SiC和GaN的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與技術(shù)挑戰(zhàn)

1   SiC和GaN應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

我們對(duì)汽車(chē)、工業(yè)、數(shù)據(jù)中心和可再生能源等廣泛市場(chǎng)中的碳化硅(SiC) 和氮化鎵（GaN）應(yīng)用感興趣。一些具體的例子包括：

●   電動(dòng)汽車(chē)（EV）：SiC和GaN 可用于電動(dòng)汽車(chē)，以提高效率、續(xù)航里程和整車(chē)性能。

例如，SiC MOSFET 分立器件可用于牽引逆變器和車(chē)載充電，以減少功率損耗并提高效率。

●   數(shù)據(jù)中心：SiC 和GaN 可用于數(shù)據(jù)中心電源，以提高效率并降低運(yùn)營(yíng)成本。

●   可再生能源：SiC 和GaN 可用于太陽(yáng)能和風(fēng)能逆變器，以提高效率并降低系統(tǒng)成本。

與傳統(tǒng)的硅基解決方案相比，SiC 和GaN 具有許多優(yōu)勢(shì)，包括：

●   更高的功率密度：與硅器件相比，SiC 和GaN 器件每單位面積可以負(fù)載更高的功率。這允許實(shí)現(xiàn)更小、更輕的功率轉(zhuǎn)換器。

●   更高的效率：SiC 和GaN 器件比硅器件效率更高，可以降低能耗并延長(zhǎng)電池壽命。

●   更低的系統(tǒng)成本：在許多應(yīng)用中，SiC 和GaN 器件的較高效率可以抵消器件較高的前期成本，從而降低整體系統(tǒng)成本。

王駿躍(安世半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)SiC產(chǎn)品市場(chǎng)戰(zhàn)略副總監(jiān))

2   面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)安世

安世（Nexperia）認(rèn)為，寬禁帶功率器件正朝著大規(guī)模使用的方向發(fā)展，特別是在汽車(chē)行業(yè)（尤其是電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域）。

盡管寬禁帶材料正變得越來(lái)越成熟，但在實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量和擴(kuò)大SiC 和GaN 晶圓和器件的生產(chǎn)能力方面仍然存在挑戰(zhàn)。需要不斷的研發(fā)努力來(lái)提高組件的性能、可靠性和良率。

然而，最大的挑戰(zhàn)主要與供應(yīng)鏈限制有關(guān)，這可能會(huì)影響寬禁帶材料被市場(chǎng)采用的速度。這些依賴(lài)于復(fù)雜的全球供應(yīng)鏈，包括原材料、設(shè)備和專(zhuān)業(yè)知識(shí)。供應(yīng)鏈中斷，例如基本要素的稀缺或地緣政治緊張局勢(shì)，以及未來(lái)相關(guān)人才的不足，可能會(huì)影響SiC 和GaN 的供應(yīng)和成本。為了商業(yè)上的可行性，并與現(xiàn)有技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，寬禁帶半導(dǎo)體的制造成本仍需要進(jìn)一步降低，以使產(chǎn)品與硅基半導(dǎo)體相比具有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3   封裝是克服性能挑戰(zhàn)的關(guān)鍵

克服性能挑戰(zhàn)的關(guān)鍵還在于封裝技術(shù)。在實(shí)現(xiàn)更高功率密度和優(yōu)化功率轉(zhuǎn)換器封裝目標(biāo)的推動(dòng)下，目前有一個(gè)明顯的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，即在封裝中將To 封裝的熱優(yōu)勢(shì)與通過(guò)SMD 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電感優(yōu)勢(shì)相結(jié)合。例如，頂部冷卻SMD 封裝技術(shù)，例如銅夾CCPAK，或具有最大散熱器面積的無(wú)引腳SMD 封裝（例如PQFN 和LGA），以及嵌入式芯片技術(shù)。為了利用這些功能，硬件設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)設(shè)計(jì)和選擇外圍組件。這些新的解決方案需要特別注意保持足夠的爬電距離，并增加對(duì)熱界面材料和功率轉(zhuǎn)換器熱堆棧設(shè)計(jì)的要求。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年10月期）