SiC和GaN的應用優勢與技術挑戰

1   SiC和GaN應用及優勢

我們對汽車、工業、數據中心和可再生能源等廣泛市場中的碳化硅(SiC) 和氮化鎵（GaN）應用感興趣。一些具體的例子包括：

●   電動汽車（EV）：SiC和GaN 可用于電動汽車，以提高效率、續航里程和整車性能。

例如，SiC MOSFET 分立器件可用于牽引逆變器和車載充電，以減少功率損耗并提高效率。

●   數據中心：SiC 和GaN 可用于數據中心電源，以提高效率并降低運營成本。

●   可再生能源：SiC 和GaN 可用于太陽能和風能逆變器，以提高效率并降低系統成本。

與傳統的硅基解決方案相比，SiC 和GaN 具有許多優勢，包括：

●   更高的功率密度：與硅器件相比，SiC 和GaN 器件每單位面積可以負載更高的功率。這允許實現更小、更輕的功率轉換器。

●   更高的效率：SiC 和GaN 器件比硅器件效率更高，可以降低能耗并延長電池壽命。

●   更低的系統成本：在許多應用中，SiC 和GaN 器件的較高效率可以抵消器件較高的前期成本，從而降低整體系統成本。

王駿躍(安世半導體中國區SiC產品市場戰略副總監)

2   面臨的技術挑戰安世

安世（Nexperia）認為，寬禁帶功率器件正朝著大規模使用的方向發展，特別是在汽車行業（尤其是電動汽車領域）。

盡管寬禁帶材料正變得越來越成熟，但在實現高質量和擴大SiC 和GaN 晶圓和器件的生產能力方面仍然存在挑戰。需要不斷的研發努力來提高組件的性能、可靠性和良率。

然而，最大的挑戰主要與供應鏈限制有關，這可能會影響寬禁帶材料被市場采用的速度。這些依賴于復雜的全球供應鏈，包括原材料、設備和專業知識。供應鏈中斷，例如基本要素的稀缺或地緣政治緊張局勢，以及未來相關人才的不足，可能會影響SiC 和GaN 的供應和成本。為了商業上的可行性，并與現有技術競爭，寬禁帶半導體的制造成本仍需要進一步降低，以使產品與硅基半導體相比具有商業競爭力。

3   封裝是克服性能挑戰的關鍵

克服性能挑戰的關鍵還在于封裝技術。在實現更高功率密度和優化功率轉換器封裝目標的推動下，目前有一個明顯的設計趨勢，即在封裝中將To 封裝的熱優勢與通過SMD 技術實現的電感優勢相結合。例如，頂部冷卻SMD 封裝技術，例如銅夾CCPAK，或具有最大散熱器面積的無引腳SMD 封裝（例如PQFN 和LGA），以及嵌入式芯片技術。為了利用這些功能，硬件設計人員必須仔細設計和選擇外圍組件。這些新的解決方案需要特別注意保持足夠的爬電距離，并增加對熱界面材料和功率轉換器熱堆棧設計的要求。

（本文來源于《電子產品世界》雜志2023年10月期）