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【SiCXGaN,開啟功率新時代】
被視為「戰略物資」的第三代半導體——以碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 為首的二元 III-V 族「寬能隙」(Wide Band Gap, WBG) 化合物半導體,原就挾著耐高溫、耐高壓、切換快、效率高 (耗損低) 等優異物理特性而備受關注,近來更因被中國「十四五計畫」點名列入重點扶植對象而再掀熱議;特斯拉 (Tesla) Model 3 採用 SiC 功率器件及小米科技發佈 GaN 手機充電器,更將之推向高潮。
碳化矽約有四成在車用 (含汽車電子與電動車週邊),目前業界於電動車較積極導入碳化矽的主要裝置/部件包括主驅逆變器 (inverter) 與車載/車外充電器,儘管 SiC-SBD (蕭特基二極體) 的市場因國際貿易摩擦而放緩,但由於能源、汽車和工業需求維持增長,預計市場將繼續擴大;至於氮化鎵,「製程介面」(基板材料) 是其應用的最大關鍵,分為:碳化矽基氮化鎵 (GaN-on-SiC) 和矽基氮化鎵 (GaN-on-Si) 兩種。
延伸閱讀:
《「寬能隙」半導體的現在與未來》
http://www.compotechasia.com/a/feature/2020/1112/46364.html
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【WPC、AirFuel 相互取經,NFC WLC 跨足無線充電】
已存在一段時間的無線充電,最近因為蘋果 (Apple) iPhone SE2、OnePlus 8 Pro 手機及真無線耳機 (TWS) 的走紅再度躍上版面。Reportlinker.com 預測,2020~2026 年全球無線充電市場規模將達 256 億美元,預測期內年複合成長率 (CAGR) 為 28.4%,可概分為「共振式」(Resonance,鬆散耦合) 和「感應式」(Induction,緊密耦合) 兩大主流。
前者以 AirFuel 聯盟為首,可穿透數公分的厚實桌面在指定充電範圍內提供多個裝置同時垂直充電,且擺放方式較不受限,惟 6.78MHz 高頻操作,傳輸效率低、易有過熱及干擾問題,亟需氮化鎵 (GaN) 及電源管理演算法 (PMA) 加持,加上無線通訊功能獨立於功率模組之故,製作成本高;後者以無線充電聯盟 (WPC) 為宗,具有低成本、高效率利基,易於大量商品化,缺點是需將兩端線圈對齊才能工作,內嵌磁鐵有助於位置擺放的對齊和定位。
WPC Qi 已在市場搶得先機,基於安全和干擾考量,「異物偵測」(FOD) 是另一關注重點。事實上,共振、感應在技術上互有長短,兩大陣營也從一開始較勁意味濃厚、轉趨握手言和;值得留意的是,無線充電與 NFC (近場通訊) 的共存一度曾是 WPC 與 AirFuel 相互攻防焦點之一,如今,NFC 論壇本身也自訂無線充電標準「WLC」(Wireless Charging) 作為補充技術——利用 NFC 智慧手機的線圈作為發射器,為無線耳機或穿戴裝置做「反向充電」;而為讓 Qi+NFC 協作順暢,量測儀器廠商也已準備好了!
延伸閱讀:
《從旗艦到標配,無線充電欣欣向榮》
http://compotechasia.com/a/feature/2020/0608/44928.html
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【話說車載3:寬能隙半導體入主高功率應用】
動力系統是電動車/智能車主命脈。絕緣柵雙極電晶體 (IGBT)、高電壓閘極驅動器、超接面整流器、高電壓金屬氧化物半導體場效電晶體 (MOSFET)、高電壓 DC-DC,以及碳化矽 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新一代寬能隙 (WBG) 功率技術深深牽動著電池續航力與安全防護。
當電子從「價帶」(valence band,指絕對零度中電子最高能量的區域) 移動到「傳導帶」(conduction band,電子經由外在電場加速形成電流) 並用於電流時需要能量,寬能隙的能量遠高於矽——相較於矽的 1.1eV (電子伏特),SiC 需要 3.2 eV;意味著在相同尺寸下,這些額外能量可帶來更高的電壓擊穿性能,在失效前可承受更高的溫度,蕭特基二極體 (SBD)、高功率 MOSFET 是主要市場。
為提高能效,亦促成涵蓋驅動電路和控制單元,以定制集成電路執行供電欠壓、過溫和短路等自我保護功能的智慧功率模組 (IPM) 興起,以適應基本結構或設計變化,並提升系統可靠性。此外,先進的基板和封裝,則是高能效、散熱性、強固性等關鍵因素;例如,貼片式「電晶體外殼無引腳封裝」(Transistor Outline Leadless, TOLL;或簡稱為 TO-Lead-Less) 因散熱表現較佳,可藉此提高電流密度,特別適合動力轉向、無刷直流驅動、電池管理、電池安全開關等高功率應用。
延伸閱讀:
《適合汽車應用的技術解決方案》
https://www.avnet.com/…/transform-your-thinkin…/automotive/…
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