自動(dòng)化可以徹底改變行業(yè)的未來(lái)，但前提是有合適的電子設(shè)備來(lái)支持它。更具體地說(shuō)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用的半導(dǎo)體必須進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的進(jìn)步。寬帶隙半導(dǎo)體可能會(huì)帶來(lái)這種變化。

　　雖然硅和半導(dǎo)體如今幾乎是同義詞，但寬帶隙 (WBG) 材料的潛力不容忽視。當(dāng)足夠多的晶圓廠意識(shí)到這些優(yōu)勢(shì)時(shí)，WBG 半導(dǎo)體可能會(huì)成為新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而釋放下一代自動(dòng)化技術(shù)。

　　寬帶隙半導(dǎo)體與硅

　　半導(dǎo)體市場(chǎng)的幾乎所有價(jià)值都來(lái)自硅芯片。原因也很容易理解，因?yàn)椴牧县S富且易于使用。然而，隨著自動(dòng)化的進(jìn)步提高了半導(dǎo)體的門(mén)檻，其相對(duì)較窄的帶隙正成為一個(gè)更大的問(wèn)題。

　　硅的帶隙為 1.12 電子伏特 (eV)。相比之下，寬帶隙材料的帶隙可高達(dá) 4 eV。它們還通常具有比純硅更高的介電強(qiáng)度和熱導(dǎo)率。

　　WBG材料通常是合金，這與純硅的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)又有不同。因此，這些化合物(最常見(jiàn)的是碳化硅 (SIC) 或氮化鎵 (GaN))結(jié)合了不同元素的優(yōu)點(diǎn)。過(guò)去，這是以更高的生產(chǎn)成本和復(fù)雜性為代價(jià)的，但最近的進(jìn)展使它們可以大規(guī)模應(yīng)用。

　　WBG 半導(dǎo)體如何推動(dòng)自動(dòng)化改進(jìn)

　　改用寬帶隙半導(dǎo)體而不是純硅具有幾個(gè)有希望的優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于自動(dòng)化而言。以下是其中五個(gè)最令人興奮的好處。

　　讓自動(dòng)化更具彈性

　　WBG 材料的彈性是其相對(duì)于純硅最顯著的優(yōu)勢(shì)之一。SiC 可以承受高達(dá) 200°C 的溫度，并且泄漏最小。因此，使用它的電子設(shè)備適用于更廣泛的操作環(huán)境。

　　在大多數(shù)消費(fèi)應(yīng)用中，導(dǎo)熱性并不是一個(gè)重要問(wèn)題，但它在工業(yè)自動(dòng)化中產(chǎn)生了相當(dāng)大的差異。如果為工業(yè)機(jī)器人提供動(dòng)力的半導(dǎo)體能夠承受更高的溫度，工廠就可以實(shí)現(xiàn)最極端的工作流程的自動(dòng)化。反過(guò)來(lái)，自動(dòng)化可以通過(guò)讓員工擺脫最危險(xiǎn)的工作來(lái)提高效率和工人安全。

　　同樣，寬帶隙半導(dǎo)體可以比純硅處理更高的電壓。這可能會(huì)為采礦或建筑等重工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)更強(qiáng)大的機(jī)器人。當(dāng)前的機(jī)器人很難填補(bǔ)這些角色，但寬帶隙材料提供了第一個(gè)必要的步驟。

　　降低成本

　　寬帶隙半導(dǎo)體還可以降低自動(dòng)化成本。雖然這些材料的初始價(jià)格可能較高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，由于其更高的效率，它們更具成本效益。

　　這些節(jié)省大部分源于寬帶隙材料的最小開(kāi)關(guān)損耗。由于它們可以在更高的頻率下運(yùn)行且損耗更少，因此它們所供電的設(shè)備消耗的能量更少。因此，企業(yè)使用機(jī)器人系統(tǒng)的支出比平時(shí)更少，從而更快地獲得投資回報(bào)。

　　WBG 半導(dǎo)體還可以降低機(jī)器人的單位價(jià)格。這是因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁┫嗤男阅埽瑫r(shí)占用更少的 PCB 空間。它們需要較少的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施，因此使用它們的機(jī)器人不需要那么多的材料和組件。因此，機(jī)器人技術(shù)變得更加容易獲得。

　　減少自動(dòng)化的碳足跡

　　出于許多相同的原因，寬帶隙半導(dǎo)體在環(huán)境上更具可持續(xù)性。開(kāi)關(guān)損耗更少意味著這些芯片可以提供與硅替代品相同或更好的結(jié)果，同時(shí)能源浪費(fèi)更少。反過(guò)來(lái)，它們的最終用途使用更少的電力，從而減少與能源相關(guān)的碳排放。

　　機(jī)器人已經(jīng)有利于可持續(xù)發(fā)展，因?yàn)樗鼈儽仁謩?dòng)過(guò)程產(chǎn)生的廢物更少。然而，它們的能源消耗可能令人擔(dān)憂，特別是考慮到可再生能源尚未廣泛應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用。使用寬帶隙材料的更高效組件可以解決這個(gè)問(wèn)題。

　　隨著 WBG 芯片使機(jī)器人更具可持續(xù)性，使用它們的企業(yè)可以提高效率，而不必?fù)?dān)心增加碳足跡。隨著氣候變化的惡化，消費(fèi)者和 B2B 客戶都變得更加環(huán)保，因此這些好處不容忽視。

　　最大限度地減少錯(cuò)誤

　　更高的準(zhǔn)確性是部署自動(dòng)化的另一個(gè)常見(jiàn)原因。寬帶隙半導(dǎo)體通過(guò)減少電氣錯(cuò)誤和類似故障的可能性來(lái)支持這一目標(biāo)。設(shè)備故障是制造業(yè)停機(jī)的主要原因之一，因此這些改進(jìn)可以節(jié)省大量成本。

　　SiC 和 GaN 半導(dǎo)體的故障較少，尤其是在惡劣條件下，因?yàn)樗鼈兏邚椥浴３耸顾麄兊脑O(shè)備更加通用之外，這種可靠性還意味著他們將提供適量的電力或以更一致的準(zhǔn)確性處理信息。因此，機(jī)器出錯(cuò)的可能性就會(huì)降低。

　　當(dāng)自主機(jī)器故障減少時(shí)，它們周?chē)蜁?huì)更安全，從而導(dǎo)致協(xié)作機(jī)器人的采用率增加。使用該設(shè)備的企業(yè)還可以通過(guò)最大限度地減少材料浪費(fèi)來(lái)節(jié)省成本，從而獲得更高的利潤(rùn)和更快的投資回報(bào)率。這一切都始于一種新的半導(dǎo)體。

　　啟用更小的機(jī)器人

　　值得注意的是，寬帶隙半導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)更小的外形尺寸。更高的導(dǎo)熱率意味著這些組件不需要笨重的冷卻系統(tǒng)。它們還可以在更小的空間內(nèi)管理相同的電壓而不會(huì)過(guò)載，從而進(jìn)一步縮小其尺寸。

　　反過(guò)來(lái)，更小的 PCB 讓先進(jìn)的機(jī)器人能夠在以前無(wú)法到達(dá)的領(lǐng)域工作。微型機(jī)器人可以穿過(guò)管道來(lái)查找和解決管道問(wèn)題、檢查農(nóng)場(chǎng)的土壤、進(jìn)行手術(shù)等等。沒(méi)有了歷史上的尺寸限制，可能性要大得多。

　　自動(dòng)化也不必發(fā)生在小規(guī)模上，更小的外形尺寸才有用。工程師還可以利用寬帶隙半導(dǎo)體，使標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人變得更加緊湊。當(dāng)這些機(jī)器占用的空間更少時(shí)，更多的工廠可以安全地實(shí)施它們，從而導(dǎo)致自動(dòng)化采用率不斷上升。

　　寬帶隙半導(dǎo)體是自動(dòng)化的未來(lái)

　　寬帶隙半導(dǎo)體日益變得可行。隨著越來(lái)越多的機(jī)器人公司發(fā)揮其潛力，他們可以以前所未有的速度推動(dòng)該領(lǐng)域向前發(fā)展。

　　WBG 材料并不是解決自動(dòng)化行業(yè)所有障礙的靈丹妙藥。然而，如果應(yīng)用得當(dāng)，它們可以解決許多緊迫的挑戰(zhàn)并開(kāi)辟新的實(shí)施機(jī)會(huì)。下一代機(jī)器人技術(shù)的第一步是了解寬帶隙材料以及它們?nèi)绾蝺?yōu)于純硅。

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