自有技術加持，安世新一代GaN助力工業(yè)汽車應用

寬禁帶半導體特別是GaN和SiC這兩年成為整個功率器件材料關注的焦點，由于GaN具有寬禁帶寬度、高擊穿電場、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。隨著技術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應用到更廣闊的領域中。

近日，分立器件、MOSFET器件、模擬和邏輯IC的低成本、高產能生產專家安世半導體宣布推出新一代H2技術的全新650V GaN（氮化鎵）FET，依靠多種自有生產工藝，實現(xiàn)了比之前技術芯片尺寸的縮小以及動態(tài)性能的大幅提升。其應用范圍瞄準了電動汽車的車載充電器、高壓DC-DC直流轉換器和發(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備、5G設備和數(shù)據(jù)中心相關設備。

針對這些大幅提升的性能，安世半導體MOS業(yè)務集團大中華區(qū)總監(jiān)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年進入高壓寬帶隙半導體市場，推出基于H1氮化鎵技術的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，可以助力工程師簡化應用設計且無需復雜的驅動和控制。

為了適應市場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氮化鎵技術的新產品，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%, 提供市場領先的導通電阻。新產品除了繼續(xù)使用 級聯(lián)結構(cascode)以實現(xiàn)驅動簡單的兼容標準傳統(tǒng)硅MOSFET驅動器外，新技術的應用提供了更高的開關穩(wěn)定性并使得動態(tài)特性提升了15%。

除了在GaN材料技術方面取得突破之外，基于H2 GaN技術的產品還采用了安世20年經(jīng)驗的車規(guī)級銅夾片專業(yè)技術，作為銅夾片表面貼裝技術的創(chuàng)新者，安世可以實現(xiàn)行業(yè)領先的性能，從而為汽車行業(yè)提供高產量、高質量銅夾片氮化鎵產品。采用銅夾片方式，可以將寄生電感減小三倍，從而實現(xiàn)更低的開關損耗和電磁干擾。同時相對于引線(wire-bond)技術，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。由于安世半導體具有自己的獨立生產線和前道與后道的工藝，因此所有的GaN產品都將由安世的工廠生產，因此能夠保證產品的質量和供貨。

李東岳介紹安世此次基于H2 GaN的產品提供兩種封裝方式三種產品，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的導通電阻，相比前一系列降低了18%。采用行業(yè)領先的表面貼裝技術的CCPAK銅夾片封裝則可以實現(xiàn)頂部或底部散熱，并且導通電阻僅為39 mΩ，更多的將面向汽車市場應用。李東岳特別指出，2021年安世半導體將推出符合汽車AEC-Q101標準的新一代GaN產品，實現(xiàn)175度結溫，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技術產品的應用，李東岳認為工業(yè)是最先應用的市場，通過提供更高效率助力工業(yè)應用，重點是在服務器、通訊電源等商業(yè)設備上的同步整流器，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導者，安世半導體具有完全自己生產的符合AEQ-101車規(guī)標準的產品系列。此次推出的H2 GaN技術產品在車載中的應用重點瞄準了GAN039 產品最適合的兩種電動汽車應用 – 車載充電機(OBC) 和 直流-直流(DC-DC) 轉換器。當然，李東岳表示安世并不滿足這兩個應用，將開發(fā)出滿足車廠要求的各類功率產品。比如安世會開發(fā)更高電壓和更高性能的產品，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產品，硅基GaN同樣可以提升到1200V，并且工藝更容易實現(xiàn)，產能更大，成本更具優(yōu)勢。