根據市場調研機構 Yole 的統計,2018 年全球氮化鎵(GaN)功率和射頻相加的市場規模僅有 4000 萬美元,僅僅一年之后的 2019 年全球氮化鎵半導體器件市場規模就達到了 9.749 億美元,增速和增量驚人。

 

氮化鎵被譽為繼第一代 Ge、Si 半導體材料、第二代 GaAs、InP 化合物半導體材料之后的第三代半導體材料,具有帶隙寬、導熱率高、化學性能穩定、抗輻照能力強等特點,在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件等方面有著廣闊的應用前景。

 

 

安世半導體(Nexperia)于 2019 年進入高壓寬帶隙半導體市場。2019 年 11 月,安世半導體推出 650V 的功率器件 GAN063-650WSA,宣布其進入氮化鎵場效應管市場。GAN063-650WSA 采用級聯結構(cascode) 的氮化鎵技術,無需復雜的驅動和控制,更方便工程師進行開發設計。此外,GAN063-650WSA 采用符合行業標準的 TO-247 封裝方式,這種小外形封裝形式能夠幫助節約設計空間。

 

不得不說,在快速爆發的氮化鎵市場中,安世半導體的推進速度非常快。近日,安世半導體宣布推出新一代 650V 氮化鎵技術,其帶來了怎樣的改變?與非網在此為大家揭曉。

 

創新的 H2 氮化鎵技術
安世半導體將新一代 650V 氮化鎵技術命名為 H2 氮化鎵,和 H1 氮化鎵相比有一些相似之處,同樣都是高電子遷移率氮化鎵技術,繼續使用級聯結構。

 

為什么會繼續采用級聯結構?安世半導體 MOS 業務集團大中華區總監李東岳先生解釋稱:“級聯結構的一個明顯優勢就是柵極驅動非常簡單,并不需要附加驅動,可以承受的正反向耐壓和傳統 30V 硅 MOS 是一樣的,這樣在設計和使用的過程中柵極的可靠性就非常強。”

 


安世半導體 MOS 業務集團大中華區總監李東岳先生

 

H2 氮化鎵的改進點:

  • 采用創新的貫穿外延層過孔,減少缺陷,提高成品率,并且讓芯片尺寸縮小 24%, 提供市場領先的導通電阻;
  • 更高的開關穩定性;
  • 動態特性提升 15%。

 

安世半導體工作人員表示:“H2 氮化鎵和 H1 氮化鎵相比最大的區別是我們采用了創新的貫穿外延層過孔,這讓我們的器件能夠同時提供更低的輸出電荷和更高的開關特性。”

 

采用 20 年的銅夾片專業技術
此次,安世半導體采用 H2 氮化鎵技術打造的新品采用兩種封裝形式。一種是 TO-247 封裝形式,即襯底無墊片封裝,其熱阻系數和動態參數比較低,相對于第一代來講,內阻降低至 41mΩ,下降幅度達 18%;一種是 CCPAK 銅夾片貼片封裝形式,這種封裝方案擁有兩款產品(GAN039-650NTB/NBB),分別為頂部散熱和底部散熱,通過行業領先的表面貼裝技術使得器件內阻只有 39mΩ。兩種封裝的新器件均符合 AEC-Q101 標準,可滿足汽車應用的要求。

 

安世半導體氮化鎵戰略營銷總監 Dilder Chowdhury 表示:“客戶需要導通電阻 RDS(on)為 30~40m?的 650V 新器件,以便實現經濟高效的高功率轉換。相關的應用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; 以及 1.5~5kW 鈦金級的工業電源,比如:機架裝配的電信設備、5G 設備和數據中心相關設備。Nexperia 持續投資氮化鎵開發,并采用新技術擴充產品組合。首先為功率模塊制造商提供了傳統的 TO-247 封裝器件和裸芯片,并隨后提供我們高性能的 CCPAK 貼片封裝的器件。”

 

 

TO-247 封裝是新品和上一代產品的共同點之一。TO-247 封裝尺寸介于模塊與單管之間,能封裝大部分的電子元器件,用作大功率開關管的話,其耐壓和電流會比較大。

 

CCPAK 貼片封裝采用了創新的銅夾片封裝技術來代替內部的封裝引線。這樣可以減少寄生損耗,優化電氣和熱性能,并提高可靠性。李東岳在介紹時提到:“安世半導體是銅夾片表面貼裝技術的創新者,擁有 20 年的車規級銅夾片專業技術經驗。”

 

 

從他的介紹中我們獲知,除了器件內阻更小,CCPAK 貼片封裝還帶來了如下好處:

  • 寄生電感減小三倍,更低的開關損耗和電磁干擾;
  • 更高的可靠性 vs. 引線(wire-bond)技術;
  • 低 Rth(j-mb) 典型值 (<0.5 K/W) ,實現最佳散熱性能;
  • 175 °C Tj 最大值;
  • 靈活的引腳,可提高溫度循環變化的可靠性;
  • 靈活的海鷗引腳提供高板級可靠性;
  • 兼容 SMD 焊接和 AOI。

 

融合了最新的 H2 氮化鎵技術和 20 年的銅夾片專業技術打造的安世半導體氮化鎵新品滿足工業級,將賦能服務器 / 電信電源 – 同步整流器、電池儲能、不間斷電源和伺服驅動器等工業場景。同時,安世半導體氮化鎵新品也能夠滿足車規級,安世半導體的全球自有化生產基地使其能夠向市場提供真正符合車規級 AEC-Q101 的產品。