以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）為代表的第三代半導(dǎo)體材料持續(xù)推動(dòng)功率電子和通信領(lǐng)域的技術(shù)革新。從新能源汽車(chē)到5G基站，從工業(yè)設(shè)備到消費(fèi)電子，這些寬禁帶材料正憑借高頻、高效、高功率密度的特性重塑產(chǎn)業(yè)格局。
近期，第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域迎來(lái)一輪新品爆發(fā)期，英諾賽科、Wolfspeed、英飛凌、羅姆、東芝、日本三菱等頭部企業(yè)密集發(fā)布碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）技術(shù)成果，尤其在散熱優(yōu)化、大尺寸晶圓量產(chǎn)、高頻性能突破等方向集中發(fā)力，推動(dòng)寬禁帶半導(dǎo)體從技術(shù)創(chuàng)新向規(guī)模應(yīng)用加速邁進(jìn)。
碳化硅：散熱技術(shù)突破，提供高效動(dòng)能
在新能源汽車(chē)電驅(qū)、光伏逆變器等高功率場(chǎng)景中，碳化硅器件的散熱能力直接決定系統(tǒng)效率與可靠性。傳統(tǒng)底部散熱封裝因熱阻過(guò)高，難以滿足大功率密度設(shè)計(jì)需求，而近期不同企業(yè)通過(guò)封裝創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)的散熱技術(shù)突破，正重新定義碳化硅的應(yīng)用邊界。
1、Wolfspeed推出新型頂部散熱（TSC）碳化硅MOSFET和肖特基二極管
7月7日，Wolfspeed宣布推出新型頂部散熱（TSC）碳化硅 MOSFET 和肖特基二極管，優(yōu)化熱管理并節(jié)約能耗。
圖片來(lái)源：Wolfspeed
據(jù)悉，Wolfspeed 的TSC封裝技術(shù)通過(guò)倒裝芯片設(shè)計(jì)，將器件熱量從頂部直接傳導(dǎo)至散熱器，突破了傳統(tǒng)底部散熱方案的熱阻瓶頸。在一些對(duì)高功率密度、先進(jìn)熱管理方案和小型化封裝有著嚴(yán)苛要求的應(yīng)用場(chǎng)景，如汽車(chē)、電動(dòng)交通系統(tǒng)等，頂部散熱（TSC）器件通過(guò)實(shí)現(xiàn)最大功率耗散并優(yōu)化熱性能，有效滿足了系統(tǒng)的冷卻需求。
此外，Wolfspeed正在擴(kuò)展其行業(yè)領(lǐng)先的碳化硅（SiC）MOSFET 和肖特基二極管分立器件產(chǎn)品線，新增采用頂部散熱（TSC）封裝的U2系列產(chǎn)品。該系列提供650V至1200V多種電壓選項(xiàng)，能顯著提升系統(tǒng)功率密度和效率，同時(shí)優(yōu)化熱管理性能并增強(qiáng)電路板布局靈活性。
2、羅姆的SiC MOSFET應(yīng)用于豐田全新純電車(chē)型bZ5
7月2日，羅姆宣布其第四代碳化硅（SiC）MOSFET裸芯片已成功應(yīng)用于豐田汽車(chē)全新跨界純電動(dòng)汽車(chē)bZ5的牽引逆變器中。
bZ5的牽引逆變器由羅姆與中國(guó)合作伙伴正海集團(tuán)的合資企業(yè)——上海海姆?？瓢雽?dǎo)體有限公司量產(chǎn)供貨。羅姆的SiC MOSFET功率模塊在提升汽車(chē)?yán)m(xù)航里程和整體性能方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
羅姆正在加速推進(jìn)新一代SiC MOSFET的研發(fā)，計(jì)劃在今年完成第五代SiC MOSFET的生產(chǎn)線建設(shè)，并為第六代和第七代產(chǎn)品的市場(chǎng)投放做好準(zhǔn)備。
不久前，羅姆官宣為英偉達(dá)800V HVDC架構(gòu)提供高性能電源解決方案，羅姆不僅提供硅（Si）功率元器件，還擁有包括碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導(dǎo)體在內(nèi)的豐富產(chǎn)品陣容，可為數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)提供更優(yōu)解決方案。
3、英諾賽科推出兩款頂部冷卻En-FCLGA封裝新品
6月25日，英諾賽科 (Innoscience) 宣布推出兩款基于100V雙冷卻 En-FCLGA 封裝的新產(chǎn)品：INN100EA050DAD 和 INN100EA070DAD。
圖片來(lái)源：英諾賽科?
這兩款新品沿用了此前備受市場(chǎng)認(rèn)可的INN100EA035A所采用的Dual-Cool En-FCLGA封裝形式，憑借雙面散熱設(shè)計(jì)和超低導(dǎo)通電阻，為太陽(yáng)能微型逆變器、儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）及最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）優(yōu)化器等應(yīng)用提供了行業(yè)領(lǐng)先的效率解決方案。
據(jù)英諾賽科介紹，這是業(yè)界首款用于硅FET的p2p替代品，允許立即提高效率并增加功率密度。對(duì)于36V至80V的輸入，系統(tǒng)功耗降低了50%以上。
4、東芝發(fā)布新型650V第3代SiC MOSFET
5月20日，東芝宣布，其基于第三代碳化硅（SiC）MOSFET技術(shù)的四款650V功率器件——TW031V65C、TW054V65C、TW092V65C及TW123V65C正式投入批量生產(chǎn)。
圖片來(lái)源：東芝
該系列采用緊湊型DFN8×8封裝，其體積減小90%以上，為開(kāi)關(guān)電源、光伏發(fā)電機(jī)功率調(diào)節(jié)器等工業(yè)設(shè)備提供更高功率密度的解決方案。
DFN8×8是一種4引腳封裝，支持對(duì)其柵極驅(qū)動(dòng)的信號(hào)源端子進(jìn)行開(kāi)爾文連接。這減少了封裝內(nèi)部源極線電感的影響，實(shí)現(xiàn)高速開(kāi)關(guān)性能；以TW054V65C為例，與東芝現(xiàn)有產(chǎn)品相比，其開(kāi)通損耗降低了約55%，關(guān)斷損耗降低約25%，有助于降低設(shè)備中的功率損耗。
氮化鎵：拓展高頻應(yīng)用場(chǎng)景
相較于碳化硅在高功率場(chǎng)景中對(duì)散熱的極致追求，氮化鎵憑借高頻特性在通信與消費(fèi)電子領(lǐng)域的技術(shù)突破同樣顯著，近期進(jìn)展進(jìn)一步推動(dòng)其規(guī)?；瘧?yīng)用。
1、英飛凌宣布其300毫米（12英寸）GaN-on-Si晶圓制造工藝進(jìn)入穩(wěn)定階段
7月3日，英飛凌宣布其300毫米（12英寸）GaN-on-Si晶圓制造工藝進(jìn)入穩(wěn)定階段，單片晶圓芯片產(chǎn)出量較200毫米提升2.3倍，成本大幅降低。首批樣品將于2025年第四季度交付客戶。
該技術(shù)支持高頻化設(shè)計(jì)（如100kHz以上），在新能源汽車(chē)OBC（車(chē)載充電機(jī)）中可將功率密度提升至250W/in3，體積較硅基方案縮小40%。在數(shù)據(jù)中心48V電源系統(tǒng)中，采用英飛凌300毫米GaN晶圓的1.2kW四相降壓模塊效率高達(dá)98.1%，較傳統(tǒng)硅基方案降低20%的散熱需求。
此外，英飛凌已與NVIDIA合作開(kāi)發(fā)AI服務(wù)器電源架構(gòu)，利用GaN的高頻特性優(yōu)化能源效率。
2、日本三菱電機(jī)驗(yàn)證全球首款7GHz氮化鎵基站放大器性能
6月11日，日本三菱電機(jī)宣布成功驗(yàn)證全球首款7GHz頻段氮化鎵(GaN)功率放大器模塊(PAM)的性能。
這款緊湊型模塊采用專(zhuān)有匹配電路技術(shù)，尺寸僅12.0mm×8.0mm，卻實(shí)現(xiàn)了業(yè)內(nèi)最高功率效率。通過(guò)5G-Advanced通信信號(hào)測(cè)試，該技術(shù)將顯著提升基站安裝便捷性，為6G過(guò)渡奠定基礎(chǔ)。
該產(chǎn)品采用高密度元件集成設(shè)計(jì)，大幅縮小了傳統(tǒng)基站設(shè)備的體積。三菱電機(jī)表示，這一突破性技術(shù)將重點(diǎn)應(yīng)用于5G-Advanced基站建設(shè)，并持續(xù)優(yōu)化實(shí)際應(yīng)用性能。
結(jié)語(yǔ)
第三代半導(dǎo)體的技術(shù)演進(jìn)中，碳化硅的散熱突破與氮化鎵的高頻創(chuàng)新形成了互補(bǔ)的技術(shù)路徑。從英諾賽科的雙冷卻封裝到Wolfspeed的頂部散熱方案，從羅姆車(chē)規(guī)模塊的散熱優(yōu)化到英飛凌的大尺寸GaN晶圓降本，企業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新正推動(dòng)寬禁帶材料從 “實(shí)驗(yàn)室” 走向 “規(guī)?；瘧?yīng)用”。隨著全球能源轉(zhuǎn)型與數(shù)字化進(jìn)程的加速，這些技術(shù)突破將為新能源、通信、工業(yè)等領(lǐng)域注入更高效的發(fā)展動(dòng)能，重塑產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局。
（集邦化合物半導(dǎo)體 妮蔻 整理）
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