SiC和GaN的应用优势与技术挑战

1   SiC和GaN应用及优势

我们对汽车、工业、数据中心和可再生能源等广泛市场中的碳化硅(SiC) 和氮化镓（GaN）应用感兴趣。一些具体的例子包括：

●   电动汽车（EV）：SiC和GaN 可用于电动汽车，以提高效率、续航里程和整车性能。

例如，SiC MOSFET 分立器件可用于牵引逆变器和车载充电，以减少功率损耗并提高效率。

●   数据中心：SiC 和GaN 可用于数据中心电源，以提高效率并降低运营成本。

●   可再生能源：SiC 和GaN 可用于太阳能和风能逆变器，以提高效率并降低系统成本。

与传统的硅基解决方案相比，SiC 和GaN 具有许多优势，包括：

●   更高的功率密度：与硅器件相比，SiC 和GaN 器件每单位面积可以负载更高的功率。这允许实现更小、更轻的功率转换器。

●   更高的效率：SiC 和GaN 器件比硅器件效率更高，可以降低能耗并延长电池寿命。

●   更低的系统成本：在许多应用中，SiC 和GaN 器件的较高效率可以抵消器件较高的前期成本，从而降低整体系统成本。

王骏跃(安世半导体中国区SiC产品市场战略副总监)

2   面临的技术挑战安世

安世（Nexperia）认为，宽禁带功率器件正朝着大规模使用的方向发展，特别是在汽车行业（尤其是电动汽车领域）。

尽管宽禁带材料正变得越来越成熟，但在实现高质量和扩大SiC 和GaN 晶圆和器件的生产能力方面仍然存在挑战。需要不断的研发努力来提高组件的性能、可靠性和良率。

然而，最大的挑战主要与供应链限制有关，这可能会影响宽禁带材料被市场采用的速度。这些依赖于复杂的全球供应链，包括原材料、设备和专业知识。供应链中断，例如基本要素的稀缺或地缘政治紧张局势，以及未来相关人才的不足，可能会影响SiC 和GaN 的供应和成本。为了商业上的可行性，并与现有技术竞争，宽禁带半导体的制造成本仍需要进一步降低，以使产品与硅基半导体相比具有商业竞争力。

3   封装是克服性能挑战的关键

克服性能挑战的关键还在于封装技术。在实现更高功率密度和优化功率转换器封装目标的推动下，目前有一个明显的设计趋势，即在封装中将To 封装的热优势与通过SMD 技术实现的电感优势相结合。例如，顶部冷却SMD 封装技术，例如铜夹CCPAK，或具有最大散热器面积的无引脚SMD 封装（例如PQFN 和LGA），以及嵌入式芯片技术。为了利用这些功能，硬件设计人员必须仔细设计和选择外围组件。这些新的解决方案需要特别注意保持足够的爬电距离，并增加对热界面材料和功率转换器热堆栈设计的要求。

（本文来源于《电子产品世界》杂志2023年10月期）