當前位置 >> 首頁 >> 學習園地 >>  科普知識

科普知識

Nexperia公司Power GaN 技術戰略營銷總監談GaN的未來發展路線

稿件來源:摩爾芯聞 責任編輯:ICAC 發布時間:2020-08-25

  Dilder Chowdhury在半導體領域工作超過24年,開始他在Nexperia的創新團隊,然后轉向市場營銷,并擔任Power GaN技術的架構師。他目前的職位是Power GaN 技術戰略營銷總監。

  他的工作涵蓋了從器件物理到封裝和最終產品的方方面面,Nexperia研究并結合了材料、封裝、產品和模塊的所有價值。

  Nexperia是GaN的開拓者,不僅在產品方面,而且在生產方面也是如此。你能告訴我們怎么做到的嗎?

  Dilder Chowdhury:我們的生產首先要確保可靠性;我們是一家專注汽車市場的公司,因此無論我們引進什么新技術,我們都需要保持最高水平的質量,絕不妥協。我們是一家成熟的半導體公司,每年銷售超過900億個半導體器件,并有優質產品的記錄。功率GaN技術與我們的Si技術相比是新的,所以會有許多挑戰:從材料,晶圓廠加工和批量生產。我們將在創新和生產過程的每個階段使用我們的內部質量流程保持相同的質量和穩定性。我們推出了第一款AEC-101級質量的產品,并帶來了我們的內部SMD封裝CCPAK(銅線夾封裝技術),以保持對生產過程的完全控制,以實現批量生產。我們正在將產品引入工業、數據中心和電信基礎設施,然后是擁有內部前端和后端運營的汽車部門。我們的產能計劃已準備就緒,可以批量生產。

  有沒有什么天花板?

  Dilder Chowdhury:我不這么認為。雖然硅可能接近極限,但還有其他技術(GaN、SiC)正在進一步改進。這就是為什么,在某種意義上,我們看到硅正在達到一個極限,并導致我們轉向GaN。在高壓硅中,幾乎沒有改進的余地。早期的電動汽車系統主要是以硅為基礎的,但我們正在嘗試引入氮化鎵,它能提供硅永遠無法達到的額外性能,比如讓車跑得更久。

  為什么可以跑更久?

  Dilder Chowdhury:你得先看看開關損耗,考慮到在每個開關周期中的電流-電壓交換,你得到了變換損耗,你在轉換過程中有干擾,也會有損耗。如果你能創造一種情況,電壓降到零,電流上升到最大,并且有最小的死區時間,那么你的開關損耗接近于零。因此,您的效率最大化,您的電池壽命最長,這就是GaN的原因。功率GaN可以顯著降低開關損耗,因此電池使用時間更長。

  那GaN如何戰勝Si呢?

  Dilder Chowdhury:考慮一下從電池到驅動車輪的馬達的能量轉換,在這里你把電能轉換成機械能,所以馬達本身的效率很重要。如果你排除了電池,只需看看從電池到電機的路徑,這都是電子產品。在這里我們可以獲得真正的收益。目前,這種轉移的效率在92%左右。如果你有一個100千瓦的電機,92%的效率意味著8千瓦的熱量是通過熱損失產生的。相當于4個電水壺的功率,所以,你必須冷卻它,這需要額外的昂貴的冷卻方式。但是假設你可以達到98%以上的效率。你的損失減少到四分之一,你只有2%的損失,也就是2千瓦的熱量,很可能是簡單的風冷就足夠了。從硅到氮化鎵的轉變可以實現這一點。你不僅可以減少損失,還可以簡化系統,而且整個系統的尺寸變得更小、更輕,以及其他很多間接好處。

  為什么沒有早點發生?

  Dilder Chowdhury:GaN直到最近才商業化,但在過去的30年里,這項研究從未停止。在射頻,例如4G和5G基站中,已經開始使用了GaN。但是在電力領域,由于成本的原因,GaN并不被接受。如果成本有所增加,他們可以容忍一點點的電力損失,這個損失是可以接受的。所以,它必須是商業上可行的,同時也要符合目的,我們正在努力。GaN-on-Si是一個更好的可行的低成本路線。

  GaN現在都在哪里?

  Dilder Chowdhury:這是一項突破性的技術,已經超過了早期采用者,所以現在我們處于上升期,預計最初的數量將來自高性能的應用。在生產方面,雖然制造GaN的內部工藝不同,但我們使用的生產系統與我們對硅的知識已經幾乎相同。當然,GaN晶圓和硅晶圓是不同的,這意味著它們在客戶方面的使用也會有所不同。我們希望調整大部分流程并使之有效,這是令人難以置信的回報,因為這需要整個團隊的每一點知識和理解,而且一定是可以實現的。

  Nexperia的GaN產品的表現如何?

  Dilder Chowdhury:我們在GaN領域工作了一段時間。我們每年有1.7萬個產品組合,銷售量約900億個產品,但到目前為止,其中只有一個是GaN。這是一項顛覆性的技術,我們正在利用研究和證據來打破人們對它的擔憂。Nexperia的主要關注是車輛電氣化,減少二氧化碳排放,減少損失,所有這些都是為了一個更綠色的未來。在電動汽車里,你需要一個車載充電器,一個DC/DC轉換器,因為你電池有12V/48V/400V等各種規格,所以每一個部分都必須有一個轉換器,此外包括USB、逆變器,等等子系統都需要能夠相互工作。這些都需要高效的轉換,所以我們的計劃是將這些電源轉換器件都更換成GaN。

  下一步是什么?

  Dilder Chowdhury:當GaN出現時,你可以在更高的頻率下運行,這意味著你的磁性更小,同時損耗也更小,你的適配器更小,產品更輕,效率更高。電源轉換器,從電池到車輪,可能需要幾年時間,因為我們現在正在研究一個評估版本,在這一領域,我們的理論已經過時了,作為先驅者,我們要探索一個新的領域。

  如今,有很多公司將目光投向其他領域,比如碳化硅,它比GaN更成熟。但我們正在努力加速超越碳化硅。這三種技術未來將共存,因為半導體歷史證明人們仍然使用舊技術。但是,作為新視野,它可以完成各種無法實現的技術。

附件:
相關新聞:
Transphorm的第二款900V GaN FET進入量產
要挑戰SiC和GaN的功率半導體氧化鎵是何方神圣?