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2020年08月21日 | 听Nexperia谈GaN的计划
2020-08-21 来源：EEWORLD
Dilder Chowdhury在半导体领域工作超过24年，开始他在Nexperia的创新团队，然后转向市场营销，并担任Power GaN技术的架构师。他目前的职位是Power GaN 技术战略营销总监。
他的工作涵盖了从器件物理到封装和最终产品的方方面面，Nexperia研究并结合了材料、封装、产品和模块的所有价值。
以下是来自Dilder的采访
Nexperia是GaN的开拓者，不仅在产品方面，而且在生产方面也是如此。你能告诉我们怎么做到的吗？
Dilder Chowdhury：我们的生产首先要确保可靠性；我们是一家专注汽车市场的公司，因此无论我们引进什么新技术，我们都需要保持最高水平的质量，绝不妥协。我们是一家成熟的半导体公司，每年销售超过900亿个半导体器件，并有优质产品的记录。功率GaN技术与我们的Si技术相比是新的，所以会有许多挑战：从材料，晶圆厂加工和批量生产。我们将在创新和生产过程的每个阶段使用我们的内部质量流程保持相同的质量和稳定性。我们推出了第一款AEC-101级质量的产品，并带来了我们的内部SMD封装CCPAK（铜线夹封装技术），以保持对生产过程的完全控制，以实现批量生产。我们正在将产品引入工业、数据中心和电信基础设施，然后是拥有内部前端和后端运营的汽车部门。我们的产能计划已准备就绪，可以批量生产。
有没有什么天花板？
Dilder Chowdhury：我不这么认为。虽然硅可能接近极限，但还有其他技术（GaN、SiC）正在进一步改进。这就是为什么，在某种意义上，我们看到硅正在达到一个极限，并导致我们转向GaN。在高压硅中，几乎没有改进的余地。早期的电动汽车系统主要是以硅为基础的，但我们正在尝试引入氮化镓，它能提供硅永远无法达到的额外性能，比如让车跑得更久。
为什么可以跑更久？
Dilder Chowdhury：你得先看看开关损耗，考虑到在每个开关周期中的电流-电压交换，你得到了变换损耗，你在转换过程中有干扰，也会有损耗。如果你能创造一种情况，电压降到零，电流上升到最大，并且有最小的死区时间，那么你的开关损耗接近于零。因此，您的效率最大化，您的电池寿命最长，这就是GaN的原因。功率GaN可以显著降低开关损耗，因此电池使用时间更长。
那GaN如何战胜Si呢？
Dilder Chowdhury：考虑一下从电池到驱动车轮的马达的能量转换，在这里你把电能转换成机械能，所以马达本身的效率很重要。如果你排除了电池，只需看看从电池到电机的路径，这都是电子产品。在这里我们可以获得真正的收益。目前，这种转移的效率在92%左右。如果你有一个100千瓦的电机，92%的效率意味着8千瓦的热量是通过热损失产生的。相当于4个电水壶的功率，所以，你必须冷却它，这需要额外的昂贵的冷却方式。但是假设你可以达到98%以上的效率。你的损失减少到四分之一，你只有2%的损失，也就是2千瓦的热量，很可能是简单的风冷就足够了。从硅到氮化镓的转变可以实现这一点。你不仅可以减少损失，还可以简化系统，而且整个系统的尺寸变得更小、更轻，以及其他很多间接好处。
为什么没有早点发生？
Dilder Chowdhury：GaN直到最近才商业化，但在过去的30年里，这项研究从未停止。在射频，例如4G和5G基站中，已经开始使用了GaN。但是在电力领域，由于成本的原因，GaN并不被接受。如果成本有所增加，他们可以容忍一点点的电力损失，这个损失是可以接受的。所以，它必须是商业上可行的，同时也要符合目的，我们正在努力。GaN-on-Si是一个更好的可行的低成本路线。
GaN现在都在哪里？
Dilder Chowdhury：这是一项突破性的技术，已经超过了早期采用者，所以现在我们处于上升期，预计最初的数量将来自高性能的应用。在生产方面，虽然制造GaN的内部工艺不同，但我们使用的生产系统与我们对硅的知识已经几乎相同。当然，GaN晶圆和硅晶圆是不同的，这意味着它们在客户方面的使用也会有所不同。我们希望调整大部分流程并使之有效，这是令人难以置信的回报，因为这需要整个团队的每一点知识和理解，而且一定是可以实现的。
Nexperia的GaN产品的表现如何？
Dilder Chowdhury：我们在GaN领域工作了一段时间。我们每年有1.7万个产品组合，销售量约900亿个产品，但到目前为止，其中只有一个是GaN。这是一项颠覆性的技术，我们正在利用研究和证据来打破人们对它的担忧。Nexperia的主要关注是车辆电气化，减少二氧化碳排放，减少损失，所有这些都是为了一个更绿色的未来。在电动汽车里，你需要一个车载充电器，一个DC/DC转换器，因为你电池有12V/48V/400V等各种规格，所以每一个部分都必须有一个转换器，此外包括USB、逆变器，等等子系统都需要能够相互工作。这些都需要高效的转换，所以我们的计划是将这些电源转换器件都更换成GaN。
下一步是什么？
Dilder Chowdhury：当GaN出现时，你可以在更高的频率下运行，这意味着你的磁性更小，同时损耗也更小，你的适配器更小，产品更轻，效率更高。电源转换器，从电池到车轮，可能需要几年时间，因为我们现在正在研究一个评估版本，在这一领域，我们的理论已经过时了，作为先驱者，我们要探索一个新的领域。
如今，有很多公司将目光投向其他领域，比如碳化硅，它比GaN更成熟。但我们正在努力加速超越碳化硅。这三种技术未来将共存，因为半导体历史证明人们仍然使用旧技术。但是，作为新视野，它可以完成各种无法实现的技术。
史海拾趣
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