发布三款新品，瑞萨豪赌氮化镓

自2024年年中完成收购氮化镓（GaN）电力半导体全球供应商Transphorm以来，日本芯片巨头瑞萨并不急于披露公司在这方面的规划。
 
不过在收购宣布完成的时候，原瑞萨电子高级副总裁兼电源总经理 Chris Allexandre 曾表示：“通过集成外公司技术的交钥匙设计，客户可以立即从新的GaN 产品中受益。将GaN 添加到我们的产品配置中也加强了我们致力于开发让人们的生活更轻松的产品和技术的承诺。提供强大的可持续的电源成本解决方案，节省能源、减少并最大限度地减少对环境的影响，这就是我们实现这一目标的途径。”
 
近日，Kenny Yim, Senior Director of GaN/Power at Renesas终于带来了该公司在GaN方面的最新产品和分享。
 
高功率GaN，大有可为
 
虽然和SiC一样都是被称为第三代半导体，但在过去很长一段时间，不少人认为GaN只能聚焦在中低功率应用，而大功率应用只能是前者独占的领地。但在Kenny Yim看来，这种看法并不全对，这也正是瑞萨GaN区别于其他供应商的地方。据介绍，基于公司在E-Mode GaN的布局，瑞萨能提供几十瓦功率的GaN产品。
 
除此以外，瑞萨还能提供覆盖6KW到12KW的高功率GaN。针对类似马达驱动、OBC充电等电动汽车应用，公司也能提供很大功率的GaN。归根到底，这主要得益于公司在D-Mode GaN上面的积累以及对该类型器件先驱Transphorm的收购。
 
“我们所说的高压是指1200V以下。”Kenny Yim强调。他进一步指出，SiC也聚焦这个电压范围，但和GaN加工成本较低不一样，SiC的晶圆制造，都是以要做钻石加工的方式去做，这就导致其成本较高。这也是瑞萨认为GaN在1200V以下范围比SiC更具优势的原因之一。
 
熟悉GaN的读者应该都知道，市面上围绕着GaN HEMT的发展，有着共源共栅（常关型）D-mode和增强型 E-mode两条路线之分。由这两种器件各有各的特性，这也让他们有了各自的支持者。国内我们是的大多数厂商，采用的则是E-Mode路线。但在瑞萨看来，D -Mode GaN FET 虽然为常开型，但通过共源共栅配置实现了常关状态，从而最大限度地发挥了 GaN 的固有优势，这种方法可实现让其发挥卓越的性能特性。
 

 
Kenny Yim解析说，因为D-Mode GaN不存在P-GaN，所以在这种模式下能打造出门栅电压跟普通MOS管一样的GaN器件。而且，这种模式不存在所谓的dynamic Rds（on）。这就使得器件无论是在工作的时候还是不工作的时候，内阻基本上都是一样的，进而使得其在大功率应用上优于E-Mode的设计。
 
“因为D-Mode GaN根本不存在体二极管，所以它根本不存在反向恢复，让我们能在全桥或者半桥应用上做到99%的效率。作为对比，SiC，SiC在无桥PFC上目前能做到的最高效率是98.5%到98.6%。所以我们认为，GaN完全可以在1200V的应用以下取代SiC。”Kenny Yim重申。
 
Kenny Yim总结说，在大功率应用上，D-Mode GaN拥有以下几点优势：
 
1.在同一个功率上（例如2000W），D-Mode器件使用的GaN数量是E-Mode的一半；
2.高温下的可靠性也高于E-Mode GaN；
3.能在普通的封装下使用，而且功耗优于E-Mode GaN； 

此外，GaN很多时候还会充当二极管用。以马达驱动应用为例，其中的GaN有一半时间会变成一个蓄能二极管。这种情况下，E-Mode器件就有很大的反向导通的电压降，功耗会比较大，但D-MODE就不存在这个问题。
 
虽然D-Mode GaN优势明显，但正如所见，除了瑞萨等为数不多的厂商外，市场上大多GaN厂商切入的都是E-Mode GaN赛道。在Kenny Yim看来，之所以会出现这种情况，是因为D-MODE的最关键的技术——“用MOS管来控制D-MODE GaN”是瑞萨的专利。他自信满满地说，在未来20年，估计还是只有瑞萨可以提供这个专利。
 
Kenny Yim进一步指出，在D-MODE GaN方面，瑞萨是从外延片开始就都是自己做。当然，公司还帮客户提供一些解决方案。让瑞萨在GaN行业的自主研发和自主生产能力获得了可靠的保障。
 
基于这些领先积累，瑞萨在近日推出了领先GaN器件。
 
瑞萨的四代半GaN新品
 
据Kenny Yim介绍，经过过去十几年的迭代更新，瑞萨此次带来了公司四代半（Gen IV Plus）的GaN新品——基于SuperGaN平台的三款全新高压 650V GaN FET TP65H030G4PRS、TP65H030G4PWS 和 TP65H030G4PQS。
 
由于SuperGaN FET采用硅FET作为输入级，因此可以轻松使用标准的现成栅极驱动器驱动，而无需像e-Mode GaN那样通常需要专用驱动器。这种兼容性简化了设计，并降低了系统开发人员采用GaN的门槛。同时，该系列GaN还通过降低栅极电荷、输出电容、交叉损耗和动态电阻影响，最大限度地降低了功耗，并具有更高的 4V 阈值电压，这也是当今增强型 (e-mode) GaN 器件无法实现的。
 
从性能上看，和第四代产品，该系列产品不但提高了开关性能，还实现了30 mΩ的导通电阻(R_DS(on))，同比降低14%。与此同时，该器件的导通电阻输出电容乘积品质因数(FOM)提升了20%。更小的芯片尺寸降低了系统成本并降低了输出电容，从而提高了效率和功率密度。这些优势使该类器件非常适合注重成本、散热要求高的应用；此外，新器件与现有设计完全兼容，可轻松升级，同时保留现有的工程投资。
 
在问到为何首先推出30mΩ的器件时，Kenny Yim回应道：“因为在大功率的情况底下，当前最大的市场是聚焦在2千瓦到7.5千瓦的诸如服务器电源、储能、双相储能以及UPS等应用。此前，这些应用都是用35mΩ产品覆盖的，现在新推出的30mΩ产品，就是用来代替上一代的35mΩ同类产品”，“我们很快会推出22mΩ的产品，锁定专供6.6千瓦到7.5千瓦的AI服务器市场。”Kenny Yim接着说。
 
回到这三款新品，据介绍，它们采用了紧凑型 TOLT、TO-247 和 TOLL 封装，提供最广泛的封装选择之一，可满足 1kW 至 10kW 功率系统（甚至更高功率并联）的热性能和布局优化需求。其全新表贴封装还包含底部 (TOLL) 和顶部 (TOLT) 导热路径，可降低外壳温度，从而在需要更高传导电流时更轻松地实现器件并联。此外，常用的 TO-247 封装可为客户提供更高的散热能力，以实现更高的功率。
 
基于这些领先特性，瑞萨希望这三款器件能为全新 800V 高压直流 (HVDC) 架构、电动汽车充电、UPS 电池备用设备、电池储能和太阳能逆变器等应用提供支持。这些新升级的器件也是专为数千瓦级应用而设计——将高效 GaN 技术与硅兼容栅极驱动输入相结合，显著降低开关功率损耗，同时保留了硅 FET 的操作简便性。
 
瑞萨电子GaN业务负责人Primit Parikh表示：“第四代Plus GaN器件的推出标志着瑞萨电子自去年收购Transphorm以来的首个重要新产品里程碑。未来的版本将结合久经验证的SuperGaN技术与我们的驱动器和控制器，提供完整的电源解决方案。无论是用作独立FET，还是与瑞萨电子的控制器或驱动器集成到完整的系统解决方案设计中，这些器件都将为设计出功率密度更高、占用空间更小、效率更高且总系统成本更低的产品提供清晰的途径。”
 
Kenny Yim补充说，除了GaN器件以外，瑞萨还能提供包括MCU、BMS，高压开关、门极驱动、PWM和DC-DC在内的一系列器件，让公司可以打造全套的GaN解决方案，降低客户的入门门槛，为客户提供全方位的服务。正因为拥有如此雄厚的实力，瑞萨迄今已为高功率和低功耗应用交付了超过2000万个GaN器件，实际使用时间超过3000亿小时。
 
展望未来，瑞萨也寄望在合适的时机推出1200V的器件，丰富产品线，为公司在GaN市场再添筹码。