineon. Niebawem nastąpił szybki rozwój technologii, a wartość danego sektora przemysłu może do 2026 roku przekroczyć 4 miliardy dolarów. GaN po raz pierwszy zachwycił branżę elektroniczną w 2010 roku, kiedy amerykańska firma EPC dostarczyła swoje superszybkie tranzystory przełączające. Przyjęcie na rynku tych materiałów nie dorównało jeszcze technologii SiC, ale w 2026 roku przychody z elementów GaN dla sektora energetycznego mogą osiągnąć poziom 1 miliarda dolarów.

    Tajemnica przyszłego sukcesu rynkowego każdej z tych technologii tkwi w elektrycznych i hybrydowych środkach lokomocji. Dla SiC rynek pojazdów EV/HEV jest naprawdę najlepszym miejscem — oczekuje się, że co najmniej 60% udziału o wartości ponad 2,5 miliarda dolarów będzie pochodzić z tego sektora. Tesla zapoczątkowała rynek urządzeń zasilających SiC w 2017 roku, kiedy została pierwszym producentem samochodów wykorzystujących tranzystory MOSFET z SiC w Modelu 3. Pochodzące z STMicroelectronics urządzenie półprzewodnikowe zostało zintegrowane z wewnętrzną konstrukcją głównego falownika pojazdu. Producenci samochodów szybko podążyli za tym trendem, w tym Hyundai, BYD, Nio, General Motors i inni. Chińska firma Geely Automobile ogłosiła niedawno, że współpracuje z ROHM Japan nad falownikami trakcyjnymi opartymi na SiC dla swoich elektrycznych środków lokomocji. NIO, chińska odpowiedź na Teslę, wdroży w swoich pojazdach, elektryczny układ napędowy oparty na SiC. W tym samym czasie producent półprzewodników BYD opracowuje moduły SiC dla całej linii pojazdów elektrycznych. W zeszłym roku chiński producent autobusów elektrycznych Yutong ujawnił, że będzie używać modułów mocy SiC produkowanych przez StarPower China w układach napędowych. Moduły wykorzystują urządzenia SiC firmy Wolfspeed. Hyundai z kolei zapowiada, że zintegruje moduł zasilania Infineona oparty na SiC dla platform akumulatorowych 800 V w pojazdach elektrycznych. W Japonii Toyota używa modułów mocy SiC firmy Denso w swoich elektrycznych środkach transportu Mirai z ogniwami paliwowymi. W międzyczasie GM właśnie podpisał umowę z Wolfspeed na dostawę SiC do swojej elektroniki do pojazdów elektrycznych. Europejscy producenci samochodów wolniej wdrażają SiC, ale tutaj również nadchodzą zmiany. W czerwcu Renault i STMicroelectronics połączyły siły, aby opracować urządzenia SiC i GaN dla pojazdów elektrycznych i HEV. Wkrótce spodziewane są kolejne ogłoszenia ze strony Daimlera, Audi i Volkswagena.

    Co ważne dla Wolfspeed, Infineona, STMicroelectronics, ROHM i Onsemi, producenci OEM z branży motoryzacyjnej również wolą kupować urządzenia z wielu źródeł, aby zapewnić niezawodność dostarczania produktów. Uwzględniając ogromne sumy pieniędzy, które Chiny i inne kraje pompują w łańcuch dostaw SiC, można się domyślić, że sprzedaż będzie nadal rosła.

    Poruszana jest cały czas jednak również drażliwa kwestia kosztów. Na poziomie komponentów krzemowe tranzystory IGBT są znacznie tańsze niż ich odpowiedniki wykonane z SiC i nie znikną w najbliższym czasie z aplikacji zasilających. Jednak najwięksi producenci pojazdów i OEM wskazali, że wdrożenie elementów SiC o dużej gęstości mocy do, powiedzmy, projektu falownika, obniża koszty na poziomie systemu, dzięki oszczędności miejsca i masy wynikającej z mniejszej liczby części.

    Gdzie to pozostawia GaN? Ten półprzewodnik z szerokim pasmem wzbronionym jeszcze nie zaznał sukcesu, takiego jak SiC w sektorze elektrycznych środków transportu. Jednak dzięki wysokiej maksymalnej częstotliwości pracy i sprawności elementów, producenci OEM albo przyglądają się tej technologii z dużym zainteresowaniem, albo już prowadzą swoje programy rozwojowe.

    Początki

    Sprzęty mocy GaN można już znaleźć w niskonakładowych, wysokiej klasy falownikach fotowoltaicznych i są coraz częściej wykorzystywane w szybkich ładowarkach dla szeregu urządzeń mobilnych, wliczając w to smartfony. Na przykład irlandzka firma Navitas, amerykański Power Integrations czy chiński Innoscience produkują układy scalone GaN dla rozwijającego się rynku szybkich ładowarek. Biorąc pod uwagę tę działalność, szacuje się, że przychody z urządzeń zasilających GaN wyniosą w 2021 roku około 100 milionów dolarów. Jednakże, ponieważ dostawcy sprzętów GaN chcą wejść na inne rynki w celu zwiększenia wolumenu produkcji, oczekuje się, że liczba ta wzrośnie do poziomu miliarda dolarów do 2026 roku, a pojazdy EV/HEV widziane są jako pierwszy krok.

    To dopiero początek stosowania GaN w elektrycznych środkach lokomocji. Wielu graczy zajmujących się systemami zasilania GaN opracowało i automatycznie zakwalifikowało urządzenia GaN 650 V do ładowarek pokładowych i przetwornic DC/DC w pojazdach EV/HEV, a liczne partnerstwa z firmami motoryzacyjnymi zostały już nawiązane. Na przykład marka GaN Systems z siedzibą w Kanadzie dostarcza swoje urządzenia do ładowarek pokładowych dla amerykańskiego Canoo zajmującego się systemami dla pojazdów elektrycznych. Współpracuje także z kanadyjskim dostawcą mechanizmów sterowania silnikami elektrycznymi — firmą FTEX, aby zintegrować urządzenia zasilające GaN 650 V z systemami dla hulajnóg. W tym samym czasie marka Transphorm z Kalifornii połączyła siły z dostawcą motoryzacyjnym Marelli, aby dostarczyć urządzenia do ładowania oparte na przetwornicach DC/DC z elementami GaN.

    Oczekuje się również, że firma STMicroelectronics dowiezie niebawem Renault swoje sprzęty, które nie zostały jeszcze zakwalifikowane dla przemysłu motoryzacyjnego pod zastosowanie w elektrycznych środkach transportu. EPC, obecnie zapewniająca niskonapięciowe urządzenia GaN do eksploatacji w branży motoryzacyjnej, pracuje wspólnie z francuską firmą Brightloop nad opracowaniem niedrogich przetwornic do zasilania pojazdów terenowych i użytkowych. W zeszłym roku Texas Instruments zakwalifikował swoje urządzenia GaN 650 V do zastosowań motoryzacyjnych. W miarę jak segmenty rynku wbudowanych ładowarek i przetwornic DC/DC nabierają rozpędu, pytanie warte miliardy dolarów (dosłownie) dla sektora GaN brzmi: czy ta technologia trafi do głównego falownika napędowego pojazdów elektrycznych, zbierając spektakularnie duże ilości zamówień, jak systemy SiC? Wczesne ruchy w branży wskazują, że jest to możliwe.

    SiC i GaN: opowieść o dwóch półprzewodnikach


    W lutym 2020 roku holenderska marka Nexperia nawiązała współpracę z brytyjskim konsultantem Ricardo w celu opracowania projektu falownika dla elektrycznych środków lokomocji opartego na GaN. Chwilę później rozpoczęła się współpraca VisIC Technologies z Izraela z niemieckim dostawcą samochodów ZF w celu stworzenia półprzewodników GaN do użytku w układach napędowych 400 V. Następnie, we wrześniu, firma GaN Systems podpisała z BMW umowę o wartości 100 milionów dolarów na zapewnienie zdolności do produkcji elementów mocy GaN dla pojazdów elektrycznych niemieckiego producenta, co stanowi solidny dowód na to, że wytwórcy OEM poważnie podchodzą do tej technologii.

    Nie mniej znaczące ruchy w tym sektorze miały miejsce na giełdzie. Navitas podało, że stanie się spółką notowaną przy wartości rynkowej równej 1,04 miliarda dolarów, łącząc się z Live Oak Acquisition. Firma ta ogłosiła niedawno, że będzie dostarczała podzespoły do szwajcarskiej marki Brusa HyPower do ładowarek pokładowych i przetwornic DC/DC. Jako spółka publiczna zamierza położyć nacisk na rozwój produktów dla pojazdów elektrycznych/HEV i innych rynków. Poza tymi umowami, partnerstwami i fuzjami wczesne prace nad modułami GaN wskazują również, że ten półprzewodnik idzie w ślady SiC, a gracze z danego sektora przygotowują się do szerszej integracji ich układów w branży. Na przykład GaN Systems oferuje inżynierom projektowym zestaw modułów ewaluacyjnych. Podczas gdy Transphorm współpracuje z Fujitsu General Electronics nad modułami GaN przeznaczonymi do zastosowań przemysłowych i motoryzacyjnych.

    Więc, co dalej z SiC i GaN? Skoro producenci urządzeń zasilających SiC widzą już na horyzoncie wielomiliardowy rynek elektrycznych środków transportu. Czy zatem GaN odniesie taki sam sukces? Powszechne przyjęcie GaN przez producentów OEM w falownikach układu napędowego pojazdów elektrycznych miałoby radykalny wpływ na prognozy rynkowe. Jednak teraz możemy tylko czekać i zobaczyć...

    Źródło: https://www.eetimes.com/sic-and-gan-a-tale-of-two-semiconductors/

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11100 posts with rating 9413, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Helukabel
  • #2
    kris107
    Level 4  
    Zaczynam się wczytywać w pisane tu artykuły i bardzo mi się podobają jako początkującemu.
    W tym konkretnym przypadku brakuje mi jedynie wstępu z tezą lub pytaniem, które wciągnie mnie do czytania, pod warunkiem że akurat ten temat będzie dla mnie ciekawy.
    Po przeczytaniu początku tego nie wiem.
    Pozdrowienia dla tych którym się chce.