自有技術(shù)加持，安世新一代GaN助力工業(yè)汽車應(yīng)用

寬禁帶半導(dǎo)體特別是GaN和SiC這兩年成為整個功率器件材料關(guān)注的焦點，由于GaN具有寬禁帶寬度、高擊穿電場、高熱導(dǎo)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。隨著技術(shù)的不斷成熟和成本逐漸下探，越來越多的廠商將這兩種技術(shù)應(yīng)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)專家安世半導(dǎo)體宣布推出新一代H2技術(shù)的全新650V GaN（氮化鎵）FET，依靠多種自有生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了比之前技術(shù)芯片尺寸的縮小以及動態(tài)性能的大幅提升。其應(yīng)用范圍瞄準了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(shè)備、5G設(shè)備和數(shù)據(jù)中心相關(guān)設(shè)備。

針對這些大幅提升的性能，安世半導(dǎo)體MOS業(yè)務(wù)集團大中華區(qū)總監(jiān)李東岳詳細解析了安世半導(dǎo)體的GaN FET藍圖以及新一代GaN FET的特性。安世半導(dǎo)體從2019年進入高壓寬帶隙半導(dǎo)體市場，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(jié)構(gòu)(cascode) 的氮化鎵技術(shù)，可以助力工程師簡化應(yīng)用設(shè)計且無需復(fù)雜的驅(qū)動和控制。

為了適應(yīng)市場對小型化和更高能效的需求，安世半導(dǎo)體今年推出了基于H2氮化鎵技術(shù)的新產(chǎn)品，采用創(chuàng)新的貫穿外延層過孔，減少缺陷和提高成品率；芯片尺寸縮小24%, 提供市場領(lǐng)先的導(dǎo)通電阻。新產(chǎn)品除了繼續(xù)使用 級聯(lián)結(jié)構(gòu)(cascode)以實現(xiàn)驅(qū)動簡單的兼容標準傳統(tǒng)硅MOSFET驅(qū)動器外，新技術(shù)的應(yīng)用提供了更高的開關(guān)穩(wěn)定性并使得動態(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)驗的車規(guī)級銅夾片專業(yè)技術(shù)，作為銅夾片表面貼裝技術(shù)的創(chuàng)新者，安世可以實現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的性能，從而為汽車行業(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(dǎo)體具有自己的獨立生產(chǎn)線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(tǒng)的TO-247封裝的650V MOSFET，芯片尺寸更小且襯底無墊片的封裝，實現(xiàn)了41 mΩ的導(dǎo)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現(xiàn)頂部或底部散熱，并且導(dǎo)通電阻僅為39 mΩ，更多的將面向汽車市場應(yīng)用。李東岳特別指出，2021年安世半導(dǎo)體將推出符合汽車AEC-Q101標準的新一代GaN產(chǎn)品，實現(xiàn)175度結(jié)溫，更好的滿足高溫高濕以及高振動環(huán)境及高功率密度高效率的市場需求。

談到H2 GaN技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用，李東岳認為工業(yè)是最先應(yīng)用的市場，通過提供更高效率助力工業(yè)應(yīng)用，重點是在服務(wù)器、通訊電源等商業(yè)設(shè)備上的同步整流器，通過提供高端電源所需的高效率和高功率密度幫助其滿足80+的鈦金牌電源單元認證要求。另一個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(tǒng)的功率密度，并減小輸出濾波器尺寸。此外伺服驅(qū)動器方面，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)市場之外，安世還瞄準了車規(guī)市場。作為汽車分離器件的領(lǐng)導(dǎo)者，安世半導(dǎo)體具有完全自己生產(chǎn)的符合AEQ-101車規(guī)標準的產(chǎn)品系列。此次推出的H2 GaN技術(shù)產(chǎn)品在車載中的應(yīng)用重點瞄準了GAN039 產(chǎn)品最適合的兩種電動汽車應(yīng)用 – 車載充電機(OBC) 和 直流-直流(DC-DC) 轉(zhuǎn)換器。當然，李東岳表示安世并不滿足這兩個應(yīng)用，將開發(fā)出滿足車廠要求的各類功率產(chǎn)品。比如安世會開發(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(yīng)用。相比于SiC產(chǎn)品，硅基GaN同樣可以提升到1200V，并且工藝更容易實現(xiàn)，產(chǎn)能更大，成本更具優(yōu)勢。