近年隨著節能與次世代通訊的需求漸增，推動化合物半導體持續成長，除了碳化矽（SiC）功率半導體受惠於電動車逆變器電路需求將逐年成長外，氮化鎵（GaN）化合物半導體憑藉高開關頻率的特性，在高耐壓元件市場上也極具潛力。
英飛凌日前宣布推出兩款全新 CoolGaN產品技術：CoolGaN 雙向開關 (BDS) 及 CoolGaN Smart Sense。CoolGaN BDS 可執行優異的軟/硬切換功能，並在 40 V、650 V 和 850 V 電壓下進行雙向切換，目標應用包括行動裝置 USB 連接埠、電池管理系統、變頻器及整流器。而CoolGaN Smart Sense 產品則提供無損耗電流感測功能，可簡化設計並進一步降低功率損耗，並將電晶體開關功能整合至單一封裝中，適合用於消費性 USB-C 充電器與適配器。
CoolGaN BDS 高電壓系列提供 650 V 和 850 V 兩種產品，並配備真實常關型單晶片雙向開關，支援四種操作模式。這些產品採用閘極注入電晶體 (GIT) 技術，具有兩個搭配基板端子的獨立閘極，以及獨立的隔離控制。其利用相同的漂移區來阻斷兩個方向的電壓，即使重複短路也能展現出色效能。藉由以一個 BDS 取代四個傳統電晶體，將有助於提升應用的效率、密度及可靠度。此外，也能大幅節省成本。這些裝置取代背對背開關用於單相 H4 PFC 和 HERIC 變頻器，以及三相 Vienna 整流器時可最佳化效能。此外也可用於 AC/DC 或 DC/AC 拓撲中的單階 AC 電源轉換。
CoolGaN BDS 40 V 為常關型單晶片雙向開關，採用英飛凌內部的肖特基閘極 GaN 技術。其能夠阻斷兩個方向的電壓，並已透過單閘極與共源極設計進行最佳化，可取代電池供電消費性產品中作為隔離開關的背對背 MOSFET。首款 40 V CoolGaN BDS 產品的 RDS(on) 為 6 mΩ，後續也將推出一系列產品。與背對背 Si FET 相比，使用 40 V GaN BDS 的優點包括節省 50% 至 75% 的 PCB 面積，以及減少 50% 以上的功率損耗，而且成本更加低廉。
CoolGaN Smart Sense 產品具有 2 kV 靜電放電耐受能力，可連接至控制器電流感測，實現峰值電流控制與過電流保護。電流感測反應時間約為 200 ns (等於或小於常見控制器的遮沒時間)，可實現極致相容性。
採用這些裝置有助於提高效率並節省成本。與傳統 150mΩ GaN 電晶體相比，CoolGaN Smart Sense 產品的 RDS(on) 較高 (例如 350 mΩ)，可提供相似的效率和熱效能，但成本更低。此外，這些裝置的尺寸與英飛凌純電晶體 CoolGaN 封裝相容，無須重新配置或修正 PCB，使得採用英飛凌 GaN 裝置更加簡單。
目前已提供 6 mΩ 的 CoolGaN BDS 40 V 工程樣品，並將於 2024 年第三季開始提供 4 mΩ 與 9 mΩ 的選項。CoolGaN BDS 650 V 樣品將於 2024 年第四季開始提供，850 V 樣品則將於 2025 年初提供。CoolGaN Smart Sense 樣品將於 2024 年 8 月開始提供。
英飛凌新一代 CoolGaN 電晶體系列採用8 吋晶圓製程
英飛凌日前也宣布推出兩款新一代高電壓 (HV) 與中電壓 (MV) CoolGaN產品，讓企業可以在更廣泛的應用領域中，採用 40 V 至 700 V 電壓等級的氮化鎵裝置，推動數位化與低碳化進程。這兩項產品系列均由英飛凌位於馬來西亞居林 (Kulim) 以及奧地利菲拉赫 (Villach) 據點生產，採用英飛凌內部高效能的8 吋晶圓製程製造。藉此，英飛凌擴大了 CoolGaN 的優勢與產能，在 GaN 裝置市場中確保了強大的供應能力。而根據 Yole Group 預測，GaN 市場在未來五年內，將以 46% 的年複合成長率 (CAGR) 成長。
全新 650 V G5 系列產品的適用範圍涵蓋消費性、資料中心、工業及太陽能應用，是英飛凌新一代 GIT 型高電壓產品。採用 8 吋製程的第二項新系列為中電壓 G3 裝置，包括電壓等級 60 V、80 V、100 V 和 120V 的 CoolGaN 電晶體，以及 40 V 雙向開關 (BDS) 裝置。中電壓 G3 產品的目標應用包含馬達驅動、電信、資料中心、太陽能與消費性應用。CoolGaN 650 V G5 預計將於 2024 年第四季上市，中電壓 CoolGaN G3 則將於 2024 年第三季開始供應。目前已開始提供樣品，詳細資訊請瀏覽此處。
- 英飛凌推出 CoolGaN™ 雙向開關及 CoolGaN Smart Sense（照片來源：英飛凌提供）
