隨著人工智能、電動(dòng)汽車與工業(yè)自動(dòng)化的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體在功率密度、能效和開(kāi)關(guān)頻率方面正逼近物理極限。系統(tǒng)對(duì)更高性能的需求，催生了對(duì)寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體的迫切需求。在此背景下，氮化鎵（GaN） 憑借其卓越的電子特性——包括更高的電子遷移率、更低的導(dǎo)通與開(kāi)關(guān)損耗、更優(yōu)的熱性能以及支持更高頻率運(yùn)行的能力——正成為下一代功率電子的核心技術(shù)。

GaN重塑高功率系統(tǒng)設(shè)計(jì)

GaN技術(shù)的突破性優(yōu)勢(shì)在于，它能夠顯著提升電源系統(tǒng)的功率密度，同時(shí)減少對(duì)龐大散熱器和冷卻系統(tǒng)的依賴。這一特性使其在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力：

數(shù)據(jù)中心與AI/HPC：現(xiàn)代AI服務(wù)器機(jī)柜功耗已攀升至600kW甚至1MW級(jí)別。GaN支持無(wú)橋圖騰柱PFC、Vienna整流器等高效拓?fù)洌瑢?shí)現(xiàn)高達(dá)99%的轉(zhuǎn)換效率，并推動(dòng)DC-DC級(jí)向MHz級(jí)高頻化演進(jìn)，大幅縮小磁性元件體積。

電動(dòng)汽車：在車載充電器（OBC）和DC-DC轉(zhuǎn)換器中，GaN可減輕系統(tǒng)重量、提升效率，從而延長(zhǎng)續(xù)航里程。其橫向器件結(jié)構(gòu)還支持雙向功率流，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。

工業(yè)自動(dòng)化：在伺服驅(qū)動(dòng)與機(jī)器人系統(tǒng)中，GaN助力構(gòu)建更緊湊、高效的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，提升響應(yīng)速度與系統(tǒng)可靠性。

可再生能源：光伏微逆變器與不間斷電源（UPS）同樣受益于GaN帶來(lái)的高效率與小型化優(yōu)勢(shì)。

瑞薩的GaN戰(zhàn)略：收購(gòu)+整合+創(chuàng)新

2024年，瑞薩電子完成對(duì)GaN先驅(qū)企業(yè)Transphorm的收購(gòu)，標(biāo)志著其全面進(jìn)軍GaN市場(chǎng)的決心。Transphorm源自加州大學(xué)圣巴巴拉分校的固態(tài)照明與能源電子中心（SSLEEC），擁有長(zhǎng)達(dá)17年的技術(shù)積累和超過(guò)1000項(xiàng)專利。

其核心SuperGaN?平臺(tái)采用常閉型d-mode GaN HEMT，將高壓GaN器件與低壓硅基MOSFET集成于同一封裝，兼具GaN的高性能與硅驅(qū)動(dòng)的易用性，解決了早期增強(qiáng)型GaN柵極驅(qū)動(dòng)復(fù)雜、可靠性不足的問(wèn)題。

此次收購(gòu)不僅帶來(lái)了成熟的產(chǎn)品線和知識(shí)產(chǎn)權(quán)，還包括日本、中國(guó)臺(tái)灣的制造產(chǎn)能及加州的研發(fā)中心。今年4月，瑞薩宣布與美國(guó)Polar Semiconductor合作，自2027年起生產(chǎn)200mm GaN-on-Silicon器件，進(jìn)一步強(qiáng)化本土供應(yīng)鏈。

產(chǎn)品進(jìn)展與系統(tǒng)級(jí)解決方案

2024年7月，瑞薩發(fā)布三款全新650V第四代增強(qiáng)型（Gen IV Plus）GaN FET，芯片面積較前代縮小14%，品質(zhì)因數(shù)（FoM）提升20%，并計(jì)劃于2027年中通過(guò)AEC-Q101車規(guī)認(rèn)證。

瑞薩的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于“成功產(chǎn)品組合”策略——將GaN器件與自有的電源控制器、驅(qū)動(dòng)IC、MCU及SoC深度融合，提供從快充到兆瓦級(jí)AI服務(wù)器的“交鑰匙”解決方案。其GaN產(chǎn)品線覆蓋廣泛封裝，包括先進(jìn)的頂部散熱（TOLT）和集成驅(qū)動(dòng)-FET模塊，優(yōu)化寄生參數(shù)與熱管理。

挑戰(zhàn)與未來(lái)藍(lán)圖

盡管GaN前景廣闊，但規(guī)模化仍面臨挑戰(zhàn)。當(dāng)前行業(yè)正從150mm晶圓向200mm過(guò)渡，長(zhǎng)期目標(biāo)是300mm，以實(shí)現(xiàn)成本競(jìng)爭(zhēng)力。瑞薩正通過(guò)工藝升級(jí)、封裝創(chuàng)新與系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)支持，推動(dòng)GaN從分立器件向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化方案演進(jìn)。

展望未來(lái)，瑞薩不僅聚焦高壓GaN（>600V），還在積極開(kāi)發(fā)40–200V低壓GaN，拓展至AI服務(wù)器48V轉(zhuǎn)12V/1V、PC電源、電動(dòng)工具等領(lǐng)域，使GaN貫穿整個(gè)電源鏈。