瑞萨加速布局氮化镓技术版图

随着人工智能、电动汽车与工业自动化的迅猛发展，传统硅基半导体在功率密度、能效和开关频率方面正逼近物理极限。系统对更高性能的需求，催生了对宽禁带（WBG）半导体的迫切需求。在此背景下，氮化镓（GaN） 凭借其卓越的电子特性——包括更高的电子迁移率、更低的导通与开关损耗、更优的热性能以及支持更高频率运行的能力——正成为下一代功率电子的核心技术。

GaN重塑高功率系统设计

GaN技术的突破性优势在于，它能够显著提升电源系统的功率密度，同时减少对庞大散热器和冷却系统的依赖。这一特性使其在多个关键领域展现出巨大潜力：

数据中心与AI/HPC：现代AI服务器机柜功耗已攀升至600kW甚至1MW级别。GaN支持无桥图腾柱PFC、Vienna整流器等高效拓扑，实现高达99%的转换效率，并推动DC-DC级向MHz级高频化演进，大幅缩小磁性元件体积。

电动汽车：在车载充电器（OBC）和DC-DC转换器中，GaN可减轻系统重量、提升效率，从而延长续航里程。其横向器件结构还支持双向功率流，简化电路设计。

工业自动化：在伺服驱动与机器人系统中，GaN助力构建更紧凑、高效的电机驱动方案，提升响应速度与系统可靠性。

可再生能源：光伏微逆变器与不间断电源（UPS）同样受益于GaN带来的高效率与小型化优势。

瑞萨的GaN战略：收购+整合+创新

2024年，瑞萨电子完成对GaN先驱企业Transphorm的收购，标志着其全面进军GaN市场的决心。Transphorm源自加州大学圣巴巴拉分校的固态照明与能源电子中心（SSLEEC），拥有长达17年的技术积累和超过1000项专利。

其核心SuperGaN®平台采用常闭型d-mode GaN HEMT，将高压GaN器件与低压硅基MOSFET集成于同一封装，兼具GaN的高性能与硅驱动的易用性，解决了早期增强型GaN栅极驱动复杂、可靠性不足的问题。

此次收购不仅带来了成熟的产品线和知识产权，还包括日本、中国台湾的制造产能及加州的研发中心。今年4月，瑞萨宣布与美国Polar Semiconductor合作，自2027年起生产200mm GaN-on-Silicon器件，进一步强化本土供应链。

产品进展与系统级解决方案

2024年7月，瑞萨发布三款全新650V第四代增强型（Gen IV Plus）GaN FET，芯片面积较前代缩小14%，品质因数（FoM）提升20%，并计划于2027年中通过AEC-Q101车规认证。

瑞萨的独特优势在于“成功产品组合”策略——将GaN器件与自有的电源控制器、驱动IC、MCU及SoC深度融合，提供从快充到兆瓦级AI服务器的“交钥匙”解决方案。其GaN产品线覆盖广泛封装，包括先进的顶部散热（TOLT）和集成驱动-FET模块，优化寄生参数与热管理。

挑战与未来蓝图

尽管GaN前景广阔，但规模化仍面临挑战。当前行业正从150mm晶圆向200mm过渡，长期目标是300mm，以实现成本竞争力。瑞萨正通过工艺升级、封装创新与系统级设计支持，推动GaN从分立器件向模块化、标准化方案演进。

展望未来，瑞萨不仅聚焦高压GaN（>600V），还在积极开发40–200V低压GaN，拓展至AI服务器48V转12V/1V、PC电源、电动工具等领域，使GaN贯穿整个电源链。