5G推出的數(shù)量不斷增加以及消費(fèi)電子設(shè)備的銷(xiāo)售攀升將主要為RF功率半導(dǎo)體需求的增長(zhǎng)創(chuàng)造良好的環(huán)境，汽車(chē)行業(yè)也仍然是RF功率模塊的主要消費(fèi)領(lǐng)域。

當(dāng)前，汽車(chē)行業(yè)正經(jīng)歷著動(dòng)態(tài)的電氣和數(shù)字革命。越來(lái)越多的車(chē)輛需要電氣化，自治和隨時(shí)可聯(lián)網(wǎng)。歸根結(jié)底，能源效率的重要性日益提高，并將通過(guò)多種方式加速汽車(chē)行業(yè)的轉(zhuǎn)型。但是，對(duì)于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變而言，至關(guān)重要的一個(gè)方面是RF功率半導(dǎo)體，因?yàn)樗趯?shí)現(xiàn) EV 和混合動(dòng)力EV（ HEV ）。

參與行業(yè)的“零排放”轉(zhuǎn)變，全球領(lǐng)先的汽車(chē)制造商一直在加大其汽車(chē)電氣化項(xiàng)目的投入。以研究為導(dǎo)向的預(yù)測(cè)表明，大多數(shù) OEM 都在著眼于2025年要實(shí)現(xiàn)的 EV和HEV 的目標(biāo)。這種情況清楚地提示了實(shí)現(xiàn)可以在高溫下有效運(yùn)行的高效RF功率半導(dǎo)體。因此，射頻功率模塊的制造商一直將他們的策略集中在基于SiC（碳化硅），GaN（氮化鎵）和WBG（寬帶隙）技術(shù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上。

新興的GaN成為射頻功率半導(dǎo)體的材料選擇

盡管WBG半導(dǎo)體領(lǐng)域進(jìn)行了大量研發(fā)工作，但SiC變體仍是傳統(tǒng)選擇電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的最新發(fā)展。但是，另一方面，SiC已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)的成熟階段，并且正受到其他競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的挑戰(zhàn)，尤其是在電力電子以及電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)的其他要求苛刻的應(yīng)用中。/p》雖然EV和HEV通常使用基于SiC的RF功率半導(dǎo)體來(lái)調(diào)節(jié)動(dòng)力總成中的DC/DC轉(zhuǎn)換器，但過(guò)渡時(shí)間往往會(huì)將其開(kāi)關(guān)頻率限制在10 kHz至100 kHz之間。當(dāng)前，全球幾乎每家汽車(chē)制造商都在圍繞RF功率半導(dǎo)體的GaN設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新。

GaN半導(dǎo)體的推出有望實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。通過(guò)使切換時(shí)間在納秒范圍內(nèi)以及在高達(dá)200°C的溫度下工作，可以潛在地克服這一長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。 GaN半導(dǎo)體更快的功能性導(dǎo)致高開(kāi)關(guān)頻率，從而降低開(kāi)關(guān)損耗。此外，較低功率的電子體積可減輕整體重量，從而支持輕量化和更高的效率經(jīng)濟(jì)。

多項(xiàng)研究主張GaN基半導(dǎo)體在高功率轉(zhuǎn)換方面的潛在潛力高速。邁向功率電子學(xué)的新時(shí)代，這將最能滿足電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的目標(biāo)，GaN半導(dǎo)體材料的關(guān)鍵特性，例如優(yōu)越的開(kāi)關(guān)速度，較高的工作溫度，較小的開(kāi)關(guān)和電導(dǎo)率損耗，緊湊的封裝以及潛在的成本

潛在的挑戰(zhàn)，限制了RF功率半導(dǎo)體在電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)中的應(yīng)用

盡管所有創(chuàng)新和積極成果都進(jìn)入了市場(chǎng)，但由于電動(dòng)汽車(chē)中射頻功率半導(dǎo)體功能的障礙，仍然存在一些挑戰(zhàn)。畢竟，在十億分之一秒內(nèi)驅(qū)動(dòng)一個(gè)高功率組件是一項(xiàng)繁瑣的工作，并帶來(lái)許多尚未解決的困難。最突出的挑戰(zhàn)之一是提高額定電壓。在不改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的情況下提高高溫下的有效可操作性是繼續(xù)吸引RF半導(dǎo)體領(lǐng)域研發(fā)興趣的另一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

這一事實(shí)一再?gòu)?qiáng)調(diào)了功率電子模塊的應(yīng)用電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的要求很高，其性能不僅依賴(lài)于基于電壓和性能的創(chuàng)新。不斷推動(dòng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn)，確保了混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)中RF設(shè)備的耐用性，可靠性和熱阻。

包裝挑戰(zhàn)引起關(guān)注

盡管周?chē)娮恿慵淖冃问翘魬?zhàn)EV設(shè)計(jì)中RF半導(dǎo)體器件適用性的另一個(gè)因素，但EMC（環(huán)氧模塑料）半導(dǎo)體封裝已成為該領(lǐng)域利潤(rùn)豐厚的領(lǐng)域

此外，盡管包覆成型的RF電源模塊已被視為主流。在不久的將來(lái)，這些設(shè)計(jì)在熱管理方面仍有改進(jìn)的余地。因此，RF半導(dǎo)體領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)都在強(qiáng)調(diào)與包裝相關(guān)的工作，以提高電動(dòng)汽車(chē)使用的可靠性。

WBG的美好未來(lái)–是否存在

在SiC成熟和GaN具有公認(rèn)優(yōu)勢(shì)的背景下，市場(chǎng)未能解決與WBG相關(guān)的可靠性問(wèn)題，這最終限制了WBG型FR半導(dǎo)體在中國(guó)的市場(chǎng)滲透率。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看。實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的WBG型半導(dǎo)體工程的唯一途徑是對(duì)惡劣工作條件下其失效機(jī)理的深入了解。專(zhuān)家還認(rèn)為，WBG可能會(huì)在沒(méi)有任何具體戰(zhàn)略支持的情況下實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)成熟，而這些戰(zhàn)略支持將重新建立其可靠性以進(jìn)一步利用。

該行業(yè)的龐然大物正在做什么 ？

Wolfspeed 是一家總部位于美國(guó)的Cree Inc.公司，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)SiC和GaN RF功率產(chǎn)品，最近推出了新的該產(chǎn)品可將電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的逆變器損耗降低75％以上。有了這種提高的效率，工程師很可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新的參數(shù)，以在電池使用，范圍，設(shè)計(jì)，熱管理和封裝方面進(jìn)行創(chuàng)新。

電動(dòng)和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)中的逆變器會(huì)產(chǎn)生大量熱量，因此需要通過(guò)有效的冷卻機(jī)制來(lái)解決此問(wèn)題。研究一次又一次地建議減小逆變器的尺寸和重量是改善電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)中汽車(chē)部件冷卻的關(guān)鍵。

業(yè)界的大多數(shù)領(lǐng)導(dǎo)者（例如 Hitachi，Ltd。）仍然借助采用液體或空氣直接冷卻變頻器的雙重冷卻技術(shù)，專(zhuān)注于逆變器的質(zhì)量和尺寸。所需的高壓RF電源模塊。這種機(jī)制還可以增加總體設(shè)計(jì)的緊湊性和靈活性，從而減少發(fā)電量。

期待緊湊型設(shè)計(jì)的重要性為了提高RF功率半導(dǎo)體在電動(dòng)汽車(chē)中的適用性，三菱的超緊湊SiC逆變器之類(lèi)的產(chǎn)品成為開(kāi)拓者。 三菱電機(jī)公司特別開(kāi)發(fā)了這種用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的超緊湊型射頻功率產(chǎn)品，并聲稱(chēng)它是世界上同類(lèi)產(chǎn)品中最小的SiC器件。該設(shè)備減小的包裝體積消耗了車(chē)輛內(nèi)部顯著更少的空間，因此支撐了更高的燃料和能源效率。該設(shè)備的商業(yè)化有望在未來(lái)幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在新能源和工業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)組織（日本NEDO）的部分支持下，該公司還將很快開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)超緊湊型SiC逆變器。

最后一年來(lái)，業(yè)界首個(gè)革命性的現(xiàn)場(chǎng)可編程控制單元（FPCU）作為一種新穎的半導(dǎo)體架構(gòu)問(wèn)世，該架構(gòu)可能有助于擴(kuò)大電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)的行駛里程和性能。這款射頻半導(dǎo)體器件是由位于法國(guó)的 Silicon Mobility 設(shè)計(jì)的，目的是使現(xiàn)有的EV和HEV技術(shù)發(fā)揮最大的潛力。 Silicon Mobility在FPCU開(kāi)發(fā)中的制造合作伙伴是美國(guó)的半導(dǎo)體制造商GlobalFoundries。

RF功率半導(dǎo)體在亞太地區(qū)的需求激增 》

隨著世界迅速轉(zhuǎn)向低碳能源以實(shí)現(xiàn)高能效運(yùn)輸，在建筑中將高能效車(chē)輛的碳足跡最小化的壓力。即使大約十年前才開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)，電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)也已經(jīng)超過(guò)了使用ICE（內(nèi)燃機(jī)）運(yùn)行的傳統(tǒng)汽車(chē)的市場(chǎng)。據(jù)報(bào)道，前者的增長(zhǎng)速度幾乎是后者的10倍，到2040年底，電動(dòng)汽車(chē)將占到新車(chē)銷(xiāo)售總量的1/3以上。

中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)的最新數(shù)據(jù)表明，僅在中國(guó)，2016年就銷(xiāo)售了超過(guò)100萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)，主要包括商用車(chē)和公共汽車(chē)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，盡管中國(guó)仍將是最大的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，但在整個(gè)亞太地區(qū)，電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)率一直處于較高水平。

消費(fèi)電子行業(yè)蓬勃發(fā)展，該地區(qū)最近見(jiàn)證了電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的顯著增長(zhǎng)，從而為射頻功率半導(dǎo)體（尤其是基于GaN的射頻功率半導(dǎo)體）的滲透創(chuàng)造了強(qiáng)大的機(jī)會(huì)。

截止到2018年底，射頻功率半導(dǎo)體市場(chǎng)的全球估值約為120億美元。隨著5G技術(shù)的興起，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)的廣泛采用，消費(fèi)電子領(lǐng)域的繁榮前景以及電動(dòng)汽車(chē)（EV）的銷(xiāo)售增長(zhǎng)帶來(lái)的突破性機(jī)遇，RF功率半導(dǎo)體市場(chǎng)收入到2027年可能會(huì)以驚人的12％的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。

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