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英飛凌用GaN再刷“世界紀錄
發布時間:2018-12-05   點擊次數:2812次

如果說科技是人類發展的引擎,風淋室廠家人為,那半導體技術無疑就是這臺引擎的“燃油”。在全球科技的快速發展以及能源的加速消耗下,“便利、安全和環保”如今已成為科技界尤其是電子產業公認的三大風向標,引領著現在及未來整個科技產業的發展。作為國際半導體領域的巨頭之一,多年來英飛凌也一直秉承著為客戶帶來“便利、安全和環保”的產品理念,以不斷創新的技術和開放性的態度為消費電子、汽車、工業等諸多領域“充能”。

  為進一步向中國客戶普及英飛凌的產品理念,11月28日,英飛凌以深圳為基點,正式向中國市場推出基于新一代GaN材料的“CoolGaN功率半導體產品”,英飛凌大中華區副總裁電源管理及多元化市場事業部負責人潘大偉表示:“未來英飛凌將不斷以更高頻率的開關速度、更輕薄的設計以及更低的成本的GaN產品賦能消費電子、汽車、工業以及基礎設施等眾多細分領域。自今日CoolGaN功率半導體產品發布后,英飛凌已成為市場上唯一一家提供涵蓋硅(Si)、碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等材料的全系列功率產品的公司。”

  英飛凌大中華區副總裁電源管理及多元化市場事業部負責人潘大偉

  氮化鎵布局時間已成熟

  從應用范圍來看,目前硅材料仍然是當前半導體器件領域最主流的解決方案。而氮化鎵作為具備高開關性能、高效率以及低損耗性能的材料,主要定位還是在高功率以及高電壓的一些應用領域。據統計,未來十年,基于氮化鎵的器件市場總值有望超過10億美元。從市場的分布來說,電源類產品大概會占到整個市場的40%左右;汽車類應用雖起步較晚但厚積薄發,未來幾年的成長速度也非常快,也是英飛凌當前重點布局的一大領域。

  英飛凌科技奧地利股份有限公司電源管理與多元化事業部資深市場營銷經理鄧巍告訴華強電子網記者:“與碳化硅定位在600V一直到3.3kv的范圍不同,氮化鎵主要定位在中央的低壓產品,大概是100-600V左右。而且其擁有能夠在高頻下無損耗地進行開關的特性,比如說在特定地為氮化鎵所采用的高頻下的應用,因此可以看到氮化鎵在頻率上還要往高頻領域更加地突出。如今,隨著氮化鎵逐漸度過熱潮期,其價值也正一步步開始被發掘,對于英飛凌來說現在正是一個非常好的布局時機。”

  據英飛凌介紹,在氮化鎵方面,公司已經推出了五到六個左右的目標應用,比如服務器、電芯、無線充電、音頻、適配器。當然,氮化鎵不僅僅局限于這些應用,未來英飛凌還會在更多領域來進行嘗試,比如說太陽能、照明、消費電子、電視以及汽車等等。

  英飛凌CoolGaN 600 V增強型HEMT 解決多個業內難題

  眾所周知,作為一個常開型器件,將GaN器件設計成常閉型如今已很難被客戶所應用和接受。因為很多廠商無論是在硅器件,抑或是其他類型的器件上已經對常關型的理念非常熟悉而且形成了習慣。

  為了使GaN器件達到最長的使用壽命,本次英飛凌發布的CoolGaN 600 V增強型HEMT采用采用了業界獨一無二的常閉式概念解決方案,從多個角度解決了多年來困擾行業的幾個關鍵難題。具體來講,鄧巍表示:“我們采用了P型的氮化鎵電阻柵,在柵極電壓超出正向電壓時進行空穴注入。因為氮化鎵作為第三代半導體器件,如果不在柵極做任何的電壓動作的話,它中間會有一個二維電子器的層,會出現電子在中間流動。而我們采用的則是一個常關的理念,在技術細節和工藝上做了一些改動,比如我們在柵極加了P-,做出了一個市場比較容易理解的常關型器件。”

  英飛凌科技奧地利股份有限公司電源管理與多元化事業部資深市場營銷經理鄧巍

  “另一方面,我們也采用了P型氮化鎵漏極接觸,來避免電流崩潰,”鄧巍進一步補充到,“氮化鎵有一個業界比較棘手的問題叫做動態RDS(ON),英飛凌如今已可以解決這個問題,解決問題的關鍵在于就是把“P-”引入,動態RDS(ON)有很多電子在開關的時候被漏級的電子陷在里面不流通,這樣會造成有影響。而把“P-”放在這里之后,把表面的電子中和掉,這樣可以從技術的根本來解決問題。其等效電路的柵極是一個阻性的柵極,有一個二極管進行自鉗斷式阻性柵極,阻性柵極內部將VGS鉗位到安全范圍。高柵極電流可實現快速導通;穩健的柵極驅動拓撲。這個等效電路提供這些優勢的同時,可靠性也是非常高的,所以氮化鎵也會保證在業界最好的質量,這也是為什么英飛凌可以在工藝領域領先的原因。”據編者獲悉,目前這個結構只有英飛凌和松下可以用。

  值得一提的是,為了不扼殺GaN器件的“高頻下無損耗進行開關”的優勢,英飛凌引入了貼片式(SMD)封裝,鄧巍解釋到,“貼片式封裝的優勢在于進深參數比較小,可以最大效率地發揮。雖然我們引入的都是SMD的封裝,但區別在于熱性能不同,頂部散熱的話它的熱性能更好,當然它的體積更大。但優勢是具有更大的靈活度,比如我們可以根據不同的客戶、不同的需求提供不同的產品給他們,有的客戶可能要求散熱性能更好,有的客戶要求體積更小,我們都可以分別提供不同封裝的產品。”

  競爭對手用的可靠性模型往往是非常激進的,展示的往往是最好的case,RDS(ON)的問題沒有解決,在使用中壽命會有所降低。鄧巍對記者透露:“英飛凌的模型永遠是比較保守的模型,我們總會考慮最壞的情況是怎么樣。英飛凌的產品有大于10年的使用壽命,數據參數等永遠會考慮很多的余量在里面。我們動態的RDS(on)是為0的,有更穩健(損耗更小)的柵極理念,我們有專門的資質認證方法,和競爭對手有所不同。所以,英飛凌的氮化鎵是業內最可靠的氮化鎵產品。”

  特殊情況特殊對待!英飛凌專用驅動IC優勢明顯

  對CoolGaN 600 V增強型HEMT來說,它的驅動有一些特殊性。首先要接通脈沖,氮化鎵在導沖的時候一定要有一個穩態的導沖電流,來保持它的開通,然后需要負的脈沖來關斷。這些特殊的負的電流也需要有一個負的電壓把它關斷,所以穩態的導沖電流加上負電壓的關斷,給電源的一些驅動造成客戶需要使用這個應用,并不是所有的客戶都有很好的研發能力來驅動氮化鎵的產品,驅動不好就代表它的優勢不能最大化。

  鄧巍表示:“我們深刻體會到客戶有這個需求,所以我們自主研發了氮化鎵的三款不同的驅動器,分別為EiceDRIVER IC--1EDF5673K、1EDF5673F和1EDS5663H。不同于傳統功率MOSFET的柵極驅動IC,針對CoolGaN量身定制的柵極驅動IC可提供負輸出電壓,以快速關斷氮化鎵開關。在開關應處于關閉狀態的整個持續時間內,GaN EiceDRIVER IC可以使柵極電壓穩定保持為零,這可保護氮化鎵開關不受噪音導致誤接通的影響,哪怕是首脈沖,這對于SMPS實現強健運行至關重要。氮化鎵柵極驅動IC可實現恒定的GaN HEMT開關轉換速率,幾乎不受工作循環或開關速度影響,這可確保運行穩健性和很高能效,大大縮短研發周期。它集成了電隔離,可在硬開關和軟開關應用中實現強健運行,還可在SMPS一次側和二次側之間提供保護,并可根據需要在功率級與邏輯級之間提供保護。總體來講,它們具備專有的高壓氮化鎵驅動芯片優勢,比如最佳的穩健性(聯合氮化鎵的開關共同使用),提供最好的效率以及最小的研發投入。”

  值此,英飛凌在GaN領域正式成為了一家擁有完整系統解決方案的提供商,從驅動器、開關到控制器英飛凌都已經具備足夠競爭力的解決方案。潘大偉表示:“英飛凌的定位不僅僅是一個器件提供商,在整個電源管理中提供所有的器件可以讓英飛凌能夠更有經驗地幫助客戶進行整個系統的咨詢工作,這也是我們有別于其他公司的重要因素。”

  結語:

  2018年即將過去,2019將正式迎來5G技術的商用之年。在5G高速網絡傳輸技術的驅動下,無論是消費電子、電視、汽車亦或是工業等領域將大幅提升對GaN功率器件的市場需求,GaN真正的“價值爆發期”已經開始。雖然英飛凌如今已成為國際半導體領域的領航者,但越來越多的中小廠商甚至不少創業公司也在加速開發高性能的GaN功率器件,并積極推進其在汽車及工業等極具增長潛力領域的應用,未來也必將成為英飛凌在GaN功率半導體業務線上的勁敵。因此,編者認為,若想在各條功率半導體戰線上持續保持領先,英飛凌還需要繼續加快進度拓展更多的應用場景,以最快的速度搶占客戶資源,畢竟“競爭不等人,時間更不等人”!

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