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成本降低50%+,氮化镓eGaN FET是怎么做到的?
[ 发布日期:2020-05-26 10:54:20 | 浏览:270次 ]

35年前,作为一项颠覆性的技术,硅功率MOSFET取代了双极型晶体管,诞生了一个高达120亿美金的市场。这次技术更迭告诉我们,决定一个新型功率转换技术的采纳率的关键因素有四个:

1它能支持有重大意义的新应用吗?
2是否容易使用?
3可靠吗?
4对用户而言是否极具成本效益?

 

高效功率转换公司(EPC公司)的氮化镓(GaN)产品同样也面临这四个问题,让我们回顾一下近五年来GaN技术的进展,看看它是怎么解决了前三个问题,而第四个问题,即有竞争力的价格,则是本文关注的重点。

 

新型功率转换技术氮化镓GaN功率器件 

 

(1)它能支持有重大意义的新应用吗?

对所有的新技术来说,能够支持采用其他技术无法实现的应用是该技术最好的切入点。通常情况下,市场引入这些新技术时,满足了这些新应用对更高性能的要求,同时也伴随着较高的价格,氮化镓半导体亦复如是。

 

年前氮化镓技术问世以来,eGaN FET培育了一系列新应用,包括无线电力传输、包络跟踪、激光雷达、结肠镜x射线和无线供电的人造心脏。在基于功率晶体管的应用之外,氮化镓技术目前也正在被应用在集成电路中,目前用于模拟IC,未来还将包括数字IC。这些IC产品增强了现有产品的性能和成本优势,很多不曾预见的应用也正在快速涌现。

 

(2)是否容易使用?

EPC公司将eGaN晶体管设计为可以以类似于现有功率MOSFET的方式进行使用,电源系统工程师们只需要稍加培训,就可以轻松地将他们的设计经验用于现有设计。

 

而且,为了帮助设计工程师快速上手,EPC公司在向业界培训氮化镓器件和应用上也是当仁不让,事实上,除了已经出版过70多篇技术文章,进行过多次演讲之外,EPC公司已经出版了四本氮化镓晶体管的教材,其中有一本是中文版。

 

为了帮助功率系统设计工程师,EPC在世界各地的主要电子工业城市开展了为期一天的实战型研讨会,比如圣何塞、波士顿、上海和东京等。 EPC还积极与全球30多所大学展开合作,为下一代高技能的功率系统设计工程师通过培训zd程度地掌握eGaN FET奠定基础。

 氮化镓GaN充电器PD快充

(3)可靠性怎么样?

氮化镓晶体管的可靠性测试捷报频传。为了验证eGaN FET的合格性,业界进行了各种各样的可靠性试验,包括高温反偏实验、高温栅极偏压测试、高温存储、冷热循环、高温高湿环境下反偏、高压、湿度敏感性。

 

通过对电压和温度进行调整,进行加速老化试验,以确定在数据手册定义的操作范围内器件的失效时间。根据高温反偏、高温栅极偏压两种测试结果表明,在最高工作温度和临界电压等级上,eGaN FET的平均故障时间将超过10年。

 

这些研究进一步表明,在当今生产的产品的合理寿命周期内,eGaN FET失效的概率非常低。

 

(4)对用户来说,它极具成本效益吗?

对新兴技术来说,技术成熟稳定,同时具备有竞争力的价格一直都是一种巨大的挑战,特别是这项新技术有志于成为颠覆性的替代技术时。现在,z*一代的eGaN FET家族同时也具备了价格上的竞争力。GaN的性能、MOSFET的价格,鱼和熊掌可以兼得。下面是GaN做到成本竞争力的一些原因:


降低生产成本 - eGaN FET可以基于MOSFET的制造方法和设备进行生产。受益于过去五年的经验教训,其良率已经上升到可以与MOSFET相媲美的地步,它的制作方法也进行了简化,所以,生产GaN器件的成本已经大幅下降。

 

芯片级封装 - 典型的MOSFET塑料封装大约占到最终产品成本的一半。低压的eGaN FET不需要封装,单此一项就可以削减50%的成本!此外,没有封装,在现场由于装配造成故障的可能性也大大降低。

 

尺寸超小-更快的开关速度意味着更小的尺寸、更高的效率,并能降低系统成本,例如,z*的eGaN FET产品的占位面积大约为同等级的MOSFET组件的四十分之一。

 

结论

现在已经没有任何力量可以阻止氮化镓技术的大爆发了,支持大批量应用的四个关键因素都已经就位:GaN支持新的应用、易于使用、可靠性高、价格极具竞争力。

 

功率转换开始转向GaN,动作慢的将会被无情地扫地出门 

 

这个120亿美金的MOSFET市场已经成为了卓越的eGaN FET技术的进军对象。展望不久的将来,随着上面提及的GaN支持的应用的增长,该市场有潜力到2020年时增长一倍。长期来看,当模拟和数字IC集成了这项高性能的技术之后,GaN技术的总体市场可以达到3000亿美金以上。

 

功率转换开始转向GaN,动作慢的将会被无情地扫地出门。

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