前言
2023（秋季）亞洲充電展將在8月23-25日在深圳福田會展中心3號館舉辦，屆時將會匯聚數(shù)百家知名企業(yè)參展。此次展會以推動充電行業(yè)交流與發(fā)展，打造一個關(guān)于技術(shù)交流的平臺為目的，通過對行業(yè)的發(fā)展趨勢的交流和相互間的技術(shù)交流，尋找產(chǎn)業(yè)升級新機遇，研判未來趨勢，商討行業(yè)觀點并深化合作，結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)濟發(fā)展情況，推動構(gòu)建產(chǎn)業(yè)間的相互合作。
2023年08月23日，由充電頭網(wǎng)發(fā)起的2023（秋季）亞洲充電展在深圳福田會展中心舉行，匯聚了眾多國內(nèi)外眾多半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的專家、學(xué)者、企業(yè)代表等半導(dǎo)體領(lǐng)域的大咖，互相交流半導(dǎo)體技術(shù)和半導(dǎo)體未來的發(fā)展趨勢，為大家分享最新半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)和干貨，其中成都氮矽科技有限公司（下稱：氮矽科技）受邀出席，帶來了《氮化鎵功率器件研究進展與應(yīng)用》為主題的演講，對多款氮化鎵芯片和解決方案進行了詳細講解。
擔(dān)任本次演講的是氮矽科技現(xiàn)任GaN HEMT器件設(shè)計總監(jiān)朱仁強博士，朱仁強博士擁有超過五年功率氮化鎵器件研發(fā)經(jīng)驗，在國際知名期刊和會議發(fā)表論文十余篇，申請發(fā)明專利三項。在本次大會上帶來了《氮化鎵功率器件研究進展與應(yīng)用》的主題演講，演講中詳細介紹了氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，其材料優(yōu)勢、器件結(jié)構(gòu)、應(yīng)用場景、市場趨勢并著重介紹了氮矽科技進軍多個市場的系列產(chǎn)品。
氮化鎵作為重要的第三代半導(dǎo)體材料之一，具有禁帶寬度大，擊穿電壓高，損耗低，高頻特性優(yōu)等特點，在功率器件領(lǐng)域已占據(jù)重要地位。GaN與使用傳統(tǒng)材料的器件相比，可以有效降低損耗、提高效率和優(yōu)化變壓器和充電器的體積。
傳統(tǒng)Si功率器件普遍采用垂直結(jié)構(gòu)，而GaN由于GaN襯底成本高昂的限制，主要采用基于硅襯底的橫向HEMT結(jié)構(gòu)。
氮化鎵功率器件需要的常關(guān)型器件和增強性器件，其中HEMT器件常關(guān)型器件的原理是在AlGaN層上淀積形成肖特基接觸的柵極(G)，源極(S)和漏極(D)進行高濃度摻雜并與溝道中的二維電子氣相連形成歐姆接觸。
功率氮化鎵產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線分為D-mode HEMT 和 E-mode HEMT兩大流派。D-mode HEMT路線將一顆D-mode HEMT與一顆LV Si MOSFET采用Cascode方式相連，代表公司有Transphorm,、PI、鎵未來等。E-mode HEMT路線則只使用一顆E-Mode HEMT晶體管（常使用p-GaN gate方式實現(xiàn)），代表公司有GaN system、Navitas、松下、英諾賽科，氮矽科技、英飛凌等。
隨著功率氮化鎵市場的不斷開闊，氮化鎵市場迎來了蓬勃發(fā)展，市場規(guī)模也在逐步擴大，預(yù)計2027年達到20億美元，涉及消費者、汽車、工業(yè)、能源等多個領(lǐng)域。
快充領(lǐng)域作為當(dāng)前功率氮化鎵的最主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，在未來數(shù)年仍具有廣闊的市場空間。除了快充市場外，功率氮化鎵在家電、電源適配器、數(shù)據(jù)中心、新能源汽車、鋰電池等領(lǐng)域同樣具有巨大的潛在應(yīng)用市場。
氮矽科技作為一家專注功率氮化鎵功率器件及驅(qū)動器研發(fā)和銷售的公司，旗下?lián)碛胁煌盗械男酒a(chǎn)品，分別為氮化鎵晶體管系列、氮化鎵驅(qū)動系列、氮化鎵集成驅(qū)動系列，還可以提供快充、電源適配器、TV電源等領(lǐng)域的解決方案。
在氮化鎵快充市場中，僅進入其中的知名智能手機品牌就有小米、OPPO、華為、三星、蘋果等，按國內(nèi)每年超3億部手機出貨量來匯算，芯片需求量超百億顆，不少廠商布局其中。氮矽科技的多款產(chǎn)品中，僅高壓650V器件在2023年第一季度的出貨量就達500W顆，在業(yè)內(nèi)遙遙領(lǐng)先。
在TV電源市場中，七大主力品牌占了TV市場的90%，競爭十分激烈，每一個優(yōu)化都可能是破局的關(guān)鍵，廠商采用氮化鎵方案的TV電源可以有效提高產(chǎn)品的效率和能效，從而提高產(chǎn)品的競爭力。
采用氮矽科技的TV電源解決方案，不僅可以減少研發(fā)時間和加快產(chǎn)品上市，還可以給電源系統(tǒng)進行整體優(yōu)化，進而有效降低產(chǎn)品的體積、電源成本，提高產(chǎn)品的競爭力。
氮化鎵產(chǎn)品在電源適配器市場同樣擁有非常多的應(yīng)用市場，包括不限于LED照片、電動車、電動工具、數(shù)碼電子。在電源適配器市場中，氮矽科技的氮化鎵產(chǎn)品主要分布在高壓氮化鎵器件和LED、PC、電動二輪車、適配器等領(lǐng)域中，擁有體積小、散熱好、低成本等優(yōu)勢。
氮矽科技在數(shù)據(jù)中心市場中的氮化鎵產(chǎn)品主要布局在高/低壓氮化鎵器件產(chǎn)品、國內(nèi)獨家單/雙通道驅(qū)動、合封驅(qū)動產(chǎn)品中。使用氮矽科技的氮化鎵方案可以有效降低發(fā)熱和減小體積，相較于傳統(tǒng)硅材料，可以有效提升效率，達到環(huán)保節(jié)能的要求。
氮化鎵器件的出現(xiàn)，可以使新能源電動車進行尺寸微調(diào)、輕量化及高效率。氮矽科技的產(chǎn)品早已入局新能源汽車市場，目前主要應(yīng)用在DCDC轉(zhuǎn)換器、逆變器、車載充電器中，未來將持續(xù)開發(fā)新的產(chǎn)品，滿足廠商更多需求。
鋰電池循環(huán)性能優(yōu)越，使用壽命長，可快速充放電，且輸出功率大，不含有毒有害物質(zhì)，被稱為綠色電池。當(dāng)綠色電池遇上一套優(yōu)秀的充放電系統(tǒng)，可以最大程度發(fā)揮鋰電池的作用，而內(nèi)置了氮矽科技的DC-DC轉(zhuǎn)換器，可以有效減少充放時長和提高用電效率，達到節(jié)能減排的目的。
以下是氮矽科技的芯片產(chǎn)品介紹。
氮矽科技作為一家專注功率氮化鎵功率器件及驅(qū)動器研發(fā)和銷售的公司，針對以上應(yīng)用領(lǐng)域，已推出多款產(chǎn)品，包含650V （80mΩ ~ 400mΩ）氮化鎵晶體管，多款氮化鎵專用單/雙通道驅(qū)動，及多款氮化鎵集成驅(qū)動產(chǎn)品。
目前，氮矽科技在氮化鎵功率器件方面已經(jīng)推出了DX6507、DX6510、DX6515、DX6520等多種規(guī)格的產(chǎn)品，同時也有TO220、TO252、DFN5x6、DFN8x8等類型的封裝，可以滿足客戶各種應(yīng)用需求，并且具有高性價比的特點。
本次演講中，朱仁強博士提到了一款2020年12月份發(fā)布的功率器件DX6510D，采用PDDFN4x4封裝工藝，榮獲當(dāng)時全球最小封裝尺寸的650V GaN HEMT，采用Chip Face Down（芯片焊盤面向下），解決了氮化鎵器件襯底散熱慢的問題；同時用RDL（Re-distribution Line重布線）工藝替代傳統(tǒng)WB工藝中使用的細長的焊線，大大減小產(chǎn)品的封裝電阻及寄生參數(shù)。此外還采用了創(chuàng)新的雙面散熱設(shè)計，提高MOS管散熱性能。
氮矽科技的增強型 GaN HEMT 柵極驅(qū)動器DX1001曾打破了國外廠商的氮化鎵驅(qū)動IC壟斷。斷。該驅(qū)動器擁有DFN3x3和SOT23-6兩種不同的封裝方式，最高工作頻率為50MHz，可以滿足未來工業(yè)、基站、汽車雷達等高頻領(lǐng)域的產(chǎn)品應(yīng)用。
氮矽科技的增強型 GaN HEMT 雙通道柵極驅(qū)動DX2104J，作為一顆國內(nèi)領(lǐng)先的80V耐壓的氮化鎵半橋驅(qū)動，內(nèi)置自舉電源，具有獨立的高低側(cè)TTL邏輯控制信號輸入，將輸出電壓鉗位在5.2V，確保準確高速的驅(qū)動。驅(qū)動級具有1.5A拉電流能力和5A灌電流能力，可防止意外導(dǎo)通。DX2104J可用于半橋或全橋轉(zhuǎn)換器、同步降壓轉(zhuǎn)換器、無線充電器、D類功放等多種應(yīng)用領(lǐng)域。
氮矽科技推出的兩款合封驅(qū)動器與增強型GaN器件的氮化鎵功率芯片DXC0765S2C和DXC1065S2C，器件使用了DFN5x6、TO220封裝工藝，將 650V 增強型氮化鎵晶體管及其驅(qū)動器封裝在一個芯片內(nèi)部，降低了氮化鎵快充產(chǎn)品開發(fā)門檻，豐富了合封氮化鎵電源芯片市場?？蓱?yīng)用在快充電源、LED照明驅(qū)動器、PFC電路、LLC轉(zhuǎn)換器、無線電力傳輸?shù)阮I(lǐng)域。
上圖為分離驅(qū)動方案與合封驅(qū)動方案的驅(qū)動振鈴電壓測試圖，在下拉電阻同為0Ω的情況下，實測分離驅(qū)動方案的驅(qū)動振鈴電壓為1.8V，而合封驅(qū)動方案的驅(qū)動振鈴電壓僅僅只有0.24V。增強型氮化鎵晶體管的閾值電壓一般為1~2V，如果應(yīng)用工程師選擇增加下拉電阻的阻值來防止功率管的誤開啟，那么勢必會影響管子的關(guān)斷速度，導(dǎo)致應(yīng)用頻率受到限制。
與傳統(tǒng)硅(Si)基MOS相比，氮化鎵HEMT的閾值電壓更低，對柵極驅(qū)動電壓振鈴的控制要求非常高。傳統(tǒng)的分離驅(qū)動方案由于柵極驅(qū)動回路的寄生電感過高，導(dǎo)致柵極驅(qū)動電壓振鈴過高，氮化鎵HEMT容易出現(xiàn)誤開啟，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度過高，甚至出現(xiàn)炸管的風(fēng)險。氮矽科技PIIP GaN產(chǎn)品將氮化鎵HEMT與自研的氮化鎵驅(qū)動合封，極大的減少了驅(qū)動回路的寄生電感，大大的提高了氮化鎵器件的可靠性?？梢詽M足未來工業(yè)、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用。
以上是演講的全部內(nèi)容，如需了解更多產(chǎn)品資訊，可以與氮矽科技取得聯(lián)系。
充電頭網(wǎng)總結(jié)
在本次演講中，朱仁強博士主要對氮化鎵功率器件研究進展與應(yīng)用的現(xiàn)狀進行了簡要分析，同時也由此引出了氮矽科技多款明星產(chǎn)品，涉及650V 氮化鎵晶體管，氮化鎵專用單/雙通道驅(qū)動，及氮化鎵集成驅(qū)動的產(chǎn)品，在演講中也提到氮矽科技未來的產(chǎn)品線不會局限在快充、電源適配器、TV電源等領(lǐng)域中，會通過氮化鎵不同領(lǐng)域的產(chǎn)品規(guī)劃來匹配對應(yīng)的使用場景。
氮矽科技在氮化鎵領(lǐng)域發(fā)揮出自身優(yōu)勢，敢于“春江水暖鴨先行”，給國內(nèi)各大廠商上了生動的一課。首發(fā)多領(lǐng)域內(nèi)的國內(nèi)首顆氮化鎵芯片，在氮化鎵器件設(shè)計、產(chǎn)品封裝和測試領(lǐng)域先后實現(xiàn)技術(shù)突破，使其在功率氮化鎵及其驅(qū)動領(lǐng)域具備強大的競爭力。
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