5月9日，聚焦電力電子、智能運動、可再生能源及能源管理的2023德國紐倫堡電力電子展PCIM Europe開幕（5/9-11），海內(nèi)外SiC/GaN第三代半導(dǎo)體廠商匯聚一堂，以最新的技術(shù)和產(chǎn)品，向市場展示了SiC、GaN在電動汽車、數(shù)據(jù)中心、光伏儲能、通信基站、工業(yè)自動化等高壓高功率領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
國內(nèi)廠商
本屆PCIM展會，多家國內(nèi)廠商攜新品新技術(shù)亮相，如英諾賽科、三安半導(dǎo)體、基本半導(dǎo)體、瑞能半導(dǎo)體、芯聚能、致瞻科技、宏微科技等，其中，部分廠商亮點匯總?cè)缦拢?/p>
英諾賽科
作為全球少數(shù)的GaN IDM廠商，英諾賽科帶來了晶圓和芯片等多系列產(chǎn)品以及面向消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車等不同應(yīng)用的InnoGaN解決方案。
- GaN晶圓、芯片
產(chǎn)品部分，英諾賽科展示了硅基GaN晶圓及高中低壓30V-700V GaN芯片，以40V VGaN雙向?qū)ㄏ盗?、SolidGaN半橋合封系列及全新封裝Toll/TO等封裝新品為重點。
據(jù)介紹，VGaN系列是行業(yè)首創(chuàng)的雙向?qū)óa(chǎn)品，采用WLCSP封裝，能夠?qū)崿F(xiàn)以一替二（Si），目前，該系列產(chǎn)品已導(dǎo)入到oppo/realme等手機主板，節(jié)省手機PCBA空間，降低手機充電溫度，實現(xiàn)更高效、更安全的充電方式。其中，采用VGaN的realme GT2手機就在英諾賽科的生活區(qū)消費領(lǐng)域展出。
- GaN消費電子、數(shù)據(jù)中心、汽車解決方案
針對消費電子應(yīng)用，英諾賽科展示了多款快充產(chǎn)品，除了realme GT2手機，還有安克65W全氮化鎵（All-GaN）快充，閃極、倍思、綠聯(lián)、貝爾金、努比亞等30-65W小體積快充產(chǎn)品，以及30-300W的氮化鎵快充及適配器高效方案。此外，消費類產(chǎn)品還包括：200W LED電源，2kW戶外儲能電源等方案。
針對數(shù)據(jù)中心應(yīng)用，英諾賽科已開發(fā)了全鏈路的GaN供電解決方案，本次就展出了PSU電源的AC→DC環(huán)節(jié)的2KW PSU和4KW PFC方案，還有48V→12V環(huán)節(jié)的420W/600W/1000W 電源模塊，以及Oring，Hotswap，Vcore電源等方案。英諾賽科表示，該系列產(chǎn)品可提升供電鏈路的功率密度和效率，降低50%的系統(tǒng)損耗。
針對電動汽車應(yīng)用，英諾賽科率先在車載激光雷達領(lǐng)域展開布局并開花結(jié)果，同步開拓主驅(qū)逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、OBC等應(yīng)用場景。本次展會上，英諾賽科便帶來采用其100V低壓芯片的激光雷達器、2.4 kW 48V雙向DCDC電源模塊、1kW電機驅(qū)動、150W車載/筆電車充等方案，可助力全面降低系統(tǒng)損耗。
三安半導(dǎo)體
三安半導(dǎo)體本次重點展示“碳化硅 (SiC) 全產(chǎn)業(yè)鏈體系”的全線產(chǎn)品（覆蓋晶錠、襯底、外延、芯片、器件）和“深入行業(yè)應(yīng)用”的新能源汽車、光伏儲能、通信基站、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)自動化、家用電器、消費類電子功率半導(dǎo)體的解決方案。具體展品如下：
- 6英寸SiC晶碇、襯底、外延
在晶錠生長技術(shù)上，三安半導(dǎo)體采用6/8英寸兼容大尺寸單晶生長平臺，依托精準(zhǔn)熱場控制的自主PVT工藝，實現(xiàn)更低的成本及更低的缺陷密度。
SiC襯底技術(shù)門檻高，工藝難度大，但據(jù)介紹，三安半導(dǎo)體目前擁有高效率、低損耗的切割技術(shù)，精準(zhǔn)控性、高平坦度的研磨技術(shù)，以及高表面質(zhì)量、低缺陷的拋光和清洗技術(shù)，基于此，其6英寸SiC襯底的品質(zhì)和良率在逐步提升。
在外延環(huán)節(jié)，缺陷密度、波長均勻性是SiC外延環(huán)節(jié)的主要技術(shù)難點，這兩大問題與外延片的可靠性和成本息息相關(guān)。目前，三安半導(dǎo)體采用650V-1700V寬電壓區(qū)間外延平臺和領(lǐng)先的多層外延技術(shù)，在外延環(huán)節(jié)實現(xiàn)了低缺陷密度、高一致性與高可靠性，成本管控良好。
- SiC功率 (SBD/MOS) 芯片、器件
功率芯片方面，本次展出的二極管及MOS芯片均通過了AEC-Q101認(rèn)證，基于更好的Vth控制技術(shù)和減薄晶圓平臺，產(chǎn)品具備高電流密度高浪涌能力，以及極低損耗和低寄生參數(shù)。
器件方面，三安半導(dǎo)體展出來650V/1200V全產(chǎn)品系列SiC功率二極管及MOS器件，通過了AEC-Q101認(rèn)證/AQG-324認(rèn)證，以高性能、高一致性和高可靠性為特點，可以根據(jù)客制化要求，提供多種靈活工藝方案。
基本半導(dǎo)體
基本半導(dǎo)體在本屆PCIM Europe上正式發(fā)布了第2代SiC MOSFET系列新品，該系列產(chǎn)品基于6英寸晶圓平臺進行了自主研發(fā)和迭代升級，性能和可靠性得到了大幅度提高，器件開關(guān)損耗進一步降低。同步展出的還有SiC晶圓、器件、模塊、驅(qū)動器和驅(qū)動IC等。
- SiC晶圓、器件
晶圓和器件部分展示了SiC MOSFET/SBD晶圓、SiC MOSFET及肖特基二極管器件。
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- 車用全碳化硅功率模塊
基本半導(dǎo)體帶來的車用SiC產(chǎn)品備受關(guān)注，據(jù)介紹，車用全碳化硅功率模塊分全橋式和半橋式，覆蓋750V和1200V，電流最大達800A。
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據(jù)悉，Pcore?6、Pcore?2模塊均采用全銀燒結(jié)、DTS+TCB（Die Top System + Thick Cu Bonding）等封裝技術(shù)，在柵極輸入電容、內(nèi)部寄生電感、熱阻等多項參數(shù)上達到國際先進水平，可顯著提升整車效率，降低制造和使用成本。
今年4月，基本半導(dǎo)體車規(guī)級SiC芯片產(chǎn)線正式通線，達產(chǎn)后每年可保障約50萬輛新能源汽車的相關(guān)芯片需求。目前，基本半導(dǎo)體已獲得近20家整車廠和Tier1電控客戶的定點。
- SiC MOSFET/IGBT門極驅(qū)動解決方案
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本次展位也同步呈現(xiàn)了基本半導(dǎo)體旗下青銅劍技術(shù)的SiC MOSFET和IGBT門極驅(qū)動解決方案，包括適配HPD封裝的SiC MOSFET模塊驅(qū)動器，IGBT驅(qū)動核、即插即用驅(qū)動器，以及適配各種封裝形式的定制化驅(qū)動解決方案。
瑞能半導(dǎo)體
瑞能半導(dǎo)體本次帶來了硅基、SiC功率器件在充電樁、車載充電器的應(yīng)用及在可再生能源市場的產(chǎn)品突破，具體展品包含SiC器件，可控硅和功率二極管，高壓和低壓Si-MOSFET, IGBT，保護器件以及功率模塊等。其中，SiC產(chǎn)品主要介紹兩種規(guī)格的MOS管。
- 1200V和1700V SiC MOSFETs
據(jù)介紹，1200V和1700V SiC MOSFETs具備業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的FOM（RDS(on)*QG）指數(shù)，安全的開啟電壓以及可靠的柵極氧化層設(shè)計，同時可以實現(xiàn)更加穩(wěn)定的導(dǎo)通電阻高溫性能。產(chǎn)品采用更高晶胞單位密度的先進工藝和優(yōu)化的晶胞結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)通電阻和柵極電荷特性方面能做到更好的平衡，降低變換器的損耗和器件溫升，提升變換效率。
除了上述廠商，芯聚能、致瞻科技、宏微科技等也帶來了豐富的SiC器件、模塊產(chǎn)品。
海外廠商
海外市場方面，第三代半導(dǎo)體主力軍幾乎無一缺席，Wolfspeed、羅姆、安森美、英飛凌、東芝、納微半導(dǎo)體、Transphorm、GaN Systems、EPC、CGD等悉數(shù)亮相，看點頗多，部分企業(yè)的亮點匯總?cè)缦拢?/p>
納微
納微在本屆PCIM Europe重點展示了高壓高效的GeneSiC?功率產(chǎn)品和集GaN功率器件、傳感和控制為一體的GaNFast?功率芯片，展位上劃分了電動汽車、太陽能、儲能、家電和工業(yè)驅(qū)動等不同展區(qū)。
- 電動汽車
納微展出了豐富的車用SiC和GaN解決方案。其中，針對OBC和DC-DC轉(zhuǎn)換器，納微重點介紹了3-in-1雙向OBC+DC-DC解決方案，尺寸僅210 x 192 x 61 mm <2.5 L。據(jù)悉，納微的GaN和SiC方案可應(yīng)用于充電樁、OBC、DC-DC轉(zhuǎn)換器等眾多場景。
- 太陽能/微電網(wǎng)
在太陽能、微電網(wǎng)領(lǐng)域，納微展示了數(shù)款SiC和GaN解決方案，可用于微型逆變器、儲能等多種應(yīng)用。據(jù)悉，納微的650/700V GaN功率芯片目前已用在微型逆變器中。另外，KATEK集團的coolcept flex系列的Steca太陽能逆變器采用了納微的GeneSiC MOSFET，峰值效率高達98.6%，減少了功耗和熱量，體積和重量也都得到了優(yōu)化。
- 消費類
納微展示了消費電子設(shè)備的GaN快充，包括：手機快充、超快充、基于GaNSense技術(shù)的GaNFast半橋功率芯片、搭載GaNSense Control的33W/65W GaN充電器方案、搭載GaNSense功率芯片的140W/240W PD3.1充電器方案、搭載GaNFast功率芯片的300W充電器方案。
其中，采用GaNSense Halfbridge技術(shù)的GaNFast半橋功率芯片是納微最新的產(chǎn)品線，集成了完整的半橋功率級，據(jù)說是數(shù)據(jù)中心、電動機及電動汽車應(yīng)用中逆變器、轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)單元。
GaNSense半橋功率芯片采用兩顆GaN FETs，結(jié)合驅(qū)動、控制、感測、自動保護及電平偏移隔離，是電力電子應(yīng)用的基本功率級結(jié)構(gòu)單元。
另外，生活消費類展區(qū)也同步展示了多款家電驅(qū)動機的GaN解決方案：包括60 W備用電源、400W搭載了電動機、1kW洗衣機電動機，以及400W TV電源解決方案。
- 數(shù)據(jù)中心
納微帶來了兩款數(shù)據(jù)中心電源解決方案，一款是2.7kW的鈦金牌服務(wù)器電源解決方案，相較傳統(tǒng)的硅方案，頻率快6倍，峰值效率高于96%，并能實現(xiàn)50%節(jié)能，同時還大大縮小了尺寸；另一款是1kW的高壓數(shù)據(jù)中心電源解決方案，僅有1/4塊磚塊電源的大小，相較傳統(tǒng)750W的傳統(tǒng)硅方案，頻率快4倍，尺寸減小4倍，功率密度高4倍。
Transphorm
- 消費電子應(yīng)用
Transphorm重點介紹了WT7162RHUG24A電源轉(zhuǎn)換器控制芯片，這是其與偉詮電子（Weltrend Semiconductor Inc.）合作開發(fā)的首款系統(tǒng)級封裝(SiP) GaN電源控制芯片，與偉詮電子的高效、單級65W USB-C PD 3.0 + PPS電源適配器參考設(shè)計（內(nèi)置新型IC）一起展出，峰值功率效率約94%，功率密度達26W/in3。據(jù)悉，樣品將今年二季度推出。
此外，Transphorm展示了GaN器件產(chǎn)品組合，在現(xiàn)有的游戲筆記本電腦充電器中，用Transphorm的GaN FET替代TSMC增強型器件，可顯著提升充電器系統(tǒng)的性能。
- 可再生能源應(yīng)用
Transphorm首次展出一款3kW DC-AC非隔離全橋逆變器評估板 TDINV3000W050B-KIT，該產(chǎn)品采用Transphorm的TP65H050G4WS SuperGaN FET器件和微芯（Microchip Technology）的dsPIC33CK數(shù)字信號控制板（DSC），該控制板搭載了預(yù)編程固件，有助于SuperGaN解決方案加速在工業(yè)及可再生能源系統(tǒng)中使用。
- 電動汽車應(yīng)用
Transphorm推出了1200V GaN器件的設(shè)計資源，該系列產(chǎn)品是對其現(xiàn)有650V GaN器件產(chǎn)品線的補充，有利于Transphorm更好地滿足電動汽車領(lǐng)域的需求。
英飛凌、GaN Systems
今年3月，英飛凌宣布將以8.3億美元收購了GaN芯片頭部企業(yè)GaN Systems，雙方在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的競爭力和影響力進一步擴大。在本屆展會上，英飛凌和GaN Systems均帶來了前沿的產(chǎn)品和技術(shù)解決方案。
- 英飛凌CoolSiC、CoolGaN解決方案
本屆PCIM展，英飛凌在第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域展示了基于CoolGaN的USB-C適配器和充電器，以及配備CoolGaN SG HEMTs、EiceDRIVER門極驅(qū)動IC和XENSIV傳感器的電動汽車解決方案。新型芯片技術(shù)則包括HybridPACK Drive CoolSiC第二代產(chǎn)品。
針對電動汽車應(yīng)用，英飛凌重點介紹50kW模塊化CoolSiC參考設(shè)計，用于電動汽車的快速DC充電系統(tǒng)；展位上同步展示了首個壁掛式DC充電樁——alpitronic HYC50雙向50kW充電樁。
- GaN Systems新型GaN OBC參考設(shè)計
GaN Systems本次重點推出新型11kW/800V GaN參考設(shè)計，據(jù)稱有望改變電動汽車設(shè)計的規(guī)則。該設(shè)計采用三電平飛跨電容型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所用的GaN晶體管將晶體管電壓應(yīng)力降低了一半，使得650V GaN可用于該設(shè)計及其他800V應(yīng)用。與SiC晶體管設(shè)計相比，OBC的功率密度提高了36％，BOM成本降低了15％，交流/直流階段峰值效率>99％，直流/直流階段峰值效率>98.5％，降低了系統(tǒng)總功耗，同時改善了熱性能。
同時，GaN Systems也展示了DC-DC、逆變器解決方案，數(shù)據(jù)中心電源解決方案，GaN快充與適配器解決方案，以及LED及無線能量傳輸?shù)鹊膭?chuàng)新解決方案。
Wolfspeed
Wolfspeed展示了SiC功率模塊、模塊化評估平臺、電機驅(qū)動、光伏儲能系統(tǒng)等產(chǎn)品和解決方案，重點推出3300V LM SiC半橋功率模塊。
- SiC功率模塊
Wolfspeed介紹，3300V LM SiC半橋功率模塊具備優(yōu)越的性能，可幫助功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)降低熱耗，提高可靠性。這款新型SiC中壓模塊性能優(yōu)于Si產(chǎn)品，功耗降低了3倍多，整體系統(tǒng)尺寸減少達40%。
Wolfspeed還展示了WolfPACK? 無基板SiC功率模塊產(chǎn)品系列，支持半橋、六管集成及全橋等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可在中功率系統(tǒng)中提供出色的可延展性，能夠減小轉(zhuǎn)換器尺寸并降低系統(tǒng)BOM成本，對于追求在緊湊尺寸里實現(xiàn)高效率和高功率密度的設(shè)計者而言，該產(chǎn)品系列是理想選擇。
- SpeedVal Kit?模塊化評估平臺
Wolfspeed介紹了最近新推的SpeedVal Kit?，該平臺可以快速評估和優(yōu)化Wolfspeed碳化硅MOSFET的的高速動態(tài)開關(guān)性能以及合作伙伴提供的一系列門驅(qū)動器，還可用于開展高功率熱測試，評估實際工作點的運作情況。
- 電機驅(qū)動
Wolfspeed展示了采用其SiC技術(shù)的電機驅(qū)動器，以及基于其中壓SiC模塊技術(shù)的3300 V, 1 MVA電機逆變器。
- 光伏儲能系統(tǒng)
光伏及儲能應(yīng)用部分，Wolfspeed展示了25kW三相逆變器，采用FM3 SiC模塊，逆變器效率提升了1.6%。
羅姆
羅姆在PCIM 2023展會上重點推出電動交通、能源轉(zhuǎn)換應(yīng)用的高性能SiC和GaN解決方案，主打節(jié)能、小型化、功能安全、創(chuàng)新性及可持續(xù)性等優(yōu)點，具體亮點如下：
- 第四代SiC MOS
新一代SiC MOS具有超低導(dǎo)通電阻 (RDSon)，并最大程度降低了開關(guān)損耗，支持15V和18V柵極源極電壓，據(jù)說有助于汽車主逆變器和各類開關(guān)電源實現(xiàn)超小型設(shè)計，降低功耗。
羅姆還展出了SCT40xxKW7第四代1200V SiC MOSFETs，相比傳統(tǒng)產(chǎn)品，導(dǎo)通電阻降低了40%，開關(guān)損耗減少了50%。
- 新型模壓SiC功率模塊
羅姆推出了HSDIP20及DOT247系列產(chǎn)品，兩大系列產(chǎn)品結(jié)合了最新的第四代SiC MOS 750V和1200V器件，覆蓋不同RDSon導(dǎo)通電阻值，并且都能達到30kW的功率應(yīng)用，具體取決于使用條件。
- 內(nèi)置的1700V SiC MOS
羅姆展示了BM2SC12xFP2-LBZ系列產(chǎn)品，據(jù)說這是一款準(zhǔn)諧振（Quasi-Resonant）AC/DC轉(zhuǎn)換器，可為各種帶有電源插座的產(chǎn)品提供最佳系統(tǒng)。
- 150V GaN HEMT
針對工業(yè)和通訊設(shè)備應(yīng)用，羅姆優(yōu)化了其150V GaN HEMT GNE10xxT產(chǎn)品，據(jù)稱具有行業(yè)最高的（8V）柵極擊穿電壓技術(shù)。
- 門極驅(qū)動器
除了器件和功率模塊，羅姆同步展示了BM611x系列門極驅(qū)動器，專為xEV牽引逆變器應(yīng)用設(shè)計，已通過AEC-Q100車規(guī)級認(rèn)證。該系列產(chǎn)品新增了BM6112，柵極電流達20A，適配高功率IGBT和SiC應(yīng)用。
安森美
安森美此次聚焦三大方向：綠色能源、EliteSiC生態(tài)系統(tǒng)、工業(yè)革命。EliteSiC系列相關(guān)的展品主要介紹充電樁解決方案。
- AC電動車充電樁
主要展示了EliteSiC技術(shù)在制造用于從AC電網(wǎng)充電的高效充電解決方案中起到的作用。
- 25kW DC快充評估裝備
主要展示了安森美的智能電源產(chǎn)品組合如何利用EliteSiC技術(shù)實現(xiàn)最高效率。
結(jié)語：SiC成熟度提升，GaN功率產(chǎn)品商用化提速
通過海內(nèi)外主要廠商在本屆PCIM Europe展會上的呈現(xiàn)可以看到，SiC和GaN技術(shù)和性能得到進一步的升級，產(chǎn)品應(yīng)用邊界也在加速拓寬。
值得一提的是，廠商的重點也一致落在電動汽車、工業(yè)電源、光伏儲能等功率半導(dǎo)體解決方案上，傳遞著SiC、GaN加速向高功率應(yīng)用領(lǐng)域滲透的積極信號，尤其是GaN。從廠商的亮點產(chǎn)品不難發(fā)現(xiàn)，GaN在電動汽車上的應(yīng)用已經(jīng)不再是喊口號，一定程度上預(yù)示著GaN將在OBC車載充電器等應(yīng)用場景與SiC正面交鋒。不過，SiC今年展現(xiàn)出了更為強勁的發(fā)展勢頭，無論是技術(shù)還是產(chǎn)品，成熟度皆有所提升，有望加快滲透更多應(yīng)用市場。
另值得一提的是，Wolfspeed、羅姆、納微、安森美、Transphorm、EPC等都將參加相關(guān)的專題討論會、座談會等。例如，納微將在PCIM上帶來多場精彩演講，其中，納微半導(dǎo)體企業(yè)營銷和投資者關(guān)系副總裁Stephen Oliver還將在5月11日帶來Reliability and Quality Requirements for SiC and GaN Power Devices的精彩座談會。SiC、GaN的熱度由此也可見一斑，產(chǎn)業(yè)難題有望在更多的交流和探討中進一步取得突破。（文：集邦化合物半導(dǎo)體Jenny）
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