應用於下一代能量轉換的氮化鎵基高密度功率模塊 (ART/265CP)

應用於下一代能量轉換的氮化鎵基高密度功率模塊 (ART/265CP)

應用於下一代能量轉換的氮化鎵基高密度功率模塊 (ART/265CP)
ART/265CP
平台
10 / 09 / 2018 - 09 / 09 / 2020:
15,344

高子陽博士

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相對於硅基半導體器件,以氮化鎵及碳化硅為代表的第三代半導體器件具有較大的禁帶寬度,可以突破現有硅基器件的極限,工作在更高電壓、頻率及溫度等嚴酷環境,因而被業界認為是下一代開關器件的替代方案。其中,碳化硅器件主要應用在高壓場景,而氮化鎵器件則應用在高頻場景,通過提高工作頻率而大幅度減小被動器件、系統的體積及重量。根據美國市場調研機構TMR(Transparency Market Research)在2016年8月29日最新公佈的數據顯示,氮化鎵器件在2015年的全球市場份額為8.71億美金,并將以17%的年復合增長率迅速遞增至2024年的34億美金。
排除器件製備方面的因素,在實際應用中采用氮化鎵器件取代硅基器件是非常具有挑战性的。隨著工作頻率的提升,電寄生參數帶來的設計困难越來越大。全新的柵極驅動、高頻拓撲、控制算法、磁性器件集成及新型封裝結構及工藝等問題必須得以解決以充分發揮氮化鎵器件的內在優勢。通過在器件、封裝及模組三個層面一系列的通用平台技術研發,本項目旨在開發一種全新架構的超高密度、超高效率的功率轉換器,以此來解決基於氮化鎵器件的下一代功率轉換器所面臨的電、熱、機械及封裝等方面的挑戰。該方案具有如下關鍵技術及優勢:1)通過三維垂直堆疊的“VDG”封裝技術及“All-GaN”的器件級柵極驅動集成技術來實現氮化鎵基功率器件在高頻工作條件下的穩定開關;2)通過採用全新的矩陣式變壓器及共振式拓撲結構(簡稱“MTR”技術)來提升系統功率密度及電能轉換效率;3)通過混合式控制算法及自適應性同步整流驅動(簡稱“HCA”技術)來實現超快響應、高準確度及高效的環路控制;4)基於系統級封裝技術,通過採用三明治式全塑封封裝結構提供雙側散熱界面,以突破傳統功率轉換器的散熱極限。
本項目將要解決的均為實現下一代氮化鎵基功率器件應用挑戰的關鍵技術,結合在之前種子項目中已實現的技術攻關,我們的最終目標不僅是提供一個技術平台,更重要是提供一個可應用在高密度能量轉換領域的實質解決方案以滿足大中華地區日益增長的企業需求。