隨著人工智能、電動(dòng)汽車和工業(yè)自動(dòng)化對(duì)性能需求的持續(xù)攀升，傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體在開關(guān)速度、能效和功率密度方面正逼近物理極限。系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨前所未有的挑戰(zhàn)：更高頻率的操作、更小的散熱空間、更嚴(yán)苛的能效標(biāo)準(zhǔn)。在此背景下，寬禁帶半導(dǎo)體材料——氮化鎵（GaN） 憑借其卓越的電學(xué)特性，成為突破瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。

相比硅和碳化硅（SiC），GaN具備更高的電子遷移率、更低的導(dǎo)通與開關(guān)損耗，以及更強(qiáng)的高頻工作能力。這使其能夠在更小的封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，顯著縮小電源系統(tǒng)的體積與重量，同時(shí)提升整體效率。從數(shù)據(jù)中心到電動(dòng)汽車，從工業(yè)機(jī)器人到可再生能源系統(tǒng)，GaN正在重塑高功率電子的設(shè)計(jì)范式。

瑞薩布局：收購(gòu)Transphorm，強(qiáng)化GaN生態(tài)

2024年，瑞薩電子完成對(duì)GaN先驅(qū)企業(yè)Transphorm的收購(gòu)，標(biāo)志著其在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的戰(zhàn)略升級(jí)。此次交易不僅帶來了超過1000項(xiàng)專利，還整合了Transphorm成熟的SuperGaN?技術(shù)平臺(tái)——一種基于常閉型d-mode GaN FET的解決方案。該平臺(tái)將高壓耗盡型GaN HEMT與低壓硅基MOSFET驅(qū)動(dòng)器集成，兼具GaN的高性能與硅的易用性，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)并提升了可靠性。

通過此次收購(gòu)，瑞薩獲得了位于日本、中國(guó)臺(tái)灣的研發(fā)與制造能力，并計(jì)劃自2027年起與美國(guó)Polar Semiconductor合作生產(chǎn)200mm GaN-on-Silicon器件，進(jìn)一步拓展本土化供應(yīng)鏈。

數(shù)據(jù)中心：GaN推動(dòng)AI算力革命

在AI和高性能計(jì)算（HPC）驅(qū)動(dòng)下，單個(gè)服務(wù)器機(jī)柜功耗已飆升至600kW，AC-DC電源系統(tǒng)功率接近1MW。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心亟需更高效率的電源架構(gòu)。GaN支持的無橋圖騰柱PFC和高密度DC-DC轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)99%的轉(zhuǎn)換效率，并顯著提升功率密度。今年7月，瑞薩發(fā)布三款650V第四代增強(qiáng)型GaN FET（Gen IV Plus），芯片面積較前代縮小14%，品質(zhì)因數(shù)提升20%，專為下一代AI服務(wù)器電源優(yōu)化。

汽車與工業(yè)：向主驅(qū)系統(tǒng)滲透

在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，GaN正逐步進(jìn)入車載充電器（OBC）和DC-DC轉(zhuǎn)換器。其橫向器件結(jié)構(gòu)支持雙向功率流，簡(jiǎn)化拓?fù)洌瑴p少元件數(shù)量，提升效率并減輕系統(tǒng)重量，有助于延長(zhǎng)續(xù)航里程。盡管SiC仍主導(dǎo)主驅(qū)逆變器市場(chǎng)，但GaN已在輔助系統(tǒng)中取得突破，多家OEM正評(píng)估其在主驅(qū)中的應(yīng)用潛力。

在工業(yè)機(jī)器人中，GaN賦能更緊湊、高效的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)械臂更輕便靈活，同時(shí)降低能耗與系統(tǒng)成本。

可靠性與未來藍(lán)圖

為滿足汽車和工業(yè)市場(chǎng)的嚴(yán)苛要求，瑞薩GaN產(chǎn)品已超越JEDEC JESD47認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，其第四代平臺(tái)預(yù)計(jì)于2027年中達(dá)到AEC-Q101車規(guī)認(rèn)證。公司提供業(yè)內(nèi)最廣泛的封裝選擇，包括頂部散熱（TOLT）和集成驅(qū)動(dòng)器-FET方案，以優(yōu)化熱性能與電氣表現(xiàn)。

展望未來，瑞薩正積極開發(fā)40–200V低壓GaN產(chǎn)品，將GaN優(yōu)勢(shì)延伸至電源次級(jí)側(cè)轉(zhuǎn)換，如AI HVDC降壓、電池管理等場(chǎng)景。結(jié)合其強(qiáng)大的MCU、SoC與模擬產(chǎn)品組合，瑞薩致力于構(gòu)建完整的“成功產(chǎn)品組合”，推動(dòng)GaN從分立器件邁向系統(tǒng)級(jí)解決方案。

GaN不僅是技術(shù)演進(jìn)，更是功率電子產(chǎn)業(yè)的范式轉(zhuǎn)變。瑞薩正通過技術(shù)創(chuàng)新與生態(tài)整合，加速這一進(jìn)程，助力構(gòu)建更高效、更智能的未來。