憑借開關速度快、功率密度高、耐高壓、高頻等特點，氮化鎵的市場接受度和行業景氣度正在迅速攀升。如何進一步提升氮化鎵效能和可靠性，使之適應更多應用場景的使用需求，成為氮化鎵供應商的重要議題。近日，納微半導體推出全球首款智能GaNFast氮化鎵功率芯片及GaNSense新技術，并圍繞氮化鎵在消費電子、數據中心、汽車電子等熱點領域的技術需求和發展思路進行分享。
從快充走向汽車電子
近年來，氮化鎵器件通過性能優化、產能提升、成本控制，逐漸應用于消費領域，快充尤其成為氮化鎵在消費市場的引爆點。相比傳統硅器件，氮化鎵快充能夠顯著提升充電速度，并降低系統處于待機狀態時的電量消耗。
“手機電池容量越來越大，從2000毫安時左右發展到5000毫安時，電池也越做越大。相比傳統硅器件，氮化鎵可以將功率密度提升3倍，將充電速度提升3倍以上，并減小電源體積。”納微半導體銷售營運總監李銘釗表示。
除了手機充電器，平面電視、游戲機、平板等追求輕量化的緊湊型終端，也為氮化鎵器件提供了每年20億美元的銷售規模。
“消費類應用帶來的巨大市場，能拉動氮化鎵產業鏈的發展。我們從消費類開始鋪墊，把量做起來，在市場中印證技術，建立產能和生態。目前氮化鎵的生態建設相對硅來說非常快，未來市場布局也會很快。”李銘釗表示。
另外一個潛力市場是數據中心。據悉，利用氮化鎵每年可以為全球數據中心節約19億美元左右的電費。納微半導體高級研發總監徐迎春表示，2023年，歐盟對數據中心提出“鈦金級”效率要求，希望效率曲線最高效率點提升到96%，用氮化鎵來做服務器電源，在性能和成本上都更容易滿足高效率數據中心的需求。
“相比硅芯片，每一顆氮化鎵功率芯片在生產制造過程中，可以減少4公斤的二氧化碳排放。氮化鎵器件的生產不需要那么多外部零件，用硅的方案做一個服務器電源，可能有1000個零件，用氮化鎵做出來可能只用到600多個零件。原本生產這些零件也會產生碳排放，氮化鎵能減少這部分碳排放。”李銘釗說。
汽車電子也是氮化鎵的藍海市場。利用氮化鎵可以將汽車的OBC、DC-DC做得更小更輕，從而有空間放入更多的鋰電池，提升整車續航里程。
“我們在汽車領域主要做兩方面的應用：一個是OBC，一個是DC-DC部分。我本人對氮化鎵在汽車市場的增長潛力比較看好。”李銘釗說。
性能指標持續上探
氮化鎵的電壓、功率、能效等級越高，適用場景也就越多。納微半導體的GaNFast芯片系列集成了氮化鎵器件和驅動以及保護和控制功能，出貨量已經實現3000萬顆。
此次推出的新一代智能GaNFast氮化鎵功率芯片，進一步提升了芯片的能效和可靠性。該芯片采用了GaNSense技術，可額外提高10%的節能效果，進一步減少外部元件數量，縮小系統尺寸。
納微發展氮化鎵應用的思路分為四步——消費類、服務器、工業類、汽車類。其中，汽車類作為準入門檻高、認證周期長的芯片品類，對于供應商提出了更高的要求。
“設計難點肯定會有，包括汽車要求的芯片功率等級、電壓等級和可靠性方面都會提出更嚴峻的挑戰，我們對芯片設計、可靠性驗證的內部規范也會更加嚴苛。對于數據中心、電動汽車等更大功率的器件需求，會下更多工夫克服技術難點，實現更高的良率和可靠性。”納微半導體高級應用總監黃秀成說。
除了硅器件，汽車電子領域的另一支勁旅是碳化硅。有觀點認為，耐高壓、耐高熱的碳化硅比同為寬禁帶半導體的氮化鎵更加適合汽車電子。黃秀成表示，碳化硅的商業化已有20多年，氮化鎵商業化還不到5年時間。隨著氮化鎵的電壓、電流、功率等級不斷上探，應用領域將不斷拓展，持續向汽車電子滲透。
“氮化鎵的功率上探沒有限制，我們在今年年底或明年就會推出小于20毫歐的650V器件，將單體功率做到3.3千瓦到5千瓦。通過用多個芯片做橋臂，并聯等，能將功率等級進一步提升至10千瓦到30千瓦，滿足電動汽車OBC及DC-DC，甚至充電樁的使用需求。這些都在我們的產品規劃當中。”黃秀成說。
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