DrMOS与DrGaN—浅谈中低压功率模组中材料体系与不同集成度的选择

半导体产业研究 2026-09-27 17:25
‍DrMOS与DrGaN—浅谈中低压功率模组中材料体系与不同集成度的选择图1

【内容目录】

一、定义与技术架构

二、性能优劣势与主要应用场景

三、技术挑战与商业化前景

四、未来发展趋势

AI芯片耗电增加,正在扩大成熟硅电源的需求与氮化镓的应用空间。DrMOS与DrGaN背后对应不同的产品成熟度、客户关系和价值分配。理解这场竞争,需要先分清产品边界,再看谁能把器件优势变成客户愿意采购的电源方案。

一. 定义与技术架构

1. 术语区分

以Navitas的GaN功率模组产品分类方法为例,随集成度不同,可分为:

DrMOS与DrGaN—浅谈中低压功率模组中材料体系与不同集成度的选择图2

读者可以把功率器件(GaN HEMT、SiC MOSFET、硅基MOSFET等)理解为控制大电流的开关(肌肉),驱动器负责传输它开合的信号(神经),控制器负责决定什么时候开关进行动作(大脑)。

DrGaN可理解为Driver(栅极驱动器)与GaN的组合,通常采用GaN HEMT器件作为控制大电流的两个功率开关。

DrMOS是Driver与硅基MOSFET的组合,通常把驱动器和上下两个硅MOSFET装入同一封装。

此处需要注意,功率模组的集成度越高,并不代表该产品的技术越先进。随集成度增加,客户在具体应用场景的设计灵活性会下降、设计更改成本会上升,器件制备的工艺难度也会增加,采用什么方案,需要看具体的客户应用需求,取综合最优。

2. 配置电路解析

图1中,外部控制器根据输出电压安排开关节奏,驱动器执行指令,两只功率开关轮流工作,电感、电容把输出变得平稳。

把图中的GaN开关换为硅基MOSFET,即可理解DrGaN和DrMOS的功能对应关系;但真正设计时,控制时序、驱动电压和保护机制都须重新适配。

驱动器和功率开关直接集成的价值在于,减小电路寄生参数、减少器件体积,并降低客户使用难度。

DrMOS与DrGaN—浅谈中低压功率模组中材料体系与不同集成度的选择图3

图1  DrGaN配置电路,引用:英飞凌IGI60L1111B1M技术白皮书Figure 1。

读图:左侧controller为外置的控制器;中间灰色部分为驱动器;右侧上下灰色方框部分为两只GaN HEMT开关,用于控制高功率回路。

二. 性能优劣势与主要应用场景

1. 性能优劣势

硅DrMOS擅长低压大电流供电;GaN覆盖更宽电压等级,适合高频、小型化设计。表1概括常见范围。

表1  DrMOS与GaN集成器件的参数数量级

DrMOS与DrGaN—浅谈中低压功率模组中材料体系与不同集成度的选择图4

注:GaN列含集成驱动或控制的单管、半桥及开关IC。耐压不等于母线电压,800V瞬态耐压另计。效率是电源方案在约半载下的粗略参考,非材料固有值;不同转换环节不能直接排名。范围不代表技术极限。

2. 数据中心供电链中的主要应用场景

以48V、12V、约1V逐级降压为例,48V转12V是中间级,12V转处理器核心电压是末级。DrMOS已广泛用于PC、服务器和显卡的末级供电;GaN则先争取中间级的效率与体积收益,再向核心附近延伸。

高压电源中的650V GaN、48V系统中的100V GaN,以及核心供电用的低压DrGaN,属于不同产品机会,只有后者才与传统DrMOS形成最直接的竞争。

三. 技术挑战与商业化前景

1. DrMOS和DrGaN的技术挑战

(1)DrMOS:大电流下的散热与响应

处理器功耗增加,要求功率级在有限面积内送出更大电流。导通电阻、封装散热和供电路径损耗共同限制实际能力;负载突然变化时,还要保持电压稳定。单颗额定电流提高,并不意味着客户可以按比例减少用量。

(2)DrGaN:高频收益与可靠性验证

GaN切换越快,连接和布线引发的尖峰、干扰越难处理。进入低压大电流场景后,还须压低导通损耗,并验证反复开关、高温等条件下的长期表现。集成驱动能缓解使用难度,却不能替代整板验证,也不能把器件耐压当作系统工作电压。

2. DrMOS和DrGaN的商业化前景

(1)DrMOS:成熟市场中的规格升级与国产导入

2026年5月产业链访谈认为,服务器客户通常倾向使用配套的控制器与功率级。英飞凌、MPS、瑞萨等厂商的优势,既包括器件,也包括平台调试和故障处理经验。英飞凌3月发布的新一代多相控制器进一步体现了这种系统配套竞争:单颗DrMOS参数达标,只是进入客户评估的起点。

规格升级能够提升收入含金量。3月杰华特相关访谈给出的项目报价,30A约0.5美元,60—70A约1.5美元,90A约2.5—3美元。它们并非行业均价,但说明高电流产品占比变化会显著影响平均售价,收入增长不能仅用颗数解释。

国产厂商的窗口来自本地协同和客户增加供应选择,但验证周期会延后收入兑现。上述访谈中,部分国内客户约需6—9个月,海外客户约需12—18个月,均为项目经验。进入供应商名单后,还需获得具体平台的采购和复购,才能形成稳定份额。

供给同样可能左右份额。5月访谈曾反映部分产品交期超过半年,紧缺时已认证产线的交付能力更重要。新代工厂有设备和产能,并不意味着能立刻生产合格产品;工艺迁移、封测和重新验证都会占用时间。涨价能否转化为利润,还取决于晶圆及封测成本。

(2)DrGaN:增长空间明确,核心供电仍需跨越门槛

Yole《Power GaN 2026》预测,全球功率GaN器件市场到2031年达到35亿美元,2025—2031年复合增速约35%;其中通信与基础设施约7.5亿美元。该口径覆盖多个电压等级和应用,并非DrGaN市场规模。数据中心带来增量,但集成功率级最终能分到多少,仍取决于架构选择与渗透率。

商业进度已有分层。EPC2152等集成GaN半桥已提供产品与评估平台;英诺赛科2026年5月披露的15V DrGaN则标注为开发中。前者证明集成方案可供工程应用,后者表明GPU核心供电仍在推进。生态合作、样机展示和大客户连续采购,代表不同阶段。

8月GaN访谈提示,器件企业与电源模组企业获取价值的方式不同。前者主要依靠器件性能和制造成本,后者掌握电源设计、磁性元件配合及客户交付。器件厂向模组延伸可能增加单机价值,也可能与原有客户竞争,且需要更多应用人才和资金。

GaN降本还取决于合格芯片产出与产能利用率。扩产先增加折旧,订单逐步爬坡才可能摊薄成本;AI产品单价较高,也不足以单独证明盈利改善。客户采购则要核算整套电源节省的空间、电费和散热投入,能否覆盖新器件溢价及切换成本。

四. 未来发展趋势

1. DrMOS的发展趋势、应用潜力与竞争技术

硅方案将继续降低损耗,并向多相模组集成。英飞凌2026年3月发布的TDM24745T把四个功率级、电感和去耦电容装入9×10×5mm封装,说明价值正向系统集成延伸。垂直供电把电源移到更靠近处理器的位置,也会增加封装与磁性元件的重要性。GaN是竞争路线之一,开关电容、耦合电感及混合转换架构也可能改变传统DrMOS的用量。

DrMOS与DrGaN—浅谈中低压功率模组中材料体系与不同集成度的选择图5

图2  四相功率模组TDM24745T,引用:英飞凌2026年3月26日产品发布。

2. DrGaN的发展趋势、应用潜力与竞争技术

GaN将通过驱动保护集成、封装优化和制造降本提高易用性,应用有望从中间级扩展到更低压的核心供电。竞争对手也在迭代:中低压面对成熟硅方案,高压端还需与SiC比较系统成本。材料选择和供电架构会共同演进。对产业链而言,持续订单、量产良率和同工况的系统收益,比单项最高频率更能说明商业化成色。

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