安世半导体力推GaN，为何能直捣“工业+汽车”高端市场？
受益于手机、汽车以及工业等领域各类终端市场的刚需带动，如今的GaN器件已经成为2020年半导体元器件领域的“最火爆”名词，势头一度压过同级的SiC和传统的Si基方案，大有“圈地为王”之势。这也引得一众半导体大厂争相布局，比如近期除龙头厂台积电宣布已提供6吋GaN-on-Si(硅基氮化镓) 晶圆代工服务外，世界先进GaN制程也预计将于年底送样，联电同样也在积极投入GaN制程开发，携手子公司联颖布局高效能电源功率组件市场。
同样作为GaN坚定支持者，安世半导体如今也正紧追市场风口，在GaN产品线上积极布局。自去年第一代GaN产品获得较好的市场反响后，为进一步丰富GaN产品线，加快主要应用产业对GaN类半导体器件的应用导入速度，安世半导体于近日再度推出了全新的第二代H2 GaN产品，以独树一帜的技术创新，致敬工业与汽车类高端应用市场。
H2氮化镓为何能直捣高端市场？
既然能直接对标高端市场，背后自然是相当“有料”。据悉，与第一代产品不同的是，安世半导体在第二代的产品上采用了创新性的贯穿外延层过孔技术，这种方案可以降低热阻，并减少生产过程中的缺陷从而提高成品率。同时，通过这种全新的设计，芯片尺寸能够缩小24%，进一步降低导通电阻，从而让新一代的GaN在效率、功耗等关键参数上得到相当大的优化。
安世半导体MOS业务集团大中华区总监李东岳先生
当然，第二代产品对第一代的优点也是有所沿袭的。安世半导体MOS业务集团大中华区总监李东岳表示：“第二代产品与第一代在级联结构上是一致的，传承了第一代方案驱动简单的优势，能够与标准的传统硅MOSFET驱动器进行兼容，从而提高开关的稳定性。”
安世半导体新一代H2氮化镓方案优势
而贯穿外延层过孔技术的意义在于，采用这种方式能够将器件的动态特性提升15%，进而为未来在车规认证过程中提供更可靠的保障。毕竟，汽车应用一般都处在高温、高震动以及高湿度的环境下，对于基础元器件来说所有参数都需要十分稳定才能抵抗外部环境造成的干扰。据介绍，新一代的H2氮化镓有三种产品，一种是TO-247的封装，即衬底无垫片的封装，其热阻系数和动态参数都会比较低，且相对于第一代来讲，内阻是从50多毫欧降低了18%至41毫欧；第二个产品是CCPAK，即铜夹片贴片封装，这种封装方案拥有两款产品，分别为顶部散热和底部散热，内阻在39毫欧。据记者获悉，这两款产品明年会正式量产，本月也会有相应的样品对外公布。
至于为何采用铜夹片的封装方案，李东岳解释到：“铜夹片封装是业内领先的表面贴装技术，基于安世半导体的20多年的技术积累。我们的铜夹片专业技术是超过20多年在汽车行业的数据支撑验证的，能够提供高产量、高质量以及高品质的铜夹片产品。铜夹片的封装可以减少寄生电感，从而为器件带来比较低的开关损耗以及电磁干扰，可靠性相对引线技术来说也会比较高。而且，在热性能方面，通过这种方案我们可以做到小于0.5K/W的热阻技术，这对于提升整个器件在功率密度大有裨益。而且，我们所有的CCPAK 1212封装都符合车规认证标准，2021年可提供AEC-Q101认证的器件。”除此，灵活的海鸥引脚配置也进一步提高了第二代GaN器件温度循环变化的可靠性，同时在兼容SMD焊接和AOI光学检测方面都有非常好的实现，这些都为新一代的方案进军高端应用场景奠定了坚实基础。
“工业+汽车”两步走的战略意义
据安世半导体介绍，本次发布的第二代GaN锁定工业与汽车领域的高端市场。比如服务器和通讯类电源，高压转低压的同步整流模块，安世半导体都能够提供高效率和高功率密度的技术；再比如电池储能应用，不间断的电源，UPS以及PDU等高端能源应用领域，新型的GaN方案可以增加能源的功率密度，减小输出滤波器的尺寸，进而将整个应用的功率密度提升；像伺服驱动器这类领域，采用氮化镓的方式也能够改善输出电流波形，对降低电机的损耗和噪音都大有助益。
针对工业和汽车两大核心业务，安世半导体究竟如何去权衡？李东岳透露：“我们一年大概有14.3亿美元的产值，其中接近45%-50%的产值都是来自汽车行业，我们在全球所提供的一站式分立器件在汽车行业是全部需求均符合车轨迹的AEC-Q101标准认证的。所以我们在汽车领域也会有比较全面的产品线，我们的应用市场有车载充电机，无论是3.3KW、6.6KW还是11KW都可以满足；同时，车载DC/DC也是我们正在开发的目标市场，而且新能源车载牵引逆变器上面，这一块要求900-1200V的高压氮化镓方案，这一块也是我们目标路线的一大重要市场。”
毕竟，无论是相对传统的Si还是同级的SiC器件，GaN在汽车领域的应用优势都十分明显。虽然如今，碳化硅在汽车领域的导入速度相对更快，比如特斯拉汽车的牵引逆变器都采用的是ST的碳化硅方案。但由于GaN采用硅基材料，在现有生产设备上与很多传统硅晶圆厂能够兼容，稍作改造便可形成一条GaN晶圆产线，一旦未来遇到电动或混动汽车产能迅速上升，能够快速起量从而满足市场需求。但SiC由于需要高质量的材料以及专用的生产设备，且原材料的生产也颇为复杂，这也导致其量产周期进一步拉长，一旦遇到快速增长的市场需求，SiC方案很难去灵活应变。而目前，据安世半导体介绍，由于GaN的生产工艺甚至某种程度上相比MOS更为简单，整体成本上也有更大优势，目前安世以及开发的产品包括900V的方案，未来还会进一步提升到1200V去满足汽车市场的需求。
针对汽车这一重要战场，安世半导体拥有全球自有化的生产基地，李东岳告诉记者：“：我们在推出第二代产品的过程中，与包括传统以及新的汽车配件厂商都有很好的沟通，在产品定位上也是紧跟客户需求。而且，我们现在也有做很多包括晶圆前端和后端的布局，从6寸到8寸，包括晶圆厂认证都会去符合汽车产业的需求。当然，我们的技术团队也是全球范围内布局，包括美国、欧洲，中国的深圳、台湾、上海都有我们的实验室以及技术团队密切跟进车厂需求，与客户紧密配合。”
不过，相对汽车市场来讲，GaN在工业领域的产业化会更快。因为汽车领域一般需要做严格的验证，因此需要一定时间的培育和浸淫。但工业市场，实际上现在已经可以看到一些迫切的需求，李东岳举例到：“比如现在通信行业的需求，大型数据中心的需求，航空航天以及高端铁路轨道等都有很大的需求。目前硅以及CoolMOS等传统器件完全没有办法做到很好的性价比，而氮化镓在工业领域的整体解决方案能够提供的BOM成本实际上有很大优势，而且能够实现比较高的功率密度，因此工业领域实际上会走得比汽车更快一些。”
小结：
通过入局难度更高的工业和汽车市场，且一举锁定高端，是现今半导体实力派大厂的惯用打法。毕竟，这样既能为市场树立一个产品高端以及技术强力的形象，也能够为产品线的后续扩充立稳根基，正好符合安世半导体这样一家在分立器件、模拟和逻辑IC、功率MOSFET等领域具有丰富积累的半导体企业的品牌形象。
而现阶段，无论是工业还是汽车类市场，GaN器件领域暂时都还未形成巨头独霸的局面，此时入局正是最佳时机。借助旗下自有化生产基地以及享誉全球的市场口碑，安世半导体有望加速推进自有GaN品牌在汽车和工业市场的提速放量，通过后续一步步在市场和技术领域的层层积淀，必能逐步稳固甚至拿下GaN功率半导体的大片疆土。