微訪談:Transphorm公司技術營銷副總裁Philip Zuk先生
根據(jù)Yole Développement(以下簡稱YD)公司近期發(fā)布的《功率GaN:外延、器件、應用及技術趨勢-2017版》報告,2016年,全球功率GaN市場規(guī)模已經(jīng)達到了1400萬美元。相對于總規(guī)模達到驚人的300億美元的硅功率半導體市場,功率GaN市場還顯得很微不足道。不過,功率GaN技術憑借其高性能和高頻解決方案適用性,短期內(nèi)預計將展現(xiàn)巨大的市場潛力。功率GaN技術憑借其高速轉(zhuǎn)換性能,由高壓驅(qū)動電池和DC-AC工廠自備輔助電源的充電,以及DC-DC buck向12V和未來48V電池的轉(zhuǎn)變所帶來的未來市場,都為GaN帶來了無線可能。Transphorm公司等市場主要廠商已經(jīng)獲得了汽車應用產(chǎn)品認證,這將使EV/HEV(電動汽車/混合動力汽車)領域的GaN應用最終獲得放量。Transphorm公司是一家全球化的半導體公司,為高壓功率轉(zhuǎn)換應用開發(fā)了完整認證的650 V GaN功率器件。據(jù)麥姆斯咨詢報道,近日Transphorm公司剛剛獲得了Yaskawa公司(安川電機)的1500萬美元投資。在此背景下,Yole和Transphorm公司技術營銷副總裁Philip Zuk先生取得了對話,共同探討了Transphorm公司近期的新動向和未來前景,以及全球GaN產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。
2016~2022年按應用細分的GaN功率器件市場(引自:《功率GaN:外延、器件、應用及技術趨勢-2017版》)
YD:請您介紹一下Transphorm的歷史及主要產(chǎn)品。
Philip Zuk(以下簡稱PZ):Transphorm公司的創(chuàng)始人Primit Parish和Umesh Mishra早年創(chuàng)辦并成功運營了一家名為Nitres的GaN LED公司,在Nitres被Cree(科銳)收購后,2007年,兩人便聯(lián)合創(chuàng)辦了Transphorm公司。十年來,Transphorm公司一直專注于將高壓(HV)GaN FET(場效應晶體管)推向市場。致力于為電力電子市場(數(shù)據(jù)中心服務器、PV轉(zhuǎn)換器、感應/伺服電機、工業(yè)及汽車等商業(yè)供電市場)設計、制造和銷售業(yè)內(nèi)頂級品質(zhì)和可靠性的GaN技術產(chǎn)品。2013年,Transphorm公司推出了業(yè)內(nèi)唯一經(jīng)過JEDEC認證的GaN器件。2017年3月,我們又繼續(xù)引領產(chǎn)業(yè),推出了市場上僅有的一款經(jīng)過AEC-Q101認證的650V車用GaN器件。
Transphorm公司經(jīng)AEC-Q101認證的FET器件TPH3205WSBQATransphorm公司的獨特優(yōu)勢包括:- 業(yè)內(nèi)唯一能夠供應經(jīng)JEDEC和AEC-Q101認證的技術和產(chǎn)品;- 擁有業(yè)內(nèi)規(guī)模最大的GaN技術專利組合;- 最豐富的器件/封裝解決方案供應能力;- 終端客戶產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)的GaN供應商之一;- 擁有較完整的外延(EPI)、設計和器件制造工藝價值鏈:這為Transphorm公司提供了多種抓手,使其GaN平臺的品質(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技術領域的最新突破嗎?Transphorm公司是否會制造并認證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。該技術的閾值將提高到4.0V,提高了其抗噪能力和器件性能,無需負柵極驅(qū)動,并且相比上代產(chǎn)品降低了整體成本。新一代GaN技術可提供傳統(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,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。這種GaN器件的結(jié)構(gòu)有別于目前市場上其它供應商的E-Mode器件。
YD:Transphorm公司相對GaN產(chǎn)業(yè)的其它廠商,優(yōu)勢有哪些?
PZ:我們的優(yōu)勢很多,如上所述,我們擁有覆蓋完整價值鏈的垂直整合業(yè)務模式,包括EPI、設計、制造以及應用支持,使我們能夠在產(chǎn)品開發(fā)的各個階段實現(xiàn)創(chuàng)新,從而帶來更高的產(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公司設計并制造了業(yè)內(nèi)唯一獲JEDEC認證的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)。我們還設計并制造了唯一獲得AEC-Q101認證的GaN平臺,能夠滿足汽車產(chǎn)業(yè)的高標準要求。我們的GaN技術能夠提供市場上最高的電壓閾值(4.0V)和最高的抗噪性能。相比競爭產(chǎn)品,我們提供的標準易用型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)中應用,有些產(chǎn)品已經(jīng)公開發(fā)布(服務器、伺服電機、電源功率級、GaN設計模組等)。
YD:目前,SiC MOSFET正在快速發(fā)展,逐漸滲透進入多個市場,您覺得SiC MOSFET在600V電壓范圍的市場前景如何?PZ:600V/650V FET應用市場很大(如超級結(jié)總體有效市場規(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的所有標準單相l(xiāng)ine-to-neutra或line-to-line產(chǎn)品。因此,這個電壓區(qū)間自然是所有廠商都想涉足的市場。事實上,SiC憑借其機遇正在滲透這塊市場。相比硅上GaN(GaN-on-Si)技術,SiC擁有更長的時間來降低成本。不過,盡管SiC技術目前看來很有吸引力,但是我們預計當HV GaN-on-Si技術逐漸成熟,隨著現(xiàn)在和未來技術的發(fā)展,GaN-on-Si將帶來更高的投資回報和更高的性能。在600V市場肯定會一直有客戶采用SiC技術,但是可靠性更高的GaN技術最終將更加適合于服務這塊應用市場。
YD:這些不同的技術將長期共存嗎?或者說,其中之一是否會最終主導市場?
PZ:Si、GaN以及SiC技術將在未來較長的時期內(nèi)長期共存。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,并且市場應用良好。許多客戶將繼續(xù)使用上個世紀80年代中期就上市的IRFxxx MOSFETs,因為這種技術已經(jīng)足夠“好”了。再加上為了采用更新的技術,客戶將不得不重新進行相關認證(即使價格上漲)。在這段多種技術共存的時期,需要注意的是,根據(jù)不同應用的功率等級、性能要求以及價格因素,某種技術相比其它技術可能更加適宜。不過,當系統(tǒng)趨向更小的尺寸以及更高的功率等級,GaN技術必將逐步侵蝕其它技術已有的市場份額。
YD:我們聽說為了使GaN器件獲得最優(yōu)的性能,需要采用新的封裝解決方案,您對此怎么看?
PZ:我并不這么認為。GaN技術和SiC技術不同。對于SiC技術,如果希望應用其高溫性能,則需要采用新的高溫封裝方案。縱使GaN技術相比Si和SiC具有更快的上升和下降時間,仍然可以并將繼續(xù)采用傳統(tǒng)的封裝方案。例如,對于我們的PQFN 88封裝,我們?nèi)サ袅怂械腒elvin source聯(lián)接(開爾文聯(lián)接),因為沒有任何的性能或抗噪優(yōu)勢(目前Si SJ正應用Kelvin source)。為了提高板級的可靠性,電源供應商采用了多層板(>10層),為此我們還增加了電極片。因為我們的PQFN 88封裝不再需要開爾文聯(lián)接,使標準的TO-xxx封裝能夠為更高的功率應用,提供改善的散熱性能。此外,談到封裝架構(gòu),引線聯(lián)接解決方案也不會逐漸消失。無論GaN封裝如何改變,技術的發(fā)展仍將繼續(xù),例如鍵合片之于鍵合線,以及頂部冷卻等。事實上,這些發(fā)展將惠及所有技術。
YD:如今大多數(shù)公司都在爭相進入600V市場。您認為對于新進廠商來說,在低壓GaN市場(0~200V)是否存在機遇?
PZ:目前,需要12V和24V輸出的應用大多采用了低壓GaN技術,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(如服務器、存儲器和網(wǎng)絡電源)中彼此互補。無線充電和LiDAR(汽車激光雷達)也是中低電壓GaN器件的重要市場。大多數(shù)GaN廠商選擇了HV或LV/MV技術開發(fā)領域。
YD:在您看來,什么市場將推動GaN技術走向主流?
PZ:目前增長最快且不斷向前發(fā)展的市場便是汽車市場。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應用。汽車傳統(tǒng)內(nèi)燃機引擎不會立刻消失,但是電動汽車正在不斷增長,自動駕駛汽車也即將到來。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)燃機引擎汽車。此外,到2030年,全球汽車銷量的30%預計將為非內(nèi)燃機引擎。并且,以下應用也將持續(xù)推動高、中、低電壓GaN技術的市場增長:- 廣泛的工業(yè)領域(例如不間斷電源、工廠自備電源、以及那些無法滿足效率等級要求的應用);- 服務器、存儲、網(wǎng)絡應用;- 汽車(LiDAR);- 某些消費類/計算應用的低功率集成功率器件或單片驅(qū)動器+ GaN FET器件。
GaN在電動汽車中的應用
YD:您感覺汽車市場是否已經(jīng)準備好采用GaN技術了?您認為什么市場是推動GaN應用的主要驅(qū)動力?
PZ:我不太確定。目前,幾乎所有的市場我們都有了早期采用者,但是還有更多的“跟隨者”仍在觀望,等待合適的時機迅速切入。而這個合適的時機,考量的因素是多方面的,主要包括:- 質(zhì)量和可靠性- 多供應商機制所帶來的機遇- 對技術的認知(已準備就緒)- 采用GaN技術的經(jīng)驗(硬件和固件開發(fā))- GaN技術研究的技術資源- 相對現(xiàn)有技術,對GaN技術優(yōu)勢的了解- 從“系統(tǒng)成本”而非部件成本,了解GaN技術GaN是一種源自RF(射頻)和LED領域的橫向器件,因此,它對于功率電子工程師來說是一種新事物。教育和培訓是應用的關鍵,這也是我們?yōu)槭裁匆恢痹诖蛟煸O計資源庫,并和客戶緊密合作以支持它們設計開發(fā)的原因。我們還開發(fā)并制造了評估套件,并將推出多款參考設計,以幫助設計人員更從容地采用GaN技術進行產(chǎn)品開發(fā)。談到市場驅(qū)動力,我認為或?qū)⑹?00 V或以上的某種商用供電市場。
Transphorm公司開發(fā)的Totem Pole PFC(4kW)評估套件
YD:如今,大代工廠正在涉足GaN市場。您如何評價功率電子產(chǎn)業(yè)的標準IDM模式和Fabless模式?
PZ:就GaN技術開發(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。Fabless模式的短板是需要采用其它廠商的標準工藝,或?qū)砗芏嗦闊_@或?qū)е翯aN器件供應商在性能、質(zhì)量或可靠性方面進行一定的妥協(xié)。我們也知道所有FET技術的“秘方”主要在EPI。因此,圍繞EPI的控制和專利不僅對于開發(fā)單個平臺很關鍵,對于長期的技術發(fā)展也至關重要。就目前市場上的E-Mode技術而言,在產(chǎn)品層面還沒有任何換代級別的提升或改變。掌握工藝、EPI和設計,不僅可以使供應商長期地對技術進行微調(diào),還可以提高或降低供應電壓。這是針對現(xiàn)有解決方案,打造突破性技術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。這使我們在控制質(zhì)量的同時,還能獲得第一手經(jīng)驗,幫助我們開發(fā)新一代產(chǎn)品時,在制造層面優(yōu)化技術。
YD:Transphorm未來5年的前景如何?將會有哪些重要的發(fā)展?
PZ:Transphorm的前景令人興奮!如果我把我們計劃的未來都劇透光了,還有什么驚喜可言?盡請期待,Transphorm在不遠的將來會帶來更多激動人心的產(chǎn)品。
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原文標題:從產(chǎn)品到應用,GaN(氮化鎵)將成為功率半導體市場發(fā)展新動力
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