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SiC和GaN的应用优势与技术挑战

2023-10-18 10:32 已有人浏览 作者

1   SiCGaN应用及优势

我们对汽车、工业、数据中心和可再生能源等广泛市场中的碳化硅(SiC) 和氮化镓(GaN)应用感兴趣。一些具体的例子包括:

●   电动汽车(EV):SiCGaN 可用于电动汽车,以提高效率、续航里程和整车性能。

例如,SiC MOSFET 分立器件可用于牵引逆变器和车载充电,以减少功率损耗并提高效率。

●   数据中心:SiC 和GaN 可用于数据中心电源,以提高效率并降低运营成本。

●   可再生能源:SiC 和GaN 可用于太阳能和风能逆变器,以提高效率并降低系统成本。

与传统的硅基解决方案相比,SiC 和GaN 具有许多优势,包括:

●   更高的功率密度:与硅器件相比,SiC 和GaN 器件每单位面积可以负载更高的功率。这允许实现更小、更轻的功率转换器。

●   更高的效率:SiC 和GaN 器件比硅器件效率更高,可以降低能耗并延长电池寿命。

●   更低的系统成本:在许多应用中,SiC 和GaN 器件的较高效率可以抵消器件较高的前期成本,从而降低整体系统成本。

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王骏跃(安世半导体中国区SiC产品市场战略副总监)

2   面临的技术挑战安世

安世(Nexperia)认为,宽禁带功率器件正朝着大规模使用的方向发展,特别是在汽车行业(尤其是电动汽车领域)。

尽管宽禁带材料正变得越来越成熟,但在实现高质量和扩大SiC 和GaN 晶圆和器件的生产能力方面仍然存在挑战。需要不断的研发努力来提高组件的性能、可靠性和良率。

然而,最大的挑战主要与供应链限制有关,这可能会影响宽禁带材料被市场采用的速度。这些依赖于复杂的全球供应链,包括原材料、设备和专业知识。供应链中断,例如基本要素的稀缺或地缘政治紧张局势,以及未来相关人才的不足,可能会影响SiC 和GaN 的供应和成本。为了商业上的可行性,并与现有技术竞争,宽禁带半导体的制造成本仍需要进一步降低,以使产品与硅基半导体相比具有商业竞争力。

3   封装是克服性能挑战的关键

克服性能挑战的关键还在于封装技术。在实现更高功率密度和优化功率转换器封装目标的推动下,目前有一个明显的设计趋势,即在封装中将To 封装的热优势与通过SMD 技术实现的电感优势相结合。例如,顶部冷却SMD 封装技术,例如铜夹CCPAK,或具有最大散热器面积的无引脚SMD 封装(例如PQFN 和LGA),以及嵌入式芯片技术。为了利用这些功能,硬件设计人员必须仔细设计和选择外围组件。这些新的解决方案需要特别注意保持足够的爬电距离,并增加对热界面材料和功率转换器热堆栈设计的要求。

(本文来源于《电子产品世界》杂志2023年10月期)

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