根據(jù)Yole Développement(以下簡(jiǎn)稱YD)公司近期發(fā)布的《功率GaN:外延、器件,、應(yīng)用及技術(shù)趨勢(shì)-2017版》報(bào)告,,2016年,全球功率GaN市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了1400萬(wàn)美元,。相對(duì)于總規(guī)模達(dá)到驚人的300億美元的硅功率半導(dǎo)體市場(chǎng),,功率GaN市場(chǎng)還顯得很微不足道。不過(guò),,功率GaN技術(shù)憑借其高性能和高頻解決方案適用性,短期內(nèi)預(yù)計(jì)將展現(xiàn)巨大的市場(chǎng)潛力,。
功率GaN技術(shù)憑借其高速轉(zhuǎn)換性能,,由高壓驅(qū)動(dòng)電池和DC-AC工廠自備輔助電源的充電,以及DC-DC buck向12V和未來(lái)48V電池的轉(zhuǎn)變所帶來(lái)的未來(lái)市場(chǎng),,都為GaN帶來(lái)了無(wú)線可能,。Transphorm公司等市場(chǎng)主要廠商已經(jīng)獲得了汽車應(yīng)用產(chǎn)品認(rèn)證,這將使EV/HEV(電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車)領(lǐng)域的GaN應(yīng)用最終獲得放量,。
Transphorm公司是一家全球化的半導(dǎo)體公司,,為高壓功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用開發(fā)了完整認(rèn)證的650 V GaN功率器件,。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,近日Transphorm公司剛剛獲得了Yaskawa公司(安川電機(jī))的1500萬(wàn)美元投資,。在此背景下,,Yole和Transphorm公司技術(shù)營(yíng)銷副總裁Philip Zuk先生取得了對(duì)話,共同探討了Transphorm公司近期的新動(dòng)向和未來(lái)前景,,以及全球GaN產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),。
2016~2022年按應(yīng)用細(xì)分的GaN功率器件市場(chǎng)
(引自:《功率GaN:外延,、器件,、應(yīng)用及技術(shù)趨勢(shì)-2017版》)
YD:請(qǐng)您介紹一下Transphorm的歷史及主要產(chǎn)品。
Philip Zuk(以下簡(jiǎn)稱PZ):Transphorm公司的創(chuàng)始人Primit Parish和Umesh Mishra早年創(chuàng)辦并成功運(yùn)營(yíng)了一家名為Nitres的GaN LED公司,,在Nitres被Cree(科銳)收購(gòu)后,,2007年,兩人便聯(lián)合創(chuàng)辦了Transphorm公司,。十年來(lái),,Transphorm公司一直專注于將高壓(HV)GaN FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)推向市場(chǎng)。致力于為電力電子市場(chǎng)(數(shù)據(jù)中心服務(wù)器,、PV轉(zhuǎn)換器,、感應(yīng)/伺服電機(jī)、工業(yè)及汽車等商業(yè)供電市場(chǎng))設(shè)計(jì),、制造和銷售業(yè)內(nèi)頂級(jí)品質(zhì)和可靠性的GaN技術(shù)產(chǎn)品,。2013年,Transphorm公司推出了業(yè)內(nèi)唯一經(jīng)過(guò)JEDEC認(rèn)證的GaN器件,。2017年3月,,我們又繼續(xù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè),推出了市場(chǎng)上僅有的一款經(jīng)過(guò)AEC-Q101認(rèn)證的650V車用GaN器件,。
Transphorm公司經(jīng)AEC-Q101認(rèn)證的FET器件TPH3205WSBQA
Transphorm公司的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)包括:
- 業(yè)內(nèi)唯一能夠供應(yīng)經(jīng)JEDEC和AEC-Q101認(rèn)證的技術(shù)和產(chǎn)品,;
- 擁有業(yè)內(nèi)規(guī)模最大的GaN技術(shù)專利組合;
- 最豐富的器件/封裝解決方案供應(yīng)能力,;
- 終端客戶產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)的GaN供應(yīng)商之一,;
- 擁有較完整的外延(EPI)、設(shè)計(jì)和器件制造工藝價(jià)值鏈:這為Transphorm公司提供了多種抓手,,使其GaN平臺(tái)的品質(zhì),、可靠性及性能得到最大化。
YD:您能跟我們分享一下Transphorm公司近期在GaN技術(shù)領(lǐng)域的最新突破嗎,?Transphorm公司是否會(huì)制造并認(rèn)證1200V的GaN器件,?
PZ:我們正在努力推出我們的第三代常閉GaN FET技術(shù)。該技術(shù)的閾值將提高到4.0V,,提高了其抗噪能力和器件性能,,無(wú)需負(fù)柵極驅(qū)動(dòng),,并且相比上代產(chǎn)品降低了整體成本。新一代GaN技術(shù)可提供傳統(tǒng)的通孔封裝(through-hole packages, TO-XXX),,以及表面貼裝分立封裝(SMD),。
與此同時(shí),Transphorm正在基于我們常閉共源共柵GaN FET——金屬絕緣高電子遷移晶體管(Metal Insulated High Electron Mobile Transistor)D-Mode器件,,開發(fā)一種E-Mode技術(shù),。這種GaN器件的結(jié)構(gòu)有別于目前市場(chǎng)上其它供應(yīng)商的E-Mode器件。
YD:Transphorm公司相對(duì)GaN產(chǎn)業(yè)的其它廠商,,優(yōu)勢(shì)有哪些,?
PZ:我們的優(yōu)勢(shì)很多,如上所述,,我們擁有覆蓋完整價(jià)值鏈的垂直整合業(yè)務(wù)模式,,包括EPI、設(shè)計(jì),、制造以及應(yīng)用支持,,使我們能夠在產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新,從而帶來(lái)更高的產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性,。
我們也創(chuàng)造了很多業(yè)內(nèi)首創(chuàng)且唯一的里程碑,。Transphorm公司設(shè)計(jì)并制造了業(yè)內(nèi)唯一獲JEDEC認(rèn)證的GaN產(chǎn)品,并有公開數(shù)據(jù)支持的產(chǎn)品壽命和可靠性(HTOL,、HVOS,、HTDC)。我們還設(shè)計(jì)并制造了唯一獲得AEC-Q101認(rèn)證的GaN平臺(tái),,能夠滿足汽車產(chǎn)業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求,。
我們的GaN技術(shù)能夠提供市場(chǎng)上最高的電壓閾值(4.0V)和最高的抗噪性能。
相比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品,,我們提供的標(biāo)準(zhǔn)易用型TO-xxx封裝產(chǎn)品,,在功率輸出方面提高了40%。我們還針對(duì)高側(cè)和低側(cè)位置,,分別提供漏極和源極SMD器件,。
最后,Transphorm公司的GaN已經(jīng)在大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用,,有些產(chǎn)品已經(jīng)公開發(fā)布(服務(wù)器,、伺服電機(jī)、電源功率級(jí),、GaN設(shè)計(jì)模組等)。
YD:目前,,SiC MOSFET正在快速發(fā)展,,逐漸滲透進(jìn)入多個(gè)市場(chǎng),,您覺(jué)得SiC MOSFET在600V電壓范圍的市場(chǎng)前景如何?
PZ:600V/650V FET應(yīng)用市場(chǎng)很大(如超級(jí)結(jié)總體有效市場(chǎng)規(guī)模大約在7~8億美元之間),,包括了全球流行的輸入從85 Vac到264 Vac的所有標(biāo)準(zhǔn)單相l(xiāng)ine-to-neutra或line-to-line產(chǎn)品,。因此,這個(gè)電壓區(qū)間自然是所有廠商都想涉足的市場(chǎng),。
事實(shí)上,,SiC憑借其機(jī)遇正在滲透這塊市場(chǎng)。相比硅上GaN(GaN-on-Si)技術(shù),,SiC擁有更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)降低成本,。不過(guò),盡管SiC技術(shù)目前看來(lái)很有吸引力,,但是我們預(yù)計(jì)當(dāng)HV GaN-on-Si技術(shù)逐漸成熟,,隨著現(xiàn)在和未來(lái)技術(shù)的發(fā)展,GaN-on-Si將帶來(lái)更高的投資回報(bào)和更高的性能,。在600V市場(chǎng)肯定會(huì)一直有客戶采用SiC技術(shù),,但是可靠性更高的GaN技術(shù)最終將更加適合于服務(wù)這塊應(yīng)用市場(chǎng)。
YD:這些不同的技術(shù)將長(zhǎng)期共存嗎,?或者說(shuō),,其中之一是否會(huì)最終主導(dǎo)市場(chǎng)?
PZ:Si,、GaN以及SiC技術(shù)將在未來(lái)較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)長(zhǎng)期共存,。此前,很多人聲稱74ACxxx邏輯器件將逐漸消失,,但是,,現(xiàn)在它仍然存在,并且市場(chǎng)應(yīng)用良好,。許多客戶將繼續(xù)使用上個(gè)世紀(jì)80年代中期就上市的IRFxxx MOSFETs,,因?yàn)檫@種技術(shù)已經(jīng)足夠“好”了。再加上為了采用更新的技術(shù),,客戶將不得不重新進(jìn)行相關(guān)認(rèn)證(即使價(jià)格上漲),。
在這段多種技術(shù)共存的時(shí)期,需要注意的是,,根據(jù)不同應(yīng)用的功率等級(jí),、性能要求以及價(jià)格因素,某種技術(shù)相比其它技術(shù)可能更加適宜,。不過(guò),,當(dāng)系統(tǒng)趨向更小的尺寸以及更高的功率等級(jí),GaN技術(shù)必將逐步侵蝕其它技術(shù)已有的市場(chǎng)份額,。
YD:我們聽說(shuō)為了使GaN器件獲得最優(yōu)的性能,,需要采用新的封裝解決方案,,您對(duì)此怎么看?
PZ:我并不這么認(rèn)為,。GaN技術(shù)和SiC技術(shù)不同,。對(duì)于SiC技術(shù),如果希望應(yīng)用其高溫性能,,則需要采用新的高溫封裝方案,。縱使GaN技術(shù)相比Si和SiC具有更快的上升和下降時(shí)間,,仍然可以并將繼續(xù)采用傳統(tǒng)的封裝方案,。
例如,對(duì)于我們的PQFN 88封裝,,我們?nèi)サ袅怂械腒elvin source聯(lián)接(開爾文聯(lián)接),,因?yàn)闆](méi)有任何的性能或抗噪優(yōu)勢(shì)(目前Si SJ正應(yīng)用Kelvin source)。為了提高板級(jí)的可靠性,,電源供應(yīng)商采用了多層板(>10層),,為此我們還增加了電極片。因?yàn)槲覀兊腜QFN 88封裝不再需要開爾文聯(lián)接,,使標(biāo)準(zhǔn)的TO-xxx封裝能夠?yàn)楦叩墓β蕬?yīng)用,,提供改善的散熱性能。
此外,,談到封裝架構(gòu),,引線聯(lián)接解決方案也不會(huì)逐漸消失。無(wú)論GaN封裝如何改變,,技術(shù)的發(fā)展仍將繼續(xù),,例如鍵合片之于鍵合線,以及頂部冷卻等,。事實(shí)上,,這些發(fā)展將惠及所有技術(shù)。
YD:如今大多數(shù)公司都在爭(zhēng)相進(jìn)入600V市場(chǎng),。您認(rèn)為對(duì)于新進(jìn)廠商來(lái)說(shuō),,在低壓GaN市場(chǎng)(0~200V)是否存在機(jī)遇?
PZ:目前,,需要12V和24V輸出的應(yīng)用大多采用了低壓GaN技術(shù),,以在DC-DC變換器中提高效率。因此,,可以看到HV和LV/MV GaN器件在AC-DC變換器(如服務(wù)器,、存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)電源)中彼此互補(bǔ)。無(wú)線充電和LiDAR(汽車激光雷達(dá))也是中低電壓GaN器件的重要市場(chǎng)。大多數(shù)GaN廠商選擇了HV或LV/MV技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域,。
YD:在您看來(lái),,什么市場(chǎng)將推動(dòng)GaN技術(shù)走向主流?
PZ:目前增長(zhǎng)最快且不斷向前發(fā)展的市場(chǎng)便是汽車市場(chǎng),。2020年代開始,您將在汽車車載充電器,、DC-DC變換器和DC-AC逆變器上看到GaN應(yīng)用,。汽車傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)引擎不會(huì)立刻消失,但是電動(dòng)汽車正在不斷增長(zhǎng),,自動(dòng)駕駛汽車也即將到來(lái),。已經(jīng)有部分汽車廠商(福特和沃爾沃)宣稱, 2020年以后將不再銷售純內(nèi)燃機(jī)引擎汽車,。此外,,到2030年,全球汽車銷量的30%預(yù)計(jì)將為非內(nèi)燃機(jī)引擎,。
并且,,以下應(yīng)用也將持續(xù)推動(dòng)高、中,、低電壓GaN技術(shù)的市場(chǎng)增長(zhǎng):
- 廣泛的工業(yè)領(lǐng)域(例如不間斷電源,、工廠自備電源、以及那些無(wú)法滿足效率等級(jí)要求的應(yīng)用),;
- 服務(wù)器,、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,;
- 汽車(LiDAR),;
- 某些消費(fèi)類/計(jì)算應(yīng)用的低功率集成功率器件或單片驅(qū)動(dòng)器+ GaN FET器件。
GaN在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用
YD:您感覺(jué)汽車市場(chǎng)是否已經(jīng)準(zhǔn)備好采用GaN技術(shù)了,?您認(rèn)為什么市場(chǎng)是推動(dòng)GaN應(yīng)用的主要驅(qū)動(dòng)力,?
PZ:我不太確定。目前,,幾乎所有的市場(chǎng)我們都有了早期采用者,,但是還有更多的“跟隨者”仍在觀望,等待合適的時(shí)機(jī)迅速切入,。而這個(gè)合適的時(shí)機(jī),,考量的因素是多方面的,主要包括:
- 質(zhì)量和可靠性
- 多供應(yīng)商機(jī)制所帶來(lái)的機(jī)遇
- 對(duì)技術(shù)的認(rèn)知(已準(zhǔn)備就緒)
- 采用GaN技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)(硬件和固件開發(fā))
- GaN技術(shù)研究的技術(shù)資源
- 相對(duì)現(xiàn)有技術(shù),,對(duì)GaN技術(shù)優(yōu)勢(shì)的了解
- 從“系統(tǒng)成本”而非部件成本,,了解GaN技術(shù)
GaN是一種源自RF(射頻)和LED領(lǐng)域的橫向器件,因此,它對(duì)于功率電子工程師來(lái)說(shuō)是一種新事物,。教育和培訓(xùn)是應(yīng)用的關(guān)鍵,,這也是我們?yōu)槭裁匆恢痹诖蛟煸O(shè)計(jì)資源庫(kù),并和客戶緊密合作以支持它們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)的原因,。我們還開發(fā)并制造了評(píng)估套件,,并將推出多款參考設(shè)計(jì),以幫助設(shè)計(jì)人員更從容地采用GaN技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā),。
談到市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力,,我認(rèn)為或?qū)⑹?00 V或以上的某種商用供電市場(chǎng)。
Transphorm公司開發(fā)的Totem Pole PFC(4kW)評(píng)估套件
YD:如今,,大代工廠正在涉足GaN市場(chǎng),。您如何評(píng)價(jià)功率電子產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)IDM模式和Fabless模式?
PZ:就GaN技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品上市要求的資本消耗率,、資源規(guī)模而言,,這兩種模式都各具優(yōu)勢(shì)。Fabless模式的短板是需要采用其它廠商的標(biāo)準(zhǔn)工藝,,或?qū)?lái)很多麻煩,。這或?qū)?dǎo)致GaN器件供應(yīng)商在性能、質(zhì)量或可靠性方面進(jìn)行一定的妥協(xié),。
我們也知道所有FET技術(shù)的“秘方”主要在EPI,。因此,圍繞EPI的控制和專利不僅對(duì)于開發(fā)單個(gè)平臺(tái)很關(guān)鍵,,對(duì)于長(zhǎng)期的技術(shù)發(fā)展也至關(guān)重要,。
就目前市場(chǎng)上的E-Mode技術(shù)而言,在產(chǎn)品層面還沒(méi)有任何換代級(jí)別的提升或改變,。掌握工藝,、EPI和設(shè)計(jì),不僅可以使供應(yīng)商長(zhǎng)期地對(duì)技術(shù)進(jìn)行微調(diào),,還可以提高或降低供應(yīng)電壓,。這是針對(duì)現(xiàn)有解決方案,打造突破性技術(shù)的真正最有效的方法,。
我們已經(jīng)選擇了一家代工廠合作伙伴,,這條工藝線上的工程師是我們Transphorm公司自己的員工。這使我們?cè)诳刂瀑|(zhì)量的同時(shí),,還能獲得第一手經(jīng)驗(yàn),,幫助我們開發(fā)新一代產(chǎn)品時(shí),在制造層面優(yōu)化技術(shù),。
YD:Transphorm未來(lái)5年的前景如何,?將會(huì)有哪些重要的發(fā)展,?
PZ:Transphorm的前景令人興奮!如果我把我們計(jì)劃的未來(lái)都劇透光了,,還有什么驚喜可言,?盡請(qǐng)期待,Transphorm在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)帶來(lái)更多激動(dòng)人心的產(chǎn)品,?!?/p>