GaN：不止快充

纳微为提高其在电动汽车、太阳能、数据中心等市场的销量，推出了一系列GaNSafe集成电路

作者：RIcharD STEVENSON，《 》杂志编辑

GaN的首个杀手级应用在于移动设备快充领域。但其非凡的成功会导致利润降低，最终商品化，受市场大规模采用时，情况常常如此。因此，对这类设备的制造商来说，现在必须努力为新应用开发新产品。

这就是纳微半导体的最新战略，该公司是一家总部位于美国的宽禁带专业公司，今年9月推出了GaNSafe系列产品。

严格说来，这家无晶圆厂公司在其他少数消费应用领域也取得了成功，其GaN器件系列非常成熟，可用于驱动洗衣机、吹风机、吸尘器的电机。纳微企业营销与投资者关系副总裁Stephen Oliver说：“但在数据中心、太阳能、电动汽车等领域一直存在无形的障碍。”《 》从Stephen Oliver处获悉，虽然在效率、可靠性、质量等方面，公司先前的产品表现出色，但在大功率下长时间运行时，先前的产品并不能满足所有需求。他还表示：“GaNsafe系列产品取得了突破，粉碎了无形的障碍，现在可受到大功率领域客户的重视。”

纳微的GaNSafe集成电路具有前所未有的功能

GaNSafe系列产品背后有着丰富的传承，如今，GaNSafe系列产品有四个部分，每个部分都能在650 V电压下运行，并能应付高达800 V的电压。组合在一起的电力为1 kW至22 kW，这些封装集成电路基于纳微的第四代GaN，与2018年推出的首款产品相比，其芯片经过三轮缩减，缩减幅度约为五分之一。这几年间，该公司为GaN集成电路配备了更多功能，如无损电流检测、2 kV静电放电保护。此次推出的GaNSafe增加了短路保护，可在更高温度下运行。

为使GaNsafe能在较大功率下运行，还对其集成电路及封装进行了改进。三个关键的芯片级的进展为：引入米勒钳位；采用更智能的方法处理短路，并确保有过流保护；开关期间没有过冲和下冲。

需要注意的是，即使是设计精良、运行高效的器件，也可能因产生电磁干扰（EMI）而出现问题。但有了GaNSafe，就可以通过外部编程减少电磁干扰中的所有脉冲尖峰。

Stephen Oliver兴奋地说：“这意味着要是设计团队希望找到产生脉冲尖峰的原因，就无须再重新运行一次。因为可对GaNSafe进行实时调谐。”

完善封装

创新还体现在10 mm乘10 mm的封装上，这种封装称作TOLL，即无引线晶体管封装。尽管GaNSafe集成电路的功能非常强大，但只使用了四个外部连接，可使引线熔合在一起。这样本质上就形成了一个坚固的铜块，有助于提高热性能，对每天温度变化很大的太阳能系统来说，是一笔尤为宝贵的财富。

纳微还在其GaNSafe设计中对一些引脚进行了“按键”处理，形成了一个由塑料包围的金属脊。这种设计确保了连接处的坚固性，有助于产品的机械完整性。

GaNSafe的另一个优点是能更好地应对湿气，并防止液体渗入。Stephen Oliver解释说：“任何湿气都没那么容易进入封装并破坏封装。”

自今年年初，纳微约有40个客户已在使用GaNSafe系列产品。这些公司包括Enphase和吉利，其中Enphase是太阳能行业的功率逆变器生产商；吉利是电动汽车（EV）市场的电源系统制造商，向沃尔沃旗下的电动汽车极星（Polestar），以及宝腾（Proton）和路特斯（Lotus）供应产品。

为促进新市场取得成功，纳微为数据中心电源团队和电动汽车团队建立了设计中心。这两个团队都是人才济济，既有器件方面的专家，也有在纳微之外工作时积累的实际系统知识。这些设计团队为客户提供了大量支持，包括完整的材料清单、电路图、PCB布局以及电磁干扰、热特性、效率的测试结果等详细信息。

需要这些设计团队的其中一个原因是，与设计团队合作的一些公司才刚刚开始摆脱硅功率器件。

Stephen Oliver说：“有了GaN，我们呼吁大家将系统的开关频率从50千赫兹提高到500千赫兹乃至一百万赫兹，意味着大家不能使用跟之前一样的控制芯片，这些芯片通常由偏好的供应商供应，且过去20年来一直在用。”在此情况下，纳微可以提供帮助，向客户推荐合适的替代组件。

通过源和“按键”，GaNSafe集成电路的热性能优于前代产品

制造成本最小化

为生产GaN器件，纳微与台积电展开合作，台积电是纳微未公开的封装合作伙伴，也是全球最大的晶圆代工厂。有些人可能会质疑这种做法，认为利用外部晶圆厂很难开发出突破性技术，同时警告称，需要提高产量时依赖合作伙伴是有风险的。但Stephen Oliver对这两种观点都提出了质疑，他对形势的看法截然不同。

Stephen Oliver反驳道：“电路开发与晶圆厂无关。关键是要由优秀的工程师来推进，想到好的想法并将其付诸实践。”

Stephen Oliver虽然同意拥有产能是至关重要的，但他认为关键问题在于拥有产能是否经济实惠。Wolfspeed和英飞凌正斥资数十亿美元建造新的晶圆厂，但他认为这样做毫无意义，并指出，要制造最先进的GaN器件无须购买新设备。纳微最新的集成电路是在台积电500 nm设备上生产的，而该设备约有30年历史。

具有这种产能水平的工厂非常普遍，美国有很多工厂在6英寸和8英寸生产线上生产硅产品，但利润很低。一旦利润提高，这些工厂只需改装少量工具，就能在一年内生产出GaN集成电路，而这也是大家乐于接受的。

获得产能显然不是问题，且GaN集成电路在新市场又颇具吸引力，因此纳微坚信，GaN集成电路未来一定会取得成功。