助力新基建，安世半導體升級GaN產品線

近日，安世半導體宣布推出新一代H2技術的全新650V GaN（氮化鎵） FET。重點應用場合包括電動汽車的車載充電器、高壓DC-DC直流轉換器和發動機牽引逆變器; 1.5~5kW鈦金級工業電源，用于機架裝配的電信設備、5G設備和數據中心相關設備。

日前，安世半導體MOS業務集團大中華區總監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。

新一代GaN產品升級

2019年，安世半導體正式推出650V GaN MOSFET，采用級聯技術，利用高壓GaN配合低壓MOSFET，簡化驅動，采用TO-247標準封裝。

如今新一代GaN FET繼續使用經驗證的級聯結構，在工藝端則采用了貫穿外延層過孔技術，這樣可以減少缺陷，提高成品率，及開關穩定性，動態特性提升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品，包括傳統TO-247封裝，內阻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，實現了更好的穩定性，內阻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。

李東岳透露道，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，可以更好的應對高溫高濕以及高振動環境及高功率密度高效率的需求。

談到級聯技術，李東岳表示，目前安世半導體采用的是耗盡型的GaN FET架構，所以需要串聯一個Si MOSFET作為GaN開關，實現常態關閉，通過級聯可以很容易實現高柵極閾值電壓，驅動設計非常簡單，耐用性和可靠性更高。另外一種增強型常態關閉的E-GaN FET，常態關閉，但是需要用負壓來驅動，控制比較復雜。

電源基礎設施應用

李東岳表示，在高功率高密度高效率的電源應用中，雖然可以使用傳統Si來實現，但是需要設計復雜的軟開關控制電路，而GaN器件則可實現非常簡單的架構。以單相無橋硬開關PFC為例，GaN的圖騰柱PFC效率可達99%以上，可以輕松應對高密度高效率的電源需求。

因此在服務器和電信電源。電池儲能和不間斷電源以及伺服驅動器等場合，高端產品都在進行著Si、IGBT的替代。

繼續穩固車規市場發展

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

李東岳表示，汽車市場對供應商有著更加苛刻的要求，包括要求器件需要更加穩定，滿足所有工況要求，對于振動、濕度以及溫度等外部環境有著更高的抵抗。同時對散熱、機械穩定性、體積、重量、成本以及最重要的壽命都有著詳細要求，如此高規格的門檻，也讓安世半導體構建汽車電子領域強有力的護城河。

李東岳還強調，安世半導體一直和終端車廠保持良好的溝通及密切的配合，不斷開發出滿足車廠要求的各類功率產品.

而面對未來，安世半導體還計劃將GaN系統應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，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，產能更大，成本更具優勢，適合快速上量的應用。

對于電動汽車，牽引逆變器中使用的功率半導體器件會對效率，功率密度和冷卻要求產生重大影響。當今電動汽車中使用的三相交流電動機的運行電壓高達800V，開關頻率高達20 kHz。這非常接近目前在牽引逆變器中使用的硅基MOSFET和IGBT的運行極限。如果沒有重大的技術突破，基于硅的MOSFET和IGBT將很難滿足下一代電動汽車的運行要求。

面對如今氮化鎵市場應用，李東岳表示尚在培育中，目前GaN市場最主流應用還是集中在低功率的快充領域，并沒有充分發揮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，未來在新能源，5G，數據中心，工業自動化，航空航天，特高壓等圍繞新基建項目上更容易發揮其技術和成本優勢。

“盡管目前來看汽車行業的需求正在下降，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，對于安世半導體來說，我們依然在不斷擴充產品組合和提高產能，以滿足新能源車廠的各種需求。”李東岳說道。