助力新基建，安世半導(dǎo)體升級GaN產(chǎn)品線

近日，安世半導(dǎo)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(yīng)用場合包括電動汽車的車載充電器、高壓DC-DC直流轉(zhuǎn)換器和發(fā)動機(jī)牽引逆變器; 1.5~5kW鈦金級工業(yè)電源，用于機(jī)架裝配的電信設(shè)備、5G設(shè)備和數(shù)據(jù)中心相關(guān)設(shè)備。

日前，安世半導(dǎo)體MOS業(yè)務(wù)集團(tuán)大中華區(qū)總監(jiān)李東岳詳細(xì)解析了安世半導(dǎo)體的GaN FET藍(lán)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(dǎo)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，簡化驅(qū)動，采用TO-247標(biāo)準(zhǔn)封裝。

如今新一代GaN FET繼續(xù)使用經(jīng)驗證的級聯(lián)結(jié)構(gòu)，在工藝端則采用了貫穿外延層過孔技術(shù)，這樣可以減少缺陷，提高成品率，及開關(guān)穩(wěn)定性，動態(tài)特性提升15%，同時，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(tǒng)TO-247封裝，內(nèi)阻41 mΩ，比之前降低了18%；另外則采用CCPAK銅夾片封裝，通過頂部或底部散熱片，實現(xiàn)了更好的穩(wěn)定性，內(nèi)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，從而實現(xiàn)更低的開關(guān)損耗和電磁干擾。同時相對于引線(wire-bond)技術(shù)，有著更高的可靠性。具體的散熱指標(biāo)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(dǎo)體將推出符合汽車AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)的新一代GaN產(chǎn)品，可以更好的應(yīng)對高溫高濕以及高振動環(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(dǎo)體采用的是耗盡型的GaN FET架構(gòu)，所以需要串聯(lián)一個Si MOSFET作為GaN開關(guān)，實現(xiàn)常態(tài)關(guān)閉，通過級聯(lián)可以很容易實現(xiàn)高柵極閾值電壓，驅(qū)動設(shè)計非常簡單，耐用性和可靠性更高。另外一種增強(qiáng)型常態(tài)關(guān)閉的E-GaN FET，常態(tài)關(guān)閉，但是需要用負(fù)壓來驅(qū)動，控制比較復(fù)雜。

電源基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用

李東岳表示，在高功率高密度高效率的電源應(yīng)用中，雖然可以使用傳統(tǒng)Si來實現(xiàn)，但是需要設(shè)計復(fù)雜的軟開關(guān)控制電路，而GaN器件則可實現(xiàn)非常簡單的架構(gòu)。以單相無橋硬開關(guān)PFC為例，GaN的圖騰柱PFC效率可達(dá)99%以上，可以輕松應(yīng)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(qū)動器等場合，高端產(chǎn)品都在進(jìn)行著Si、IGBT的替代。

繼續(xù)穩(wěn)固車規(guī)市場發(fā)展

車規(guī)市場是安世半導(dǎo)體最重要的產(chǎn)品線，目前有接近一半的銷售額來自汽車。目前安世半導(dǎo)體的GaN產(chǎn)品適合車載充電機(jī)（OBC）和直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中車載充電機(jī)單向輸出最高功率可達(dá)6kW，并支持雙向輸出結(jié)構(gòu)。而對于DC-DC 480V-12V市場，典型功率為5kW。

李東岳表示，汽車市場對供應(yīng)商有著更加苛刻的要求，包括要求器件需要更加穩(wěn)定，滿足所有工況要求，對于振動、濕度以及溫度等外部環(huán)境有著更高的抵抗。同時對散熱、機(jī)械穩(wěn)定性、體積、重量、成本以及最重要的壽命都有著詳細(xì)要求，如此高規(guī)格的門檻，也讓安世半導(dǎo)體構(gòu)建汽車電子領(lǐng)域強(qiáng)有力的護(hù)城河。

李東岳還強(qiáng)調(diào)，安世半導(dǎo)體一直和終端車廠保持良好的溝通及密切的配合，不斷開發(fā)出滿足車廠要求的各類功率產(chǎn)品.

而面對未來，安世半導(dǎo)體還計劃將GaN系統(tǒng)應(yīng)用在牽引逆變器市場。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可以滿足的，未來GaN還可以提升到1200V，依然可以滿足電動汽車牽引逆變器可能的更高電壓需求。在目前中高壓階段來講，硅基GaN工藝更容易實現(xiàn)，產(chǎn)能更大，成本更具優(yōu)勢，適合快速上量的應(yīng)用。

對于電動汽車，牽引逆變器中使用的功率半導(dǎo)體器件會對效率，功率密度和冷卻要求產(chǎn)生重大影響。當(dāng)今電動汽車中使用的三相交流電動機(jī)的運(yùn)行電壓高達(dá)800V，開關(guān)頻率高達(dá)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(yùn)行極限。如果沒有重大的技術(shù)突破，基于硅的MOSFET和IGBT將很難滿足下一代電動汽車的運(yùn)行要求。

面對如今氮化鎵市場應(yīng)用，李東岳表示尚在培育中，目前GaN市場最主流應(yīng)用還是集中在低功率的快充領(lǐng)域，并沒有充分發(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)，未來在新能源，5G，數(shù)據(jù)中心，工業(yè)自動化，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。

“盡管目前來看汽車行業(yè)的需求正在下降，但電動汽車的需求在不斷上升，市場所需要的功率器件不斷增加，對于安世半導(dǎo)體來說，我們依然在不斷擴(kuò)充產(chǎn)品組合和提高產(chǎn)能，以滿足新能源車廠的各種需求。”李東岳說道。