干货分享 | 高功率氮化镓场效应晶体管：高性能、高效率、高可靠性（下）
?2021-11-01 17:04:41??52
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本篇将为您介绍氮化镓产品的性能优势、产品及封装等内容。
提高效率既是行业的关键性挑战，也是创新驱动力。社会需求的压力和相关法规都在要求提高电源转换和控制的效率。对于一些应用来说，电源转换效率和功率密度是赢得市场的关键。主要例子包括汽车电气化趋势、高压的通信和工业基础设施等领域。氮化镓场效应晶体管能够以较低的系统成本，实现更小、更快、散热性能更优、更轻便的系统。
助力物联网基础设施
云端保持互连、处理和存储能量都需要消耗大量电力。因此，需要非常高效的高端电力供应，降低工业自动化、数据中心电信基础设施的功率损耗。这也是硅基氮化镓场效应晶体管关键优势所在，能够提高功率密度和电源转换效率。
动力系统电气化
现代汽车排放的任何 CO2?都至关重要，因此车辆电气化是大势所趋。从混合动力到纯电动汽车，动力系统电气化预计将主导未来 20 年功率半导体市场的增长。在这一领域，硅基氮化镓场效应晶体管的高功率密度和高效率的优势将发挥主导作用，尤其对于车载充电器（EV 充电）、DC/DC 转换器和电机驱动牵引逆变器（xEV 牵引逆变器）而言。
与Ricardo合作开发设计基于GaN的EV牵引逆变器
GaN FET 技术带来了效率更高、成本更低的系统。更好的热性能和更简单的开关拓扑为电动汽车带来更长的续航能力。现在，GaN 即将取代硅基 IGBT 和 SiC，成为插电式混合动力汽车或全电池电动汽车中牵引逆变器的首选技术。
因此我们与著名的汽车工程咨询公司 Ricardo 建立合作伙伴关系，研究验证基于我们的 GaN 技术的电动汽车牵引逆变器。
解决方案
高功率 GaN FET 在各种方案中展现出色性能：
? AC/DC 图腾柱无桥 PFC 硬开关应用
??LLC 和移相全桥软开关应用（谐振或固定频率）
? 所有 DC/AC 逆变器拓扑
? 使用双向开关的 AC/AC 矩阵转换器
氮化镓场效应晶体管半桥电路
功率氮化镓场效应晶体管具备极低的 Qrr?和非常快速的开关转换，可减少开关损耗，实现最高效率。包含半桥电路的方案，无论是 AC/DC、DC/DC 还是多相 DC/AC 逆变器，都能受益于氮化镓场效应晶体管的应用。
氮化镓场效应晶体管图腾柱无桥PFC
在硬开关应用中，功率氮化镓场效应晶体管明显优于所有其他功率器件，当使用图腾柱拓扑时，不但提高了性能，而且减少了 50% 器件数量。较少的器件数量可以降低系统成本，提高功率密度，同时提升整个系统的可靠性。提高了整个系统的效率，也有助于减少昂贵的散热冷却系统和在密闭环境中的相关操作成本。
产品
Nexperia目前的氮化镓场效应晶体管产品和新产品的发展规划主要是针对汽车和物联网基础设施应用，提供合适的高可靠性产品。我们的氮化镓工艺技术基于成熟可靠的量产工艺，是目前行业领先的功率氮化镓场效应晶体管技术。
特性和优势：
? 栅极驱动简单，低 RDS(on)，快速开关
? 出色的体二极管（低Vf），低反向恢复电荷Qrr
? 高耐久性
? 低动态RDS(on)
? 开关性能稳定
? 栅极驱动抗干扰性强（Vth?~4V）
CCPAK
作为铜夹片封装技术的发明者，Nexperia（安世半导体）将接近 20 年的高质量、高鲁棒性SMD封装生产经验融入 GaN FET系列产品。CCPAK 采用久经考验的封装技术，以真正创新的封装提供了业界领先的性能。无焊线设计优化了热性能和电气性能；级联结构，可以使用现有的 MOSFET 驱动器，易于控制。
封装特性和优势
创新的铜夹片技术
??寄生电感比行业标准封装低 3 倍，实现了更低的开关损耗和更好的 EMI 性能
??可靠性高于焊线方案
可制造性和鲁棒性
??灵活的引脚，高低温循环变化时可靠性高
??灵活的鸥翼引脚，实现稳健的板级可靠性
??兼容 SMD 焊接和 AOI
目标应用
工业
??机架安装的钛金级高效率通信电源
??5G 和数据中心的电源
??工业车辆充电桩
??太阳能（PV）逆变器
??交流伺服电机驱动器/变频器
散热性能
??低 Rth(j-mb)典型值（<0.5 K/W）带来出色散热效果
??最高Tj为175℃
两种散热选项
??底部散热（CCPAK1212）
??顶部散热（CCPAK1212i）
质量标准计划
??AEC-Q101
??MSL1
??无卤
电动汽车
??车载充电器
??DC/DC 转换器
??牵引逆变器
为了增加设计灵活性并进一步提高散热能力，CCPAK 同时提供顶部散热和传统的底部散热设计。氮化镓 SMD 封装产品的首推两款是 CCPAK1212 和 CCPAK1212i，采用 12 x 12 mm 紧凑的管脚尺寸和仅 2.5 mm 的封装高度。
