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近日，安世半导体宣布推出新一代H2技术的全新650V GaN（氮化镓） FET。重点应用场合包括电动汽车的车载充电器、高压DC-DC直流转换器和发动机牵引逆变器; 1.5~5kW钛金级工业电源，用于机架装配的电信设备、5G设备和数据中心相关设备。

日前，安世半导体MOS业务集团大中华区总监李东岳详细解析了安世半导体的GaN FET蓝图以及新一代GaN FET的特性。

 

新一代GaN产品升级

 

2019年，安世半导体正式推出650V GaN MOSFET，采用级联技术，利用高压GaN配合低压MOSFET，简化驱动，采用TO-247标准封装。

如今新一代GaN FET继续使用经验证的级联结构，在工艺端则采用了贯穿外延层过孔技术，这样可以减少缺陷，提高成品率，及开关稳定性，动态特性提升15%，同时，也使得芯片尺寸减少了24%。

新品提供了两种封装方式三种产品，包括传统TO-247封装，内阻41 mΩ，比之前降低了18%；另外则采用CCPAK铜夹片封装，通过顶部或底部散热片，实现了更好的稳定性，内阻39mΩ。

李东岳表示，采用铜夹片方式，可以将寄生电感减小三倍，从而实现更低的开关损耗和电磁干扰。同时相对于引线(wire-bond)技术，有着更高的可靠性。具体的散热指标为Rth(j-mb)<0.5K/W，采用灵活的海鸥引脚可以提供高板级可靠性，并且兼容SMD焊接和AOI。

李东岳透露道，2021年，安世半导体将推出符合汽车AEC-Q101标准的新一代GaN产品，可以更好的应对高温高湿以及高振动环境及高功率密度高效率的需求。

谈到级联技术，李东岳表示，目前安世半导体采用的是耗尽型的GaN FET架构，所以需要串联一个Si MOSFET作为GaN开关，实现常态关闭，通过级联可以很容易实现高栅极阈值电压，驱动设计非常简单，耐用性和可靠性更高。另外一种增强型常态关闭的E-GaN FET，常态关闭，但是需要用负压来驱动，控制比较复杂。

 

电源基础设施应用

 

李东岳表示，在高功率高密度高效率的电源应用中，虽然可以使用传统Si来实现，但是需要设计复杂的软开关控制电路，而GaN器件则可实现非常简单的架构。以单相无桥硬开关PFC为例，GaN的图腾柱PFC效率可达99%以上，可以轻松应对高密度高效率的电源需求。

因此在服务器和电信电源。电池储能和不间断电源以及伺服驱动器等场合，高端产品都在进行着Si、IGBT的替代。

 

继续稳固车规市场发展

 

车规市场是安世半导体最重要的产品线，目前有接近一半的销售额来自汽车。目前安世半导体的GaN产品适合车载充电机（OBC）和直流-直流转换器，其中车载充电机单向输出最高功率可达6kW，并支持双向输出结构。而对于DC-DC 480V-12V市场，典型功率为5kW。

李东岳表示，汽车市场对供应商有着更加苛刻的要求，包括要求器件需要更加稳定，满足所有工况要求，对于振动、湿度以及温度等外部环境有着更高的抵抗。同时对散热、机械稳定性、体积、重量、成本以及最重要的寿命都有着详细要求，如此高规格的门槛，也让安世半导体构建汽车电子领域强有力的护城河。

李东岳还强调，安世半导体一直和终端车厂保持良好的沟通及密切的配合，不断开发出满足车厂要求的各类功率产品.

而面对未来，安世半导体还计划将GaN系统应用在牵引逆变器市场。李东岳表示，目前尽管特斯拉的牵引逆变器采用了碳化硅技术，但其电压为650V，这也是GaN可以满足的，未来GaN还可以提升到1200V，依然可以满足电动汽车牵引逆变器可能的更高电压需求。在目前中高压阶段来讲，硅基GaN工艺更容易实现，产能更大，成本更具优势，适合快速上量的应用。

对于电动汽车，牵引逆变器中使用的功率半导体器件会对效率，功率密度和冷却要求产生重大影响。当今电动汽车中使用的三相交流电动机的运行电压高达800V，开关频率高达20 kHz。这非常接近目前在牵引逆变器中使用的硅基MOSFET和IGBT的运行极限。如果没有重大的技术突破，基于硅的MOSFET和IGBT将很难满足下一代电动汽车的运行要求。

面对如今氮化镓市场应用，李东岳表示尚在培育中，目前GaN市场最主流应用还是集中在低功率的快充领域，并没有充分发挥GaN高功率密度、高效率、高击穿电压以及高饱和电子速率等特点，未来在新能源，5G，数据中心，工业自动化，航空航天，特高压等围绕新基建项目上更容易发挥其技术和成本优势。

“尽管目前来看汽车行业的需求正在下降，但电动汽车的需求在不断上升，市场所需要的功率器件不断增加，对于安世半导体来说，我们依然在不断扩充产品组合和提高产能，以满足新能源车厂的各种需求。”李东岳说道。

关键词： 安世半导体 GaN