纳微半导体：掀起第三代半导体的“芯”旋风-全球聚焦

2023年3月16日，2023（春季）亚洲充电展在深圳成功举办，展会同期还举办了2023（春季）全球第三代半导体产业峰会，并邀请了15位行业大咖现场与大家探讨第三代半导体，对氮化镓、碳化硅的应用技术以及产业的未来发展进行探讨和分享。

(资料图片仅供参考)

詹仁雄先生毕业于浙江大学电气工程学院电力电子专业硕士研究生，毕业后在多家欧美知名半导体公司就职。在加入纳微半导体前，先后在仙童/安森美、戴乐格工作。在纳微半导体担任高级技术市场经理一职，主要负责产品定义和市场营销。

Reyn Zhan詹仁雄先生现任纳微半导体高级技术市场经理 ，他的演讲主题为《纳微半导体：掀起第三代半导体的“芯”旋风》。

詹仁雄先生此次演讲主要分为回顾纳微2022、纳微氮化镓功率IC、纳微氮化镓GaNSense Control系列合封方案、纳微企业使命四个部分。

2022年纳微半导体顺利完成了对碳化硅公司GeneSiC以及数字集成电路公司VDDTeCH的收购，此外去年下半年还完成了对Elevation合封氮化镓芯片公司的收购。通过对上述三家公司的收购，可以为纳微在充电器领域、氮化镓领域，如何做好器件保护和集成，降低产品成本、体积，提高系统可靠性等注入新鲜“血液”。

其中一个非常明显的更新是纳微同时拥有了碳化硅和氮化镓，是一家全面专注第三代功率半导体事业的公司。

纳微公司营收情况及多元化市场进展，2021年纳微业务基本都在手机领域里面，而2022年的业务呈现多元化，虽然手机领域业务依然强劲，但是在新应用方面也取得非常大的成功。

其中工业和家电领域占了30%，光储领域占了12%，EV领域5%，其它13%。这意味着纳微的产品在更多领域做了很多多元化拓展，可以在这些领域适配不同的特定要求以及整个市场的变化。随着时间的推移，得到市场验证的纳微氮化镓产品会对整个产业的发展起到积极推进作用。

从区域来看，纳微在亚洲（主要是国内）的营收占比比较大，而在欧美地区纳微业务得到了长久增长。这意味着纳微的整个业务都是在增长的，旗下产品器件得到全球客户的认可。在工业、家电、光储、EV等领域，纳微的业务都是与这些领域的头部客户接触产生的，积极推动氮化镓的发展。

第三代半导体市场是非常庞大的。根据应用功率和电压等级的不同，第三代半导体的市场可以大概分为三个区域，对于80-650V的蓝色区域来说，是GaN的天下，纳微在这个功率段推出了GaNFast系列氮化镓功率芯片，用于手机和笔记本的适配器市场。纳微的GaNFast功率芯片将驱动器，控制电路和保护电路全部集成在器件内部，相比传统独立器件，大幅简化应用，并提升性能和可靠性。

650-1200V的浅蓝色区域，是氮化镓和碳化硅共存的市场，包括数据中心UPS，工业自动化，太阳能发电和新能源汽车OBC等应用。在不同的电压和功率等级中，将氮化镓和碳化硅共同使用，可以显著的提升系统性能和性价比，混合设计大幅拓展了单一器件的应用范围。

对于1200-6500V的高压部分，纳微GeneSiC是世界上仅有的两家能够做到6500V的厂商之一，在电动汽车、新能源、轨道交通、太阳能和电网都有广阔的应用场景，市场前景非常巨大。

以电动汽车为例，纳微推出了两款DEMO来验证器件性能，第一款是基于氮化镓的二合一6.6kW和3kW DC-DC二合一的车载充电器，充电功率为6.6kW，放电功率为6.6kVA，在全电压范围内充放电效率均超过95%，达到了行业内较高的水平。

另外一款二合一充电机为11kW功率，兼容400V和800V电池，采用硬开关全桥，PFC采用三相整流桥，平面尺寸与一张A4纸相当，体积仅3.8L，功率密度为3.7kW/L，同样达到了业界领先水平。

在大众比较熟悉的消费和快充领域，可以看到，包括戴尔、三星、联想、LG、小米、华硕、 OPPO和vivo，以及面向零售的品牌，如安克、绿联、Belkin、倍思等国内外一众大品牌，全球排名前十的移动 OEM 厂商，生产采用了纳微芯片或与纳微共同研发的电源产品，获得市场的长期考验。截至今年，纳微累计出货超7500万颗高压氮化镓功率器件。

目前氮化镓市场产品功率越做越大，功率密度也是越来越高，同时对成本的要求也非常高。氮化镓产品涵盖了从几十瓦到几百瓦的功率段，就快充领域来说，可以看到这个市场对氮化镓的认可是非常高的。

过去一年里，纳微半导体有哪些量产成熟的氮化镓功率IC可以给到大家？

关注过纳微半导体的应该都知道，纳微始终坚持走集成氮化镓技术的产品路线，推出的产品拥有高集成度、高可靠性、高效率、系统易设计等优点。

对于纳微E-mode氮化镓器件，一样可以适配应用到3.3-20V不同电压等级。另外不管是怎样的外围电路，集成还能使氮化镓里面的芯片，如驱动等不会受到任何一丝影响，整个驱动非常干净，同时门极会受到非常好的保护。

这些年纳微想了很多办法去帮助客户解决一些问题，比如怎么样能够让保护更加齐全，氮化镓芯片不会受到干扰以及得到更好的保护。为此纳微半导体一直在做的事情就是在纳微氮化镓功率IC里集成OTP、OCP等不同保护，同时支持无损电流检测，以达到损耗更低效率更高。

此外对于EMI纳微也提出了更好的要求，通过纳微应用团队、工程团队在不止系统方案上为客户带来好处。同时从器件内部机制考虑如何使di/dt/dV受到很好的控制，以保证在过EMI的时候得到很好解决。

纳微最新一代GaNSense氮化镓功率IC，支持无损可编程电流采样，智能过流保护，过温保护，智能随时待命以及更高的 2kV ESD。器件将电流检测集成，同时是无损的，无需再在外面加一个电阻，进而获得非常好的效率，此外散热也更好，体积也会更小。

纳微GaNSense氮化镓功率IC提供QFN6*8和QFN8*8两种封装。最新一代的NV613xC系列集成了OTP、OCP等不同保护，导通电阻Rds(ON)支持170mΩ-450mΩ，基本覆盖现在市面上有用到的30W-100W+产品。

NV613xC系列可以保证700V持续电压以及瞬态条件下的800V额定电压，同时纳微是唯一一家百分百对每一片900V氮化镓器件进行终测的公司。

纳微提供QFN8*8封装的NV6169去覆盖200W以上的产品应用，100-200W范围的应用同样也可以适用。

纳微整个产品路线如上图，纳微在去年和大家分享时，绿色字体部分产品NV613xC系列、NV6169还处于样品阶段，如今整个系列均已实现量产。同时相较上一代A系列，多了一些Rds(ON)上的选择，210mΩ可以更好的去适配不同功率跟可能电压、电流不同区别的时候，可能需要更小或更大的Rds(ON)去适配。

随着AHB的推出，苹果140W PD3.1快充市场需求对于AHB应该会起到非常大的推广作用。纳微NV624X系列半桥氮化镓功率芯片可以完美适配AHB电路，其把所有的保护、驱动电路以及上下管的氮化镓IC集成在里面，目前有275mΩ和160mΩ的，基本可以支持100W-200W之间采用PFC+AHB电路的应用。

基于纳微NV624X系列半桥氮化镓功率芯片设计的PFC+AHB 140W快充，成品体积可以做到98cc，整个PCBA是66cc。即采用纳微NV624X系列可以很好集成电路，能够使PCB、充电器体积做得更小。

与其它半桥氮化镓功率IC对比，纳微产品集成度更高，除上面提到的，还有LDOs、level shifter等，采用纳微的器件便无需再加电流检测电路等。此外还有自动待机模式，可以使在待机时候的功耗更低。ESD最大电压、VDS最大电压等级，VCC-range相比也有更好表现，此外延时也很低，可以去适配频率比较高的应用。

散热方面，可以看到，从有效散热面积来看，纳微产品的散热面积是比两家友商的大不少，尤其是从比例来看，基本上有30%以上面积的拓展。

上面是介绍了纳微去年推出的产品系列，下面詹仁雄先生为我们带来纳微今年新推出的GaNSense™ Control氮化镓合封方案介绍。

NV955x系列是纳微目前已经量产的产品，从170mΩ到450mΩ都有覆盖，可以适配30W-80W应用，如果带PFC电路则还能覆盖90W-100W。该系列产品目前已经在绿联、摩托罗拉等很多耳熟能详的客户产品里量产出货，是为数不多在inbox项目里面量产的产品。

其带来的好处是，除纳微氮化镓功率IC本身的优点外，还集成了高频QR控制器以及驱动，集成度更高。此外该系列有不同频率可以选择，最高可以支持到300kHz，在一些领域里面，比如最近比较热门的饼干快充项目，要做得超薄需要使用平面变压器，要适配更高频率，采用纳微该系列产品就很合适。此外其待机功耗非常低，实测可以到30mW以下。

如图是纳微最新一代的有无损电流检测的产品，Rds(ON)覆盖170mΩ、210mΩ、260mΩ、330mΩ、520mΩ、600mΩ，可以支持20W-100W级别应用设计。

产品延续纳微GaNSens系列的好处，例如在65W应用中可能要用到3-4颗106采样电阻，又占空间又热，损耗有可能会占到效率的0.5个百分点。而采用纳微的产品以后根本不需要用到电流采样电阻，整个效率会高0.5%，散热效果会更好，深受客户欢迎。

值得一提的是，若是客户不想采用合封方案，也不熟悉纳微控制器和氮化镓方案，纳微其实是有NV9510SC02/NV9510SC06/NV9510SC21/NV9510SC08单控制器可供选择，加上纳微的氮化镓IC NV613xC系列，第一次可通过此更好去了解纳微的产品。

纳微的控制器产品可以支持CCM/QR工作模式，可以支持客户的超薄快充在90V时是CCM状态，整个设计会更有弹性，可以做得更小更薄。

电流检测示意图如上图，整个CS电路包括在里面，实测下来整个效率会比上一代用95x系列提高0.5个百分点在65W的时候，在30W左右大约可以提升0.3个百分点。除效率提升外，电流检测电阻可以省掉，散热、PCB空间以及整个工艺上都会有很好提升。此外也可以设计采用平面变压器的充电器产品。

从封装来看，纳微每一代产品散热性能都有提升。上一代NV955x产品采用传统QFN5*6封装的，相比传统5x6 Discreet GaN方案，DAP尺寸增加了30%。最新的NV958x相比上一代散热封装进一步提升，相比传统的DAP尺寸增加了50%。

65W双USB-C口快充Demo三围50.9*28.5*24mm，功率密度约1.87W/cm³，230Vac输入时的满载峰值效率达94.7%。

45W双USB-C口快充Demo三围37.5*29.5*23.5mm，功率密度约1.73W/cm³，230Vac输入时的满载峰值效率达93.9%。

30W单USB-C口快充Demo三围27.2*24.1*24mm，功率密度约1.91W/cm³，230Vac输入时的满载峰值效率达92%。

基于纳微最新一代 GaNSense Control 合封方案设计的上面三个Demo，每个Demo的尺寸都做得非常小，效率表现也都非常好。

对于环保、碳中和以及新能源这一块，纳微一直都是高度关注。预计到2050年以后，整个能源其中的80%由电力而来，这对推动环保、碳中和是很有帮助的。同时会迎来高达400亿美元的GaN+SiC市场机遇，这其实对于处于该领域的企业来说还有很长一段路要去走。

去年2月，纳微发布了第一个氮化镓可持续发展报告，在纳微官网可查询到详细内容。另外纳微成为了全球首个获得碳中和荣誉的半导体企业，去年8月实现了100k吨减排里程碑，这是基于纳微每颗氮化镓芯片可以减少4kg二氧化碳排放效果，使用纳微产品将对减排做出贡献。

纳微希望自己是一个可持续发展的先驱企业，在2050年之前，纳微将不断设计推出更多更优产品，也会不断发布可持续发展报告给行业，为绿色未来做出贡献，积极承担企业社会责任。

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