《能华半导体技术：助力电能变换降本增效》主题演讲精彩回顾

CoreGaN技术：助力电能变换降本增效 ——《2024世界氮化镓大会》回顾

时间：2024年3月22日

地点：中国·深圳福田会展中心

2024世界氮化镓大会盛邀数十家氮化镓企业参展，共同分享行业最新动态和实用信息，共商未来发展大计。

能华半导体应邀参会，并在会上发表了题为《CoreGaN技术：助力电能变换降本增效》的主题演讲，为与会者带来了独特的见解和启发。接下来请跟随文章一同回顾此次演讲的精彩瞬间。

演讲概要

能华半导体系统应用部门AE经理孟祥翰在出席演讲时提到：“我们能华半导体公司的愿景是赋能更加绿色的未来，这意味着我们将致力于开发提供高效可靠的新能源技术，以推动GaN器件的技术创新和应用，为实现高效绿色发展贡献力量。”

孟经理在随后的演讲中先重点介绍了高频电源的设计挑战，而后强调了能华半导体在这方面的技术优势及应用情况，最后向大家分享了氮化镓的应用前景。

一、 高频电源的设计挑战

孟祥翰指出：“随着全球低碳以及我国双碳目标的提出，对于节能减排降低成本的趋势和举措，电源这个巨大市场是责无旁贷的。”

“但是，由此带来的是更高能效标准的提出。我们可以看到关于双碳目标指引下的六级能效，相较于传统的五级能效提出了更高的最低平均效率，更低的最大待机损耗需求。这样就要求电源的设计不仅要注重高能效，同时也要降低待机损耗节约能源。”

“对于PC服务器工业类的80 plus认证标准对不同电压段，不同负载提出了更为详细的能效要求。PC类主要是铜牌、银牌、金牌。虽然铜牌对能效的要求不是最高，但是对成本的要求是最高的，而对于服务器数据中心的高耗能产业。则是白金和钛金效率，尤其是不低于90%而最高超96%的钛金标准，则对能效提出了更高的要求。

因此，低成本和高能效需求使得电源的发展，越来越向高功率密度和高频化方向发展。但是，在高频电源的设计中，功率器件的开关速率以及开关损耗，这些指标就显得更加突出。也要求功率器件在拥有更高的开关频率的同时，拥有更低的开关损耗，而GaN无反向恢复损耗这一特性，天然就符合这一条件。”

“功率器件在高频电源的设计中发挥着关键作用，但是功率半导体我们通常是以FOM值来定义其性价比，FOM值，我们定义为导通电阻乘以面积，导通电阻越小，能效越高，芯片面积越小，产出越高。因此，FOM值越低，其性价比越高，越能降低成本提升效率。从这张图我们可以看到，Si已经发展到其理论的极限值，而GaN还有很大的发展空间，而且GaN的FOM值是要远低于Si和SiC这两种材料的。因此，GaN的性价比最高，是最能实现绿色高效发展的材料。”

二、能华半导体产品及技术优势

在这一部分，孟祥翰经理先介绍了能华半导体的发展历程：

能华半导体于2010年6月成立，是国内最早成立的一家氮化镓半导体公司。公司成立初期主要是以外延和代工服务。经过近十年的产业化发展和技术积累，2020年，我们实现了耗尽型氮化镓功率器件的量产。2021年，我们推出了增强型氮化镓功率器件，同年我们完成了直驱方案的专利布局。

“可以看到最近几年我们公司发展很快。”孟经理说到，“这个表现主要是我们公司十几年来厚积薄发的呈现。”

“我们公司是唯一一家同时布局增强型、耗尽型、直驱型产品的公司。增强型高频特性好，有利于提升功率密度，我们的目标主要是消费级应用。耗尽型电流能力强，我们的目标主要是工业级应用。直驱型可并联，可以实现功率扩容，我们的目标主要是汽车级应用。”

接下来孟经理先后介绍了几种产品的特点和优势：

E mode CoreGaN产品特点

增强型的特点时Qg极低、高频特性好、开关损耗低，因此有利于高频化设计，然后提升系统的功率密度。而能华半导体的增强型有个显著的特点是Vth高达2.5V，驱动可靠性更高。抗dv/dt和di/dt能力更强，因此能华半导体的驱动不需要负压关断，驱动电路很简洁。

Cascode CoreGaN产品特点

通常级联架构的栅压可靠性范围±20V，对通用12V驱动器兼容性强，且抗电流冲击能力很强，有利于降低成本。

而能华半导体即将推出的改善型级联器件，可以有效降低辐射4 dB-6dB。同时，对于SR MOS 应力降低 20V左右，提升系统效率0.2%以上，可以有效提升系统性能，降低系统成本。

Dr.HEMT耗尽型直驱方案

Dr.HEMT耗尽型直驱方案使用能华半导体的专利技术，直接驱动耗尽型GaN，可以100%发挥GaN性能优势。

能华半导体的解决方案主要有两种，一种是和驱动IC集成在一起，一种是和驱动IC分离。

相较于级联架构，能华半导体解决方案的优势在于它没有Si MOS，而是直接贴在封装基岛上，无绝缘陶瓷基板，因此热阻更小。

相比于传统的级联架构，传统Cascode GaN功率耗散的能力是比较弱的。而直驱方案是没有Si MOS，所以它可以承受更高的这个耗散功率，它的安全工作区更大。另外，级联架构的Si MOS Vth是负温度系数，所以在并联使用中容易导致热失衡。而能华半导体直驱方案的 Vth 是正的，不会导致失衡，可以并联使用，能够实现功率扩容，可以广泛应用在工业级、汽车等领域，并提升系统的效率。

紧接着，孟经理向大家隆重介绍了能华半导体最新推出的1200V氮化镓半导体器件！

“这是我们公司最新发布的蓝宝石衬底的1200V器件。这里的1200V器件独有的STB专利技术，击穿电压高达1900V以上，能工作在230度以上，满足车规级要求。”

这是能华公司新发布的1200V器件的性能指标跟友商的参数对比

能华半导体的1200V器件在152度条件下，导通电阻的温度系数只有1.7倍，低于友商的2.0倍。

Idss（1200伏、150摄氏度）：4uA，远低于友商的30uA。Idss越小系统的待机损耗越小，系统效率越高；双脉冲动态电阻测试结果：这种测试条件下动态的电阻的变化率是在1.1倍以内，然后右图是我们1200V器件在系统中的表现；Vds平台电压960V：V_DS_Peak达到1128V，稳定关断情况下，系统级动态电阻的变化率非常稳定，在120以内。

“我们的1200V器件可以应用在电动汽车OBC，800V动力电池和新能源发电等领域，而且在城市低速交通中可以有效的降低电机的驱动损耗，帮助解决我们的续航焦虑问题。”

孟经理还简单介绍了几款封装工艺和方案。

“这是工业级247-4四脚封装，它相较于标准封装是把功率回路和驱动回路分开，可靠性更高，另外它的开通速度是要比标准封装更快，而且开关损耗更小。

双基岛封装是我们公司针对级联架构推出的一种低成本的封装，它的内部没有绝缘陶瓷基板，所以它的成本更低了。

传统的LDO降压稳压方案，它的电路需要三个器件，而能华只需要一颗就可以满足需求，而且还可以降低成本，系统的待机损耗也能降低。”

三、GaN市场前景                   

孟祥翰表示，“根据专业调研公司Yole的调查数据，2021到2027年，GaN功率器件市场年复合增长率高达54.9%，远高于功率器件6.9%的年复合增长率。这就表明了GaN正在被越来越多的人们接受和使用来实现降本增效的目标。”

“这条技术发展Gartner曲线，表明GaN功率半导体产业，正在经历从萌芽、期望、困惑、爬升再到成熟的发展历程。”

“经过了近30年的产业化发展，GaN技术日趋成熟，目前正处于稳步爬升阶段，我们对GaN的市场前景充满信心，相信GaN在实现绿色高效发展方面能发挥更重要的作用。