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问题解答
英飞凌用GaN再刷“世界纪录
点击次数:65 发布时间:2018-12-05

如果说科技是人类发展的引擎,风淋室厂家人为,那半导体技术无疑就是这台引擎的“燃油”。在全球科技的快速发展以及能源的加速消耗下,“便利、安全和环保”如今已成为科技界尤其是电子产业公认的三大风向标,引领着现在及未来整个科技产业的发展。作为国际半导体领域的巨头之一,多年来英飞凌也一直秉承着为客户带来“便利、安全和环保”的产品理念,以不断创新的技术和开放性的态度为消费电子、汽车、工业等诸多领域“充能”。

  为进一步向中国客户普及英飞凌的产品理念,11月28日,英飞凌以深圳为基点,正式向中国市场推出基于新一代GaN材料的“CoolGaN功率半导体产品”,英飞凌大中华区副总裁电源管理及多元化市场事业部负责人潘大伟表示:“未来英飞凌将不断以更高频率的开关速度、更轻薄的设计以及更低的成本的GaN产品赋能消费电子、汽车、工业以及基础设施等众多细分领域。自今日CoolGaN功率半导体产品发布后,英飞凌已成为市场上唯一一家提供涵盖硅(Si)、碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等材料的全系列功率产品的公司。”

  英飞凌大中华区副总裁电源管理及多元化市场事业部负责人潘大伟

  氮化镓布局时间已成熟

  从应用范围来看,目前硅材料仍然是当前半导体器件领域最主流的解决方案。而氮化镓作为具备高开关性能、高效率以及低损耗性能的材料,主要定位还是在高功率以及高电压的一些应用领域。据统计,未来十年,基于氮化镓的器件市场总值有望超过10亿美元。从市场的分布来说,电源类产品大概会占到整个市场的40%左右;汽车类应用虽起步较晚但厚积薄发,未来几年的成长速度也非常快,也是英飞凌当前重点布局的一大领域。

  英飞凌科技奥地利股份有限公司电源管理与多元化事业部资深市场营销经理邓巍告诉华强电子网记者:“与碳化硅定位在600V一直到3.3kv的范围不同,氮化镓主要定位在中央的低压产品,大概是100-600V左右。而且其拥有能够在高频下无损耗地进行开关的特性,比如说在特定地为氮化镓所采用的高频下的应用,因此可以看到氮化镓在频率上还要往高频领域更加地突出。如今,随着氮化镓逐渐度过热潮期,其价值也正一步步开始被发掘,对于英飞凌来说现在正是一个非常好的布局时机。”

  据英飞凌介绍,在氮化镓方面,公司已经推出了五到六个左右的目标应用,比如服务器、电芯、无线充电、音频、适配器。当然,氮化镓不仅仅局限于这些应用,未来英飞凌还会在更多领域来进行尝试,比如说太阳能、照明、消费电子、电视以及汽车等等。

  英飞凌CoolGaN 600 V增强型HEMT 解决多个业内难题

  众所周知,作为一个常开型器件,将GaN器件设计成常闭型如今已很难被客户所应用和接受。因为很多厂商无论是在硅器件,抑或是其他类型的器件上已经对常关型的理念非常熟悉而且形成了习惯。

  为了使GaN器件达到最长的使用寿命,本次英飞凌发布的CoolGaN 600 V增强型HEMT采用采用了业界独一无二的常闭式概念解决方案,从多个角度解决了多年来困扰行业的几个关键难题。具体来讲,邓巍表示:“我们采用了P型的氮化镓电阻栅,在栅极电压超出正向电压时进行空穴注入。因为氮化镓作为第三代半导体器件,如果不在栅极做任何的电压动作的话,它中间会有一个二维电子器的层,会出现电子在中间流动。而我们采用的则是一个常关的理念,在技术细节和工艺上做了一些改动,比如我们在栅极加了P-,做出了一个市场比较容易理解的常关型器件。”

  英飞凌科技奥地利股份有限公司电源管理与多元化事业部资深市场营销经理邓巍

  “另一方面,我们也采用了P型氮化镓漏极接触,来避免电流崩溃,”邓巍进一步补充到,“氮化镓有一个业界比较棘手的问题叫做动态RDS(ON),英飞凌如今已可以解决这个问题,解决问题的关键在于就是把“P-”引入,动态RDS(ON)有很多电子在开关的时候被漏级的电子陷在里面不流通,这样会造成有影响。而把“P-”放在这里之后,把表面的电子中和掉,这样可以从技术的根本来解决问题。其等效电路的栅极是一个阻性的栅极,有一个二极管进行自钳断式阻性栅极,阻性栅极内部将VGS钳位到安全范围。高栅极电流可实现快速导通;稳健的栅极驱动拓扑。这个等效电路提供这些优势的同时,可靠性也是非常高的,所以氮化镓也会保证在业界最好的质量,这也是为什么英飞凌可以在工艺领域领先的原因。”据编者获悉,目前这个结构只有英飞凌和松下可以用。

  值得一提的是,为了不扼杀GaN器件的“高频下无损耗进行开关”的优势,英飞凌引入了贴片式(SMD)封装,邓巍解释到,“贴片式封装的优势在于进深参数比较小,可以最大效率地发挥。虽然我们引入的都是SMD的封装,但区别在于热性能不同,顶部散热的话它的热性能更好,当然它的体积更大。但优势是具有更大的灵活度,比如我们可以根据不同的客户、不同的需求提供不同的产品给他们,有的客户可能要求散热性能更好,有的客户要求体积更小,我们都可以分别提供不同封装的产品。”

  竞争对手用的可靠性模型往往是非常激进的,展示的往往是最好的case,RDS(ON)的问题没有解决,在使用中寿命会有所降低。邓巍对记者透露:“英飞凌的模型永远是比较保守的模型,我们总会考虑最坏的情况是怎么样。英飞凌的产品有大于10年的使用寿命,数据参数等永远会考虑很多的余量在里面。我们动态的RDS(on)是为0的,有更稳健(损耗更小)的栅极理念,我们有专门的资质认证方法,和竞争对手有所不同。所以,英飞凌的氮化镓是业内最可靠的氮化镓产品。”

  特殊情况特殊对待!英飞凌专用驱动IC优势明显

  对CoolGaN 600 V增强型HEMT来说,它的驱动有一些特殊性。首先要接通脉冲,氮化镓在导冲的时候一定要有一个稳态的导冲电流,来保持它的开通,然后需要负的脉冲来关断。这些特殊的负的电流也需要有一个负的电压把它关断,所以稳态的导冲电流加上负电压的关断,给电源的一些驱动造成客户需要使用这个应用,并不是所有的客户都有很好的研发能力来驱动氮化镓的产品,驱动不好就代表它的优势不能最大化。

  邓巍表示:“我们深刻体会到客户有这个需求,所以我们自主研发了氮化镓的三款不同的驱动器,分别为EiceDRIVER IC--1EDF5673K、1EDF5673F和1EDS5663H。不同于传统功率MOSFET的栅极驱动IC,针对CoolGaN量身定制的栅极驱动IC可提供负输出电压,以快速关断氮化镓开关。在开关应处于关闭状态的整个持续时间内,GaN EiceDRIVER IC可以使栅极电压稳定保持为零,这可保护氮化镓开关不受噪音导致误接通的影响,哪怕是首脉冲,这对于SMPS实现强健运行至关重要。氮化镓栅极驱动IC可实现恒定的GaN HEMT开关转换速率,几乎不受工作循环或开关速度影响,这可确保运行稳健性和很高能效,大大缩短研发周期。它集成了电隔离,可在硬开关和软开关应用中实现强健运行,还可在SMPS一次侧和二次侧之间提供保护,并可根据需要在功率级与逻辑级之间提供保护。总体来讲,它们具备专有的高压氮化镓驱动芯片优势,比如最佳的稳健性(联合氮化镓的开关共同使用),提供最好的效率以及最小的研发投入。”

  值此,英飞凌在GaN领域正式成为了一家拥有完整系统解决方案的提供商,从驱动器、开关到控制器英飞凌都已经具备足够竞争力的解决方案。潘大伟表示:“英飞凌的定位不仅仅是一个器件提供商,在整个电源管理中提供所有的器件可以让英飞凌能够更有经验地帮助客户进行整个系统的咨询工作,这也是我们有别于其他公司的重要因素。”

  结语:

  2018年即将过去,2019将正式迎来5G技术的商用之年。在5G高速网络传输技术的驱动下,无论是消费电子、电视、汽车亦或是工业等领域将大幅提升对GaN功率器件的市场需求,GaN真正的“价值爆发期”已经开始。虽然英飞凌如今已成为国际半导体领域的领航者,但越来越多的中小厂商甚至不少创业公司也在加速开发高性能的GaN功率器件,并积极推进其在汽车及工业等极具增长潜力领域的应用,未来也必将成为英飞凌在GaN功率半导体业务线上的劲敌。因此,编者认为,若想在各条功率半导体战线上持续保持领先,英飞凌还需要继续加快进度拓展更多的应用场景,以最快的速度抢占客户资源,毕竟“竞争不等人,时间更不等人”!

 
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