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碳化硅/氮化镓元件开始商用 电子产业迎来大革命

2017-07-11 19:33      责任编辑:丹枫    来源:www.newsijie.com    点击:
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碳化硅/氮化镓元件开始商用    电子产业迎来大革命

        随着碳化硅、氮化镓等新材料陆续应用在二极管、场效电晶体等元件上,电力电子产业的技术大革命已揭开序幕。这些新元件虽然在成本上仍比传统硅元件高出一大截,但其开关速度、切换损失等性能指标,也是硅元件难以望其项背的。这些新一代元件的商品化,为电力电子产业打开了全新的应用可能性。

        更高的功率密度与转换效率,是电力电子产业永远追求的目标。然而,在元件技术未有重大突破的情况下,电力电子设备制造商即便在电路设计上不断创新,提出各种先进拓扑架构,对电源系统带来的效率或功率密度提升效果还是遇到瓶颈。

        鉴于此,有许多电源相关芯片业者已经将未来的产品发展重心放在碳化硅、氮化镓等新一代材料的应用导入上,希望藉由材料与芯片技术的根本性突破,让电力电子应用的功率密度、转换效率更上一层楼。

        锁定高功率应用碳化硅开拓电力电子新疆域

        碳化硅具有极佳的材料特性,可以显著降低开关损耗,因此电源开关的操作频率可以大为提高,从而使电源系统的尺寸明显缩小。

        至于在转换效率方面,相较于硅电晶体在单极操作下无法支持高电压,碳化硅即便是在高电压条件下,一样可以支持单极操作,因此其功率损失、转换效率等指标性能的表现,也显著优于硅元件。

        目前大功率电力设备多半仍以机械结构为主,因此造价高昂,且产品相当笨重,更需要经常维修。为了改良这些缺点,以电力电子为基础的新一代大功率电力设备,遂应运而生。而碳化硅等新世代元件,则是在背后促成这股电力设备电子化不可或缺的功臣。

        手机快速充电带动氮化镓元件普及

        相较于碳化硅在大功率电力电子设备上攻城掠地,氮化镓元件则是在小型化电源应用产品领域逐渐扩散,与碳化硅元件联手改变电力电子产业原本由硅元件主导的格局。

        近年来在消费性电源领域引发话题的手机快速充电、USB-PD等技术,就是氮化镓元件可以大展身手的舞台。和电动车的情况类似,快速充电也是智慧型手机或可携式装置使用者非常欢迎的功能,而为了缩短电池充电时间,充电器必须用更高的电压或更大电流对电池充电。但行动装置的充电器本身也属可携式产品,其外观尺寸不能为了支持快速充电而增加太多,于这使得充电器制造商必须改用氮化镓元件来实现产品设计。

        单价偏高仍是普及障碍创造经济规模成首务

        然而,不管是氮化镓或碳化硅,由于是新材料、新制程,因此相关元件的价格至今仍比硅元件高出一截,形成导入障碍。因此,不管是英飞凌、罗姆、德州仪器或戴乐格,在行销推广的策略上,都是以价值诉求作为操作重点。

        碳化硅元件的价格大约是同级硅元件的3~4倍之间,故许多客户在导入时会有一定疑虑。因此,在市场行销推广上,英飞凌会优先锁定硅元件无法切入或缺点非常明显的市场优先布局,藉由创造经济规模的方法来改善碳化硅元件的成本结构。

        新思界行业分析师表示,不管是氮化镓或碳化硅,最终都是要以硅元件作为参照点,其应用设计跟报价,都是越接近硅元件,越能说服客户转向新技术。要达到这个目标,虽然还需要一段时间酝酿,但却不是遥不可及的梦想,在有量就有Cost Down的电子产业,只要能创造经济规模,报价松动就会紧接而来。

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关键字: 电子产业 碳化硅/氮化镓 大革命