尽管不断增长的5G推出数量和不断增长的消费电子设备销售将主要为RF功率半导体需求的增长创造良好的环境，但汽车行业仍然是RF功率模块的主要消费领域。
当前，汽车行业正经历着动态的电气和数字革命。越来越多的车辆需要电气化，自治和易于连接。一切都归结为能源效率的重要性日益提高，并将通过多种方式加速汽车行业的转型。然而，对于实现这种转变而言，至关重要的一个方面是射频功率半导体，因为它在使电动汽车和混合电动汽车（HEV）发挥了举足轻重的作用。
参与该行业的“零排放”转变，全球领先的汽车制造商一直在加大力度实施其车辆电气化项目。研究驱动型预测表明，大多数OEM都将目光投向了2025年要实现的EV和HEV的目标。这种情况清楚地提示了可以在高温下有效运行的高效RF功率半导体的重大机遇。因此，射频功率模块的制造商一直将其策略始终专注于基于SiC（碳化硅），GaN（氮化镓）和WBG（宽带隙）技术的产品开发。
GaN新兴成为射频功率半导体材料的选择
尽管在WBG半导体领域中进行了大量的研发工作，但SiC变体在最近几年仍然是电动汽车和混合动力汽车的传统选择。但是，另一方面，SiC已经进入市场的成熟阶段，并且正受到其他竞争技术的挑战，尤其是在电力电子以及电动和混合动力汽车的其他要求苛刻的应用中。
虽然电动汽车和混合动力汽车通常使用基于SiC的RF功率半导体来调节动力总成中的DC / DC转换器，但过渡时间往往会将其开关频率限制在10 kHz至100 kHz之间。当前，全球几乎每家汽车制造商都在围绕RF功率半导体的GaN设计进行创新。
GaN半导体的引入有望通过在纳秒级范围内切换时间并在高达200°C的温度下工作来克服这一长期挑战。 GaN半导体更快的功能性导致高开关频率，从而降低开关损耗。此外，较低功率的电子产品体积可减轻总体重量，从而支持轻量化和更高的效率。
几项研究主张基于GaN的半导体在高速高功率转换方面的潜在潜力。迈向功率电子学的新时代，这将最能满足电动汽车和混合动力汽车的目标，GaN半导体材料的关键属性，例如优越的开关速度，较高的工作温度，较小的开关和电导率损耗，紧凑的封装以及潜在的成本竞争力，将继续将GaN基RF半导体置于所有其他同类产品之上。
限制电动汽车和混合动力汽车中射频功率半导体的潜在挑战
尽管有所有创新和积极成果进入市场，但由于电动汽车中射频功率半导体功能的障碍，仍然存在一些挑战。毕竟，在十亿分之一秒内驱动一个高功率组件是一项繁琐的工作，并带来许多尚未解决的困难。最突出的挑战之一是提高额定电压。在不改变传统设计的情况下提高高温下的有效可操作性是另一个重要的挑战，不断吸引着射频半导体领域的研发兴趣。
这一事实一再表明，电动汽车和混合动力汽车中电力电子模块的应用要求很高，其性能不仅依赖于基于电压和性能的创新。不断推动结构和设计技术的改进，可确保混合动力和纯/电池电动汽车中RF设备的耐用性，可靠性和热阻。
包装挑战引起关注
尽管周围电子零件的变形已成为挑战EV设计中RF半导体器件适用性的另一个因素，但EMC（环氧模塑料）半导体封装已成为一项研究领域中利润丰厚的研究领域，因为它可以在不干扰相邻电子元件的情况下进行操作。
此外，尽管已经将包覆成型的RF电源模块视为不久的将来的主流，但这些设计在散热管理方面仍有改进的余地。因此，RF半导体领域的领先公司正在强调扩大与封装相关的工作，以提高电动车辆使用的可靠性。
WBG的美好未来-有吗？
然而，在SiC成熟和GaN已证明具有优势的背景下，市场无法解决与WBG相关的可靠性问题，从长远来看，这最终将限制WBG型FR半导体的市场渗透率。实现更坚固的WBG型半导体工程的唯一途径是对恶劣工作条件下其失效机理的深入了解。专家们还认为，WBG可能会在没有任何具体战略支持的情况下实现市场成熟，而这些战略支持将重新确立其可靠性以供进一步利用。
业界的庞然大物正在做什么
总部位于美国的Cree Inc.公司Wolfspeed是一家专门生产优质SiC和GaN RF功率产品的公司，最近推出了一款新产品，该产品可将EV传动系统的逆变器损耗降低75％以上。借助这种提高的效率，工程师可能会发现新的参数，以在电池使用，范围，设计，热管理和封装方面进行创新。
电动和混合动力电动汽车中逆变器的高压电路会产生大量热量，因此需要通过有效的冷却机制来解决此问题。研究一次又一次地建议减小逆变器的尺寸和重量是实现改进的电动汽车和混合动力汽车的汽车部件冷却的关键。
在类似的路线上，借助双重冷却技术（使用液体或空气直接冷却所需的高功率），大多数行业领导者（例如Hitachi，Ltd.）仍然专注于逆变器的质量和尺寸。电压射频功率模块。这样的机制还允许增加整体设计的紧凑性和灵活性，从而增加减少发电损失的努力。
期待紧凑设计对提高射频功率半导体在电动汽车中的适用性的重要性，三菱的超紧凑型SiC逆变器之类的产品成为开拓者。三菱电机公司特别开发了这种用于混合动力电动汽车的超紧凑型射频功率产品，并声称它是全球同类产品中最小的SiC器件。该设备减小的包装体积消耗了车辆内部显着更少的空间，因此支撑了更高的燃料和能源效率。该设备的商业化有望在未来几年内实现。在新能源和工业技术开发组织（日本NEDO）的部分支持下，该公司还将很快开始大规模生产超紧凑型SiC逆变器。
去年，业界首次推出革命性的现场可编程控制单元（FPCU），它是一种新颖的半导体架构，可以潜在地扩大电动和混合动力汽车的行驶里程和性能。这款射频半导体器件是由法国的Silicon Mobility设计的，目的是使现有的EV和HEV技术发挥最大的潜力。Silicon Mobility在FPCU开发中的制造合作伙伴是美国的半导体制造商GlobalFoundries。
射频功率半导体需求将在亚太地区激增
随着世界迅速转向低碳能源以实现节能运输，建筑中将节能汽车上的碳足迹最小化的压力。即使大约十年前才开始大规模生产，电动汽车的市场也已经超过了使用ICE（内燃机）运行的传统汽车的市场。前者的膨胀速度是几乎据说是10倍的后期和对2040年年底，有超过1/3的研发总新车销售将被电动车占据。
中国汽车工业协会的最新数据表明，仅在中国，2016年就销售了超过100万辆电动汽车，主要包括商用车和公共汽车。从长远来看，尽管中国仍将是最大的电动汽车市场，但在整个亚太地区，电动汽车的生产率一直处于持续高位。
除了消费电子行业蓬勃发展之外，该地区最近还见证了电动汽车市场的显着增长，从而为射频功率半导体（最好是基于GaN）的渗透创造了强大的机会。
截至2018年底，RF功率半导体市场的全球估值约为120亿美元。随着5G技术的兴起，无线网络基础设施和IIoT（工业物联网）技术的广泛采用，消费电子领域的繁荣前景以及电动汽车（EV）的销售增长带来的突破性机遇，RF功率半导体市场收入到2027年，复合年增长率可能会达到惊人的12％。
Aditi Yadwadkar 是一位经验丰富的市场研究作家，并在电子和半导体行业写过很多篇文章。在Future Market Insights（FMI），她与电子和半导体研究团队紧密合作，为全球客户提供服务。这些见解基于 FMI 对 RF功率半导体市场 的最新研究 。