如果說科技是人類發(fā)展的引擎，風淋室廠家人為，那半導體技術(shù)無疑就是這臺引擎的“燃油”。在全球科技的快速發(fā)展以及能源的加速消耗下，“便利、安全和環(huán)保”如今已成為科技界尤其是電子產(chǎn)業(yè)公認的三大風向標，引領(lǐng)著現(xiàn)在及未來整個科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。作為國際半導體領(lǐng)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(huán)保”的產(chǎn)品理念，以不斷創(chuàng)新的技術(shù)和開放性的態(tài)度為消費電子、汽車、工業(yè)等諸多領(lǐng)域“充能”。
為進一步向中國客戶普及英飛凌的產(chǎn)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(chǎn)品”，英飛凌大中華區(qū)副總裁電源管理及多元化市場事業(yè)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(guān)速度、更輕薄的設(shè)計以及更低的成本的GaN產(chǎn)品賦能消費電子、汽車、工業(yè)以及基礎(chǔ)設(shè)施等眾多細分領(lǐng)域。自今日CoolGaN功率半導體產(chǎn)品發(fā)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(chǎn)品的公司。”
英飛凌大中華區(qū)副總裁電源管理及多元化市場事業(yè)部負責人潘大偉
氮化鎵布局時間已成熟
從應(yīng)用范圍來看，目前硅材料仍然是當前半導體器件領(lǐng)域最主流的解決方案。而氮化鎵作為具備高開關(guān)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(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)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(chǎn)品大概會占到整個市場的40%左右;汽車類應(yīng)用雖起步較晚但厚積薄發(fā)，未來幾年的成長速度也非?？欤彩怯w凌當前重點布局的一大領(lǐng)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(yè)部資深市場營銷經(jīng)理鄧巍告訴華強電子網(wǎng)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(chǎn)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(guān)的特性，比如說在特定地為氮化鎵所采用的高頻下的應(yīng)用，因此可以看到氮化鎵在頻率上還要往高頻領(lǐng)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(fā)掘，對于英飛凌來說現(xiàn)在正是一個非常好的布局時機。”
據(jù)英飛凌介紹，在氮化鎵方面，公司已經(jīng)推出了五到六個左右的目標應(yīng)用，比如服務(wù)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(yīng)用，未來英飛凌還會在更多領(lǐng)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(yè)內(nèi)難題
眾所周知，作為一個常開型器件，將GaN器件設(shè)計成常閉型如今已很難被客戶所應(yīng)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(jīng)對常關(guān)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(fā)布的CoolGaN 600 V增強型HEMT采用采用了業(yè)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(yè)的幾個關(guān)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(xiàn)電子在中間流動。而我們采用的則是一個常關(guān)的理念，在技術(shù)細節(jié)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(guān)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(yè)部資深市場營銷經(jīng)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(yè)界比較棘手的問題叫做動態(tài)RDS(ON)，英飛凌如今已可以解決這個問題，解決問題的關(guān)鍵在于就是把“P-”引入，動態(tài)RDS(ON)有很多電子在開關(guān)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(shù)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(nèi)部將VGS鉗位到安全范圍。高柵極電流可實現(xiàn)快速導通;穩(wěn)健的柵極驅(qū)動拓撲。這個等效電路提供這些優(yōu)勢的同時，可靠性也是非常高的，所以氮化鎵也會保證在業(yè)界最好的質(zhì)量，這也是為什么英飛凌可以在工藝領(lǐng)域領(lǐng)先的原因。”據(jù)編者獲悉，目前這個結(jié)構(gòu)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(guān)”的優(yōu)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(yōu)勢在于進深參數(shù)比較小，可以最大效率地發(fā)揮。雖然我們引入的都是SMD的封裝，但區(qū)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(yōu)勢是具有更大的靈活度，比如我們可以根據(jù)不同的客戶、不同的需求提供不同的產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品有大于10年的使用壽命，數(shù)據(jù)參數(shù)等永遠會考慮很多的余量在里面。我們動態(tài)的RDS(on)是為0的，有更穩(wěn)健(損耗更小)的柵極理念，我們有專門的資質(zhì)認證方法，和競爭對手有所不同。所以，英飛凌的氮化鎵是業(yè)內(nèi)最可靠的氮化鎵產(chǎn)品。”
特殊情況特殊對待!英飛凌專用驅(qū)動IC優(yōu)勢明顯
對CoolGaN 600 V增強型HEMT來說，它的驅(qū)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(wěn)態(tài)的導沖電流，來保持它的開通，然后需要負的脈沖來關(guān)斷。這些特殊的負的電流也需要有一個負的電壓把它關(guān)斷，所以穩(wěn)態(tài)的導沖電流加上負電壓的關(guān)斷，給電源的一些驅(qū)動造成客戶需要使用這個應(yīng)用，并不是所有的客戶都有很好的研發(fā)能力來驅(qū)動氮化鎵的產(chǎn)品，驅(qū)動不好就代表它的優(yōu)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(fā)了氮化鎵的三款不同的驅(qū)動器，分別為EiceDRIVER IC--1EDF5673K、1EDF5673F和1EDS5663H。不同于傳統(tǒng)功率MOSFET的柵極驅(qū)動IC，針對CoolGaN量身定制的柵極驅(qū)動IC可提供負輸出電壓，以快速關(guān)斷氮化鎵開關(guān)。在開關(guān)應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)的整個持續(xù)時間內(nèi)，GaN EiceDRIVER IC可以使柵極電壓穩(wěn)定保持為零，這可保護氮化鎵開關(guān)不受噪音導致誤接通的影響，哪怕是首脈沖，這對于SMPS實現(xiàn)強健運行至關(guān)重要。氮化鎵柵極驅(qū)動IC可實現(xiàn)恒定的GaN HEMT開關(guān)轉(zhuǎn)換速率，幾乎不受工作循環(huán)或開關(guān)速度影響，這可確保運行穩(wěn)健性和很高能效，大大縮短研發(fā)周期。它集成了電隔離，可在硬開關(guān)和軟開關(guān)應(yīng)用中實現(xiàn)強健運行，還可在SMPS一次側(cè)和二次側(cè)之間提供保護，并可根據(jù)需要在功率級與邏輯級之間提供保護?？傮w來講，它們具備專有的高壓氮化鎵驅(qū)動芯片優(yōu)勢，比如最佳的穩(wěn)健性(聯(lián)合氮化鎵的開關(guān)共同使用)，提供最好的效率以及最小的研發(fā)投入。”
值此，英飛凌在GaN領(lǐng)域正式成為了一家擁有完整系統(tǒng)解決方案的提供商，從驅(qū)動器、開關(guān)到控制器英飛凌都已經(jīng)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(jīng)驗地幫助客戶進行整個系統(tǒng)的咨詢工作，這也是我們有別于其他公司的重要因素。”
結(jié)語：
2018年即將過去，2019將正式迎來5G技術(shù)的商用之年。在5G高速網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的驅(qū)動下，無論是消費電子、電視、汽車亦或是工業(yè)等領(lǐng)域?qū)⒋蠓嵘龑aN功率器件的市場需求，GaN真正的“價值爆發(fā)期”已經(jīng)開始。雖然英飛凌如今已成為國際半導體領(lǐng)域的領(lǐng)航者，但越來越多的中小廠商甚至不少創(chuàng)業(yè)公司也在加速開發(fā)高性能的GaN功率器件，并積極推進其在汽車及工業(yè)等極具增長潛力領(lǐng)域的應(yīng)用，未來也必將成為英飛凌在GaN功率半導體業(yè)務(wù)線上的勁敵。因此，編者認為，若想在各條功率半導體戰(zhàn)線上持續(xù)保持領(lǐng)先，英飛凌還需要繼續(xù)加快進度拓展更多的應(yīng)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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