自有技術(shù)加持，安世新一代GaN助力工業(yè)汽車(chē)應用

寬禁帶半導體特別是GaN和SiC這兩年成為整個(gè)功率器件材料關(guān)注的焦點(diǎn)，由于GaN具有寬禁帶寬度、高擊穿電場(chǎng)、高熱導率、高電子飽和速率及更高的抗輻射能力，因而更適合于制作高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。隨著(zhù)技術(shù)的不斷成熟和成本逐漸下探，越來(lái)越多的廠(chǎng)商將這兩種技術(shù)應用到更廣闊的領(lǐng)域中。

近日，分立器件、MOSFET器件、模擬和邏輯IC的低成本、高產(chǎn)能生產(chǎn)專(zhuān)家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，依靠多種自有生產(chǎn)工藝，實(shí)現了比之前技術(shù)芯片尺寸的縮小以及動(dòng)態(tài)性能的大幅提升。其應用范圍瞄準了電動(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。

針對這些大幅提升的性能，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。安世半導體從2019年進(jìn)入高壓寬帶隙半導體市場(chǎng)，推出基于H1氮化鎵技術(shù)的650 V 50 mΩ GaN063-650WSA的GaN FET，采用符合行業(yè)標準的TO-247封裝。李東岳H1系列采用級聯(lián)結構(cascode) 的氮化鎵技術(shù)，可以助力工程師簡(jiǎn)化應用設計且無(wú)需復雜的驅動(dòng)和控制。

為了適應市場(chǎng)對小型化和更高能效的需求，安世半導體今年推出了基于H2氮化鎵技術(shù)的新產(chǎn)品，采用創(chuàng )新的貫穿外延層過(guò)孔，減少缺陷和提高成品率；芯片尺寸縮小24%, 提供市場(chǎng)領(lǐng)先的導通電阻。新產(chǎn)品除了繼續使用 級聯(lián)結構(cascode)以實(shí)現驅動(dòng)簡(jiǎn)單的兼容標準傳統硅MOSFET驅動(dòng)器外，新技術(shù)的應用提供了更高的開(kāi)關(guān)穩定性并使得動(dòng)態(tài)特性提升了15%。

除了在GaN材料技術(shù)方面取得突破之外，基于H2 GaN技術(shù)的產(chǎn)品還采用了安世20年經(jīng)驗的車(chē)規級銅夾片專(zhuān)業(yè)技術(shù)，作為銅夾片表面貼裝技術(shù)的創(chuàng )新者，安世可以實(shí)現行業(yè)領(lǐng)先的性能，從而為汽車(chē)行業(yè)提供高產(chǎn)量、高質(zhì)量銅夾片氮化鎵產(chǎn)品。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。由于安世半導體具有自己的獨立生產(chǎn)線(xiàn)和前道與后道的工藝，因此所有的GaN產(chǎn)品都將由安世的工廠(chǎng)生產(chǎn)，因此能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量和供貨。

李東岳介紹安世此次基于H2 GaN的產(chǎn)品提供兩種封裝方式三種產(chǎn)品，提供傳統的TO-247封裝的650V MOSFET，芯片尺寸更小且襯底無(wú)墊片的封裝，實(shí)現了41 mΩ的導通電阻，相比前一系列降低了18%。采用行業(yè)領(lǐng)先的表面貼裝技術(shù)的CCPAK銅夾片封裝則可以實(shí)現頂部或底部散熱，并且導通電阻僅為39 mΩ，更多的將面向汽車(chē)市場(chǎng)應用。李東岳特別指出，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，實(shí)現175度結溫，更好的滿(mǎn)足高溫高濕以及高振動(dòng)環(huán)境及高功率密度高效率的市場(chǎng)需求。

談到H2 GaN技術(shù)產(chǎn)品的應用，李東岳認為工業(yè)是最先應用的市場(chǎng)，通過(guò)提供更高效率助力工業(yè)應用，重點(diǎn)是在服務(wù)器、通訊電源等商業(yè)設備上的同步整流器，通過(guò)提供高端電源所需的高效率和高功率密度幫助其滿(mǎn)足80+的鈦金牌電源單元認證要求。另一個(gè)是電池儲能以及不間斷電源，可以大幅提高效率及增加系統的功率密度，并減小輸出濾波器尺寸。此外伺服驅動(dòng)器方面，可以提供輸出電流波形改善，提供更低的電機損耗和噪音。

在工業(yè)市場(chǎng)之外，安世還瞄準了車(chē)規市場(chǎng)。作為汽車(chē)分離器件的領(lǐng)導者，安世半導體具有完全自己生產(chǎn)的符合AEQ-101車(chē)規標準的產(chǎn)品系列。此次推出的H2 GaN技術(shù)產(chǎn)品在車(chē)載中的應用重點(diǎn)瞄準了GAN039 產(chǎn)品最適合的兩種電動(dòng)汽車(chē)應用 – 車(chē)載充電機(OBC) 和 直流-直流(DC-DC) 轉換器。當然，李東岳表示安世并不滿(mǎn)足這兩個(gè)應用，將開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足車(chē)廠(chǎng)要求的各類(lèi)功率產(chǎn)品。比如安世會(huì )開(kāi)發(fā)更高電壓和更高性能的產(chǎn)品，比如900V甚至1200V的GaN FET，特別是像GaN牽引逆變器應用。相比于SiC產(chǎn)品，硅基GaN同樣可以提升到1200V，并且工藝更容易實(shí)現，產(chǎn)能更大，成本更具優(yōu)勢。