助力新基建，安世半導體升級GaN產(chǎn)品線(xiàn)

近日，安世半導體宣布推出新一代H2技術(shù)的全新650V GaN（氮化鎵） FET。重點(diǎn)應用場(chǎng)合包括電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電器、高壓DC-DC直流轉換器和發(fā)動(dòng)機牽引逆變器; 1.5~5kW鈦金級工業(yè)電源，用于機架裝配的電信設備、5G設備和數據中心相關(guān)設備。

日前，安世半導體MOS業(yè)務(wù)集團大中華區總監李東岳詳細解析了安世半導體的GaN FET藍圖以及新一代GaN FET的特性。

新一代GaN產(chǎn)品升級

2019年，安世半導體正式推出650V GaN MOSFET，采用級聯(lián)技術(shù)，利用高壓GaN配合低壓MOSFET，簡(jiǎn)化驅動(dòng)，采用TO-247標準封裝。

如今新一代GaN FET繼續使用經(jīng)驗證的級聯(lián)結構，在工藝端則采用了貫穿外延層過(guò)孔技術(shù)，這樣可以減少缺陷，提高成品率，及開(kāi)關(guān)穩定性，動(dòng)態(tài)特性提升15%，同時(shí)，也使得芯片尺寸減少了24%。

新品提供了兩種封裝方式三種產(chǎn)品，包括傳統TO-247封裝，內阻41 mΩ，比之前降低了18%；另外則采用CCPAK銅夾片封裝，通過(guò)頂部或底部散熱片，實(shí)現了更好的穩定性，內阻39mΩ。

李東岳表示，采用銅夾片方式，可以將寄生電感減小三倍，從而實(shí)現更低的開(kāi)關(guān)損耗和電磁干擾。同時(shí)相對于引線(xiàn)(wire-bond)技術(shù)，有著(zhù)更高的可靠性。具體的散熱指標為Rth(j-mb)<0.5K/W，采用靈活的海鷗引腳可以提供高板級可靠性，并且兼容SMD焊接和AOI。

李東岳透露道，2021年，安世半導體將推出符合汽車(chē)AEC-Q101標準的新一代GaN產(chǎn)品，可以更好的應對高溫高濕以及高振動(dòng)環(huán)境及高功率密度高效率的需求。

談到級聯(lián)技術(shù)，李東岳表示，目前安世半導體采用的是耗盡型的GaN FET架構，所以需要串聯(lián)一個(gè)Si MOSFET作為GaN開(kāi)關(guān)，實(shí)現常態(tài)關(guān)閉，通過(guò)級聯(lián)可以很容易實(shí)現高柵極閾值電壓，驅動(dòng)設計非常簡(jiǎn)單，耐用性和可靠性更高。另外一種增強型常態(tài)關(guān)閉的E-GaN FET，常態(tài)關(guān)閉，但是需要用負壓來(lái)驅動(dòng)，控制比較復雜。

電源基礎設施應用

李東岳表示，在高功率高密度高效率的電源應用中，雖然可以使用傳統Si來(lái)實(shí)現，但是需要設計復雜的軟開(kāi)關(guān)控制電路，而GaN器件則可實(shí)現非常簡(jiǎn)單的架構。以單相無(wú)橋硬開(kāi)關(guān)PFC為例，GaN的圖騰柱PFC效率可達99%以上，可以輕松應對高密度高效率的電源需求。

因此在服務(wù)器和電信電源。電池儲能和不間斷電源以及伺服驅動(dòng)器等場(chǎng)合，高端產(chǎn)品都在進(jìn)行著(zhù)Si、IGBT的替代。

繼續穩固車(chē)規市場(chǎng)發(fā)展

車(chē)規市場(chǎng)是安世半導體最重要的產(chǎn)品線(xiàn)，目前有接近一半的銷(xiāo)售額來(lái)自汽車(chē)。目前安世半導體的GaN產(chǎn)品適合車(chē)載充電機（OBC）和直流-直流轉換器，其中車(chē)載充電機單向輸出最高功率可達6kW，并支持雙向輸出結構。而對于DC-DC 480V-12V市場(chǎng)，典型功率為5kW。

李東岳表示，汽車(chē)市場(chǎng)對供應商有著(zhù)更加苛刻的要求，包括要求器件需要更加穩定，滿(mǎn)足所有工況要求，對于振動(dòng)、濕度以及溫度等外部環(huán)境有著(zhù)更高的抵抗。同時(shí)對散熱、機械穩定性、體積、重量、成本以及最重要的壽命都有著(zhù)詳細要求，如此高規格的門(mén)檻，也讓安世半導體構建汽車(chē)電子領(lǐng)域強有力的護城河。

李東岳還強調，安世半導體一直和終端車(chē)廠(chǎng)保持良好的溝通及密切的配合，不斷開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足車(chē)廠(chǎng)要求的各類(lèi)功率產(chǎn)品.

而面對未來(lái)，安世半導體還計劃將GaN系統應用在牽引逆變器市場(chǎng)。李東岳表示，目前盡管特斯拉的牽引逆變器采用了碳化硅技術(shù)，但其電壓為650V，這也是GaN可以滿(mǎn)足的，未來(lái)GaN還可以提升到1200V，依然可以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)牽引逆變器可能的更高電壓需求。在目前中高壓階段來(lái)講，硅基GaN工藝更容易實(shí)現，產(chǎn)能更大，成本更具優(yōu)勢，適合快速上量的應用。

對于電動(dòng)汽車(chē)，牽引逆變器中使用的功率半導體器件會(huì )對效率，功率密度和冷卻要求產(chǎn)生重大影響。當今電動(dòng)汽車(chē)中使用的三相交流電動(dòng)機的運行電壓高達800V，開(kāi)關(guān)頻率高達20 kHz。這非常接近目前在牽引逆變器中使用的硅基MOSFET和IGBT的運行極限。如果沒(méi)有重大的技術(shù)突破，基于硅的MOSFET和IGBT將很難滿(mǎn)足下一代電動(dòng)汽車(chē)的運行要求。

面對如今氮化鎵市場(chǎng)應用，李東岳表示尚在培育中，目前GaN市場(chǎng)最主流應用還是集中在低功率的快充領(lǐng)域，并沒(méi)有充分發(fā)揮GaN高功率密度、高效率、高擊穿電壓以及高飽和電子速率等特點(diǎn)，未來(lái)在新能源，5G，數據中心，工業(yè)自動(dòng)化，航空航天，特高壓等圍繞新基建項目上更容易發(fā)揮其技術(shù)和成本優(yōu)勢。

“盡管目前來(lái)看汽車(chē)行業(yè)的需求正在下降，但電動(dòng)汽車(chē)的需求在不斷上升，市場(chǎng)所需要的功率器件不斷增加，對于安世半導體來(lái)說(shuō)，我們依然在不斷擴充產(chǎn)品組合和提高產(chǎn)能，以滿(mǎn)足新能源車(chē)廠(chǎng)的各種需求?！崩顤|岳說(shuō)道。