2021年10月，納微半導(dǎo)體成功在納斯達(dá)克上市。作為立足于中國本土的、全球領(lǐng)先的氮化鎵功率芯片公司，納微半導(dǎo)體目前已經(jīng)拿下超過200多項(xiàng)專利。近日，納微半導(dǎo)體再進(jìn)一步，推出了新一代采用GaNSense技術(shù)的智能GaNFast氮化鎵功率芯片，為氮化鎵技術(shù)的發(fā)展翻開了新篇章。

　　GaNSense技術(shù)集成了關(guān)鍵、實(shí)時(shí)、智能的傳感技術(shù)和保護(hù)電路，進(jìn)一步提高納微半導(dǎo)體在功率半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)先的可靠性和穩(wěn)健性，同時(shí)增加了納微氮化鎵功率芯片技術(shù)的節(jié)能和快充優(yōu)勢。

　　納微半導(dǎo)體所生產(chǎn)的氮化鎵芯片由臺積電2號工廠代工，主要為6寸晶圓，目前出貨量達(dá)到三千萬個，實(shí)現(xiàn)零故障，交付周期為12周左右。

　　·納微氮化鎵：助力實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)

　　相對于傳統(tǒng)硅而言，氮化鎵擁有更的小體積和重量，功率密度提升3倍，開關(guān)速度比硅快20倍，充電速度也更快。同時(shí)它在某些系統(tǒng)里可以做到40%節(jié)能，對實(shí)現(xiàn)國家的碳中和目標(biāo)有著極大助益。此外，氮化鎵相對于硅而言，電源系統(tǒng)成本更低。

　　不過相對于有著近50多年歷史的硅材料來說，氮化鎵剛剛才發(fā)展了20年，而近幾年，其發(fā)展才步入加速通道。在不斷提升產(chǎn)能，降低成本的前提下，氮化鎵如今已經(jīng)逐漸落地在消費(fèi)以及工業(yè)領(lǐng)域。

　　現(xiàn)階段，智能手機(jī)、筆記本電腦充電器是氮化鎵的主要應(yīng)用場景。尤其是隨著這些設(shè)備所使用的電池容量越來越大，氮化鎵一方面可以幫助減小充電器體積，另一方面則可以大幅縮短充電時(shí)間。

　　目前，納微半導(dǎo)體主要合作伙伴包括了小米、OPPO、聯(lián)想、戴爾等全球知名廠商。而除了充電器之外，平面電視，游戲機(jī)，平板電腦等消費(fèi)類產(chǎn)品都是納微半導(dǎo)體關(guān)注的領(lǐng)域。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心、太陽能逆變器、新能源汽車等領(lǐng)域，也能夠從氮化鎵功率芯片中獲益，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

　　納微半導(dǎo)體銷售運(yùn)營總監(jiān)李銘釗表示：“納微氮化鎵的節(jié)能特性，是實(shí)現(xiàn)碳排放、碳中和目標(biāo)的非常重要的手段。每出貨一個氮化鎵功率芯片，一年就可以減少4公斤二氧化碳排放。氮化鎵的特點(diǎn)是生產(chǎn)時(shí)不需要那么多外部零件，用更少的零件做到相同的東西，比如用硅方案做一個服務(wù)器電源，可能有一千個零件在里邊，而用氮化鎵去做的話，可能只用到600多個零件，減少400個零件。再比如PCBA，其在產(chǎn)生時(shí)會產(chǎn)生相當(dāng)多的廢物，而運(yùn)用納微氮化鎵功率芯片的話，這些多余的碳排放將得到有效縮減。”

　　·從GaNFast到GaNSense：讓領(lǐng)先技術(shù)變得更加完美

　　在功率氮化鎵領(lǐng)域，目前主要有兩大“流派”，一個是dMode常開型，另外一個是eMode常關(guān)型，納微半導(dǎo)體屬于后者。不過相比傳統(tǒng)常關(guān)型氮化鎵功率器件而言，納微半導(dǎo)體做了進(jìn)一步的驅(qū)動集成、保護(hù)集成和控制集成。那么為什么要這樣做呢？

　　傳統(tǒng)硅器件在參數(shù)方面不夠優(yōu)異，如開關(guān)速率較低、開關(guān)頻率易受限制。而因?yàn)殚_關(guān)比率較低，因此其儲能元件使用的電感電容尺寸都相對比較大，導(dǎo)致電源功率密度相對比較低，目前業(yè)界通常小于0.5W/cc。而分立式氮化鎵則因?yàn)槭芟抻隍?qū)動線路的復(fù)雜性，加上受限于外部器件布局以及布線參數(shù)等因素的影響，其開關(guān)頻率就無法發(fā)揮到氮化鎵本應(yīng)有的高度。

　　而納微半導(dǎo)體的功率氮化鎵器件集成了驅(qū)動、控制和保護(hù)在其中，就可以不依賴外部集成參數(shù)的影響，讓開關(guān)頻率得到充分釋放。目前，納微半導(dǎo)體電源適配器主流開關(guān)頻率可以達(dá)到300-400K，模塊電源合作伙伴甚至已經(jīng)設(shè)計(jì)到了MHz級，因此納微半導(dǎo)體設(shè)計(jì)出來的功率密度比傳統(tǒng)硅或分立式氮化鎵要高很多，很多案例產(chǎn)品都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1W/cc的功率密度，這是納微半導(dǎo)體氮化鎵功率器件領(lǐng)域的優(yōu)勢。

　　目前，納微半導(dǎo)體氮化鎵在市面上的主流系列是GaNFast，它將驅(qū)動控制和保護(hù)做在功率器件上面，同時(shí)采用QFN封裝技術(shù)，使其大體布局與傳統(tǒng)硅和分立式氮化鎵沒有太大區(qū)別，因此有著同樣出色的泛用性。

　　GaNSense，是納微半導(dǎo)體在GaNFast基礎(chǔ)上做的進(jìn)一步性能提升，它可以替代原有的GaNFast，其中包含了無損電流采樣，待機(jī)功耗節(jié)省以及更多保護(hù)功能的集成。

　　全新的GaNSense系列具備幾個突出優(yōu)勢，其中包括：

　　其一，無損可編程的電流采樣，這是納微半導(dǎo)體的專利技術(shù)。無損電流采樣主要是代替了原來采樣電阻的功能。原本功率回路里會有功率器件和功率采樣電阻這兩個產(chǎn)生損耗的元件，而變成無損采樣之后，可以將采樣電阻損耗節(jié)省下來，同時(shí)功率回路里面的通態(tài)損耗也會減半，這意味著能效會得到提升。此外還有兩個衍生而來的好處：一是PCB布局面積更小、更靈活、更簡單。這是因?yàn)樵瓉聿蓸与娮柰ǔ捎?毫米乘以4毫米封裝采樣電阻的形勢存在，但通過內(nèi)部集成，無損采樣的方案，可以縮減PCB尺寸。二是解決熱耦合問題。原來有兩個發(fā)熱元件在這個系統(tǒng)里面，現(xiàn)在直接拿掉一個，整體的熱系數(shù)表現(xiàn)會更好，耦合系數(shù)更低，而器件本身工作溫度更低，系統(tǒng)效率也會有所提升。

　　其二，智能待機(jī)技術(shù)，彌補(bǔ)了GaNFast諸多不足之處。待機(jī)問題對于充電器來說非常重要，目前最嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)是做到25毫瓦或30毫瓦以內(nèi)。納微半導(dǎo)體在GaNFast上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超低待機(jī)功耗，但是為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相對復(fù)雜一些。而更加完善的GaNSense技術(shù)，通過智能檢測PWM信號讓芯片進(jìn)入待機(jī)模式，整個待機(jī)電流從GaNFast的接近1毫安降低到接近100微安，這使得整體待機(jī)功耗大幅下降。同時(shí)，納微半導(dǎo)體也對待機(jī)喚醒做了優(yōu)化，當(dāng)?shù)谝淮纬霈F(xiàn)脈沖時(shí)，30納秒之內(nèi)就可進(jìn)入正常工作模式。

　　此外，GaNSense將人體ESD（靜電釋放）保護(hù)、過溫過流保護(hù)進(jìn)行了完美地集成，這些變化，使得GaNSense擁有更多全新特性。

　　而就應(yīng)用場景來說，納微半導(dǎo)體高級應(yīng)用總監(jiān)黃秀成介紹說：“GaNSense主要有三個應(yīng)用場景。第一，目前快充最火爆的QR Flyback的應(yīng)用場景，可以代替掉原邊的主管和采樣電阻；第二個應(yīng)用場景就是帶PFC功能，在這兩個拓?fù)湎挛覀兊男侍嵘?0V輸入條件下至少可以提升0.5%的能效；第三個應(yīng)用場景是非對稱半橋，隨著PD 3.1的代入，非對稱半橋這個拓?fù)湟欢〞鼗鹌饋恚@個拓?fù)淅锩嬗袃蓚€芯片，作為主控管可以用GaNSense，因?yàn)橐残枰蓸与娏?，上管作為同步管則可以用GaNFast系列代替?！?/p>

　　目前，納微半導(dǎo)體的GaNSense系列已經(jīng)全面上市，擁有6×8，5×6等不同規(guī)格的封裝，擁有最小120毫歐、最大450毫歐等不同選擇。此外，合作客戶也已經(jīng)開始使用GaNSense，如小米已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的120W氮化鎵充電頭，是目前業(yè)界最小的120W解決方案。

　　·20年風(fēng)雨兼程 構(gòu)筑起堅(jiān)實(shí)的技術(shù)壁壘

　　目前，納微半導(dǎo)體與全球諸多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、學(xué)院都有緊密合作，其中包括美國電力電子研究中心（CPES），佛羅里達(dá)州立大學(xué)，斯坦福大學(xué)等，開展各種高頻高密度電源開發(fā)項(xiàng)目。而在中國本土，納微半導(dǎo)體與浙江大學(xué)、福州大學(xué)、南航等院校進(jìn)行課題研究，以保證其在芯片層面、器件層面以及系統(tǒng)應(yīng)用層面的領(lǐng)先性。

　　此外，納微半導(dǎo)體還積極與磁芯廠商合作，研究如何降低電源成本；與電容電解廠商合作，滿足定制化需求；同時(shí)還與PCB、平板變壓器等不同領(lǐng)域的企業(yè)合作，將上游生態(tài)圈完善的同時(shí)，讓下游終端客戶和ODM廠商在短時(shí)間內(nèi)推出更多的產(chǎn)品。

　　從2000年初開始研究氮化鎵至今，納微半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。而在氮化鎵上做芯片這件事上，則是納微的原創(chuàng)之舉。20多年的努力，納微半導(dǎo)體已經(jīng)開發(fā)出超過130多項(xiàng)關(guān)于功率芯片的專利，從此前的GaNFast到剛剛發(fā)布的GaNSense，納微半導(dǎo)體在氮化鎵功率芯片領(lǐng)域構(gòu)筑起堅(jiān)實(shí)的技術(shù)壁壘，在注重實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的同時(shí)，不斷縮短設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期，為上下游合作伙伴帶來極大助益，也使自身逐步成為全球領(lǐng)先的氮化鎵功率器件企業(yè)。