助力新基建,安世半導(dǎo)體升級(jí)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(dòng)汽車的車載充電器、高壓DC-DC直流轉(zhuǎn)換器和發(fā)動(dòng)機(jī)牽引逆變器; 1.5~5kW鈦金級(jí)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(jí)
2019年,安世半導(dǎo)體正式推出650V GaN MOSFET,采用級(jí)聯(lián)技術(shù),利用高壓GaN配合低壓MOSFET,簡化驅(qū)動(dòng),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(yàn)證的級(jí)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(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(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(shí)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(shí)現(xiàn)更低的開關(guān)損耗和電磁干擾。同時(shí)相對(duì)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(jí)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(duì)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(jí)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(gè)Si MOSFET作為GaN開關(guān),實(shí)現(xiàn)常態(tài)關(guān)閉,通過級(jí)聯(lián)可以很容易實(shí)現(xiàn)高柵極閾值電壓,驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)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(dòng),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(shí)現(xiàn),但是需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的軟開關(guān)控制電路,而GaN器件則可實(shí)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(duì)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(chǔ)能和不間斷電源以及伺服驅(qū)動(dòng)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(duì)于DC-DC 480V-12V市場,典型功率為5kW。
李東岳表示,汽車市場對(duì)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(duì)于振動(dòng)、濕度以及溫度等外部環(huán)境有著更高的抵抗。同時(shí)對(duì)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(duì)未來,安世半導(dǎo)體還計(jì)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(dòng)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(shí)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(duì)于電動(dòng)汽車,牽引逆變器中使用的功率半導(dǎo)體器件會(huì)對(duì)效率,功率密度和冷卻要求產(chǎn)生重大影響。當(dāng)今電動(dòng)汽車中使用的三相交流電動(dòng)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(dòng)汽車的運(yùn)行要求。
面對(duì)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(dòng)化,航空航天,特高壓等圍繞新基建項(xiàng)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(dòng)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(duì)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?!崩顤|岳說道。
評(píng)論