氮化镓:从手机快充走向汽车电子

中国电子报|2021-11-21 15:16:10
作者: 张心怡 来源:中国电子报、电子信息产业网

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凭借开关速度快、功率密度高、耐高压、高频等特点,氮化镓的市场接受度和行业景气度正在迅速攀升。如何进一步提升氮化镓效能和可靠性,使之适应更多应用场景的使用需求,成为氮化镓供应商的重要议题。近日,纳微半导体推出全球首款智能GaNFastTM氮化镓功率芯片及GaNSenseTM新技术,并围绕氮化镓在消费电子、数据中心、汽车电子等热点领域的技术需求和发展思路进行分享。

从快充走向汽车电子

近年来,氮化镓器件通过性能优化、产能提升、成本控制,逐渐应用于消费领域,快充尤其成为氮化镓在消费市场的引爆点。相比传统硅器件,氮化镓快充能够显著提升充电速度,并降低系统待机状态的电量消耗。

“手机电池容量越来越大,从2000毫安时左右发展到5000毫安时,电池也越做越大。相比传统硅器件,氮化镓可以将功率密度提升3倍,将充电速度提升3倍以上,并减小电源体积。”纳微半导体销售营运总监李铭钊表示。

除了手机充电器,平面电视、游戏机、平板等追求轻量化的紧凑型终端,也为氮化镓器件提供了每年20亿美元的销售规模。

“消费类应用带来的巨大市场,能拉动氮化镓产业链的发展。我们从消费类开始铺垫,把量做起来,在市场中印证技术,建立产能和生态。目前氮化镓的生态建设相对硅来说非常快,未来市场布局也会很快。”李铭钊表示。

另外一个潜力市场是数据中心。据悉,利用氮化镓每年可以为全球数据中心节约19亿美元左右的电费。纳微半导体高级研发总监徐迎春表示,2023年,欧盟对数据中心提出“钛金级”效率要求,希望效率曲线最高效率点提升到96%,用氮化镓来做服务器电源,在性能和成本上都更容易满足高效率数据中心的需求。

“相比硅芯片,每一颗氮化镓功率芯片在生产制造过程中,可以减少4公斤的二氧化碳排放。氮化镓器件的生产不需要那么多外部零件,用硅的方案做一个服务器电源,可能有1000个零件,用氮化镓做出来可能只用到600多个零件。原本生产这些零件也会产生碳排放,氮化镓能减少这部分碳排放。”李铭钊说。

汽车电子也是氮化镓的蓝海市场。利用氮化镓可以将汽车的OBC、DC-DC做得更小更轻,从而有空间放入更多的锂电池,提升整车续航里程。

“我们在汽车领域主要做两方面的应用,一个是OBC,一个是DC-DC部分。我本人对氮化镓在汽车市场的增长潜力比较看好。”李铭钊说。

性能指标持续上探

氮化镓的电压、功率、能效等级越高,适用场景也就越多。纳微半导体的GaNFastTM芯片系列集成了氮化镓器件和驱动以及保护和控制功能,出货量已经实现三千万颗。

此次推出的新一代智能GaNFastTM氮化镓功率芯片,进一步提升了芯片的能效和可靠性。该芯片采用了GaNSenseTM技术,可额外提高10%的节能效果,进一步减少外部元件数量,缩小系统尺寸。

纳微发展氮化镓应用的思路分为四步:消费类、服务器、工业类、汽车类。其中,汽车类作为准入门槛高、认证周期长的芯片品类,对于供应商提出了更高的要求。

“设计难点肯定会有,包括汽车要求的芯片功率等级、电压等级和可靠性方面都会提出更严峻的挑战,我们对芯片设计、可靠性验证内部规范也会更加的严苛。对于数据中心,电动汽车等更大功率的器件需求,会下更多工夫克服技术难点,实现更高的良率和可靠性。”纳微半导体高级应用总监黄秀成说。

除了硅器件,汽车电子领域的另一支劲旅是碳化硅。有观点认为,耐高压、耐高热的碳化硅比同为宽禁带半导体的氮化镓更加适合汽车电子。黄秀成表示,碳化硅的商业化已有20多年,氮化镓商业化还不到5年时间。随着氮化镓的电压、电流、功率等级不断上探,应用领域将不断拓展,持续向汽车电子渗透。

“氮化镓的功率上探没有限制,我们在年底或明年就会推出小于20毫欧的650V器件,将单体功率做到3.3千瓦到5千瓦。通过用多个芯片做桥臂,并联等,能将功率等级进一步提升至10千瓦到30千瓦,满足电动汽车OBC及 DC-DC,甚至充电桩的使用需求。这些都在我们的产品规划当中。”黄秀成说。

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