自有技術加持，安世新一代GaN助力工業汽車應用

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，實現了比之前技術芯片尺寸的縮小以及動態性能的大幅提升。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。

針對這些大幅提升的性能，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。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，采用符合行業標準的TO-247封裝。李東岳H1系列采用級聯結構(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。新產品除了繼續使用 級聯結構(cascode)以實現驅動簡單的兼容標準傳統硅MOSFET驅動器外，新技術的應用提供了更高的開關穩定性并使得動態特性提升了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年經驗的車規級銅夾片專業技術，作為銅夾片表面貼裝技術的創新者，安世可以實現行業領先的性能，從而為汽車行業提供高產量、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，實現了41 mΩ的導通電阻，相比前一系列降低了18%。采用行業領先的表面貼裝技術的CCPAK銅夾片封裝則可以實現頂部或底部散熱，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175度結溫，更好的滿足高溫高濕以及高振動環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，李東岳認為工業是最先應用的市場，通過提供更高效率助力工業應用，重點是在服務器、通訊電源等商業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。

在工業市場之外，安世還瞄準了車規市場。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，將開發出滿足車廠要求的各類功率產品。比如安世會開發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，產能更大，成本更具優勢。