探讨了Transphorm公司近期的新动向和未来前景，以及GaN产业的发展趋势

微访谈：Transphorm公司技术营销副总裁Philip Zuk先生

根据Yole Développement（以下简称YD）公司近期发布的《功率GaN：外延、器件、应用及技术趋势-2017版》报告，2016年，全球功率GaN市场规模已经达到了1400万美元。相对于总规模达到惊人的300亿美元的硅功率半导体市场，功率GaN市场还显得很微不足道。不过，功率GaN技术凭借其高性能和高频解决方案适用性，短期内预计将展现巨大的市场潜力。功率GaN技术凭借其高速转换性能，由高压驱动电池和DC-AC工厂自备辅助电源的充电，以及DC-DC buck向12V和未来48V电池的转变所带来的未来市场，都为GaN带来了无线可能。Transphorm公司等市场主要厂商已经获得了汽车应用产品认证，这将使EV/HEV（电动汽车/混合动力汽车）领域的GaN应用最终获得放量。Transphorm公司是一家全球化的半导体公司，为高压功率转换应用开发了完整认证的650 V GaN功率器件。据麦姆斯咨询报道，近日Transphorm公司刚刚获得了Yaskawa公司（安川电机）的1500万美元投资。在此背景下，Yole和Transphorm公司技术营销副总裁Philip Zuk先生取得了对话，共同探讨了Transphorm公司近期的新动向和未来前景，以及全球GaN产业的发展趋势。

2016~2022年按应用细分的GaN功率器件市场（引自：《功率GaN：外延、器件、应用及技术趋势-2017版》）
YD：请您介绍一下Transphorm的历史及主要产品。
Philip Zuk（以下简称PZ）：Transphorm公司的创始人Primit Parish和Umesh Mishra早年创办并成功运营了一家名为Nitres的GaN LED公司，在Nitres被Cree（科锐）收购后，2007年，两人便联合创办了Transphorm公司。十年来，Transphorm公司一直专注于将高压（HV）GaN FET（场效应晶体管）推向市场。致力于为电力电子市场（数据中心服务器、PV转换器、感应/伺服电机、工业及汽车等商业供电市场）设计、制造和销售业内顶级品质和可靠性的GaN技术产品。2013年，Transphorm公司推出了业内唯一经过JEDEC认证的GaN器件。2017年3月，我们又继续引领产业，推出了市场上仅有的一款经过AEC-Q101认证的650V车用GaN器件。

Transphorm公司经AEC-Q101认证的FET器件TPH3205WSBQATransphorm公司的独特优势包括：- 业内唯一能够供应经JEDEC和AEC-Q101认证的技术和产品；- 拥有业内规模最大的GaN技术专利组合；- 最丰富的器件/封装解决方案供应能力；- 终端客户产品已经量产的GaN供应商之一；- 拥有较完整的外延（EPI）、设计和器件制造工艺价值链：这为Transphorm公司提供了多种抓手，使其GaN平台的品质、可靠性及性能得到最大化。
YD：您能跟我们分享一下Transphorm公司近期在GaN技术领域的最新突破吗？Transphorm公司是否会制造并认证1200V的GaN器件？
PZ：我们正在努力推出我们的第三代常闭GaN FET技术。该技术的阈值将提高到4.0V，提高了其抗噪能力和器件性能，无需负栅极驱动，并且相比上代产品降低了整体成本。新一代GaN技术可提供传统的通孔封装（through-hole packages, TO-XXX），以及表面贴装分立封装（SMD）。与此同时，Transphorm正在基于我们常闭共源共栅GaN FET——金属绝缘高电子迁移晶体管（Metal Insulated High Electron Mobile Transistor）D-Mode器件，开发一种E-Mode技术。这种GaN器件的结构有别于目前市场上其它供应商的E-Mode器件。
YD：Transphorm公司相对GaN产业的其它厂商，优势有哪些？
PZ：我们的优势很多，如上所述，我们拥有覆盖完整价值链的垂直整合业务模式，包括EPI、设计、制造以及应用支持，使我们能够在产品开发的各个阶段实现创新，从而带来更高的产品品质和可靠性。我们也创造了很多业内首创且唯一的里程碑。Transphorm公司设计并制造了业内唯一获JEDEC认证的GaN产品，并有公开数据支持的产品寿命和可靠性（HTOL、HVOS、HTDC）。我们还设计并制造了唯一获得AEC-Q101认证的GaN平台，能够满足汽车产业的高标准要求。我们的GaN技术能够提供市场上最高的电压阈值（4.0V）和最高的抗噪性能。相比竞争产品，我们提供的标准易用型TO-xxx封装产品，在功率输出方面提高了40%。我们还针对高侧和低侧位置，分别提供漏极和源极SMD器件。最后，Transphorm公司的GaN已经在大规模生产中应用，有些产品已经公开发布（服务器、伺服电机、电源功率级、GaN设计模组等）。
YD：目前，SiC MOSFET正在快速发展，逐渐渗透进入多个市场，您觉得SiC MOSFET在600V电压范围的市场前景如何？PZ：600V/650V FET应用市场很大（如超级结总体有效市场规模大约在7~8亿美元之间），包括了全球流行的输入从85 Vac到264 Vac的所有标准单相line-to-neutra或line-to-line产品。因此，这个电压区间自然是所有厂商都想涉足的市场。事实上，SiC凭借其机遇正在渗透这块市场。相比硅上GaN（GaN-on-Si）技术，SiC拥有更长的时间来降低成本。不过，尽管SiC技术目前看来很有吸引力，但是我们预计当HV GaN-on-Si技术逐渐成熟，随着现在和未来技术的发展，GaN-on-Si将带来更高的投资回报和更高的性能。在600V市场肯定会一直有客户采用SiC技术，但是可靠性更高的GaN技术最终将更加适合于服务这块应用市场。
YD：这些不同的技术将长期共存吗？或者说，其中之一是否会最终主导市场？
PZ：Si、GaN以及SiC技术将在未来较长的时期内长期共存。此前，很多人声称74ACxxx逻辑器件将逐渐消失，但是，现在它仍然存在，并且市场应用良好。许多客户将继续使用上个世纪80年代中期就上市的IRFxxx MOSFETs，因为这种技术已经足够“好”了。再加上为了采用更新的技术，客户将不得不重新进行相关认证（即使价格上涨）。在这段多种技术共存的时期，需要注意的是，根据不同应用的功率等级、性能要求以及价格因素，某种技术相比其它技术可能更加适宜。不过，当系统趋向更小的尺寸以及更高的功率等级，GaN技术必将逐步侵蚀其它技术已有的市场份额。
YD：我们听说为了使GaN器件获得最优的性能，需要采用新的封装解决方案，您对此怎么看？
PZ：我并不这么认为。GaN技术和SiC技术不同。对于SiC技术，如果希望应用其高温性能，则需要采用新的高温封装方案。纵使GaN技术相比Si和SiC具有更快的上升和下降时间，仍然可以并将继续采用传统的封装方案。例如，对于我们的PQFN 88封装，我们去掉了所有的Kelvin source联接（开尔文联接），因为没有任何的性能或抗噪优势（目前Si SJ正应用Kelvin source）。为了提高板级的可靠性，电源供应商采用了多层板（>10层），为此我们还增加了电极片。因为我们的PQFN 88封装不再需要开尔文联接，使标准的TO-xxx封装能够为更高的功率应用，提供改善的散热性能。此外，谈到封装架构，引线联接解决方案也不会逐渐消失。无论GaN封装如何改变，技术的发展仍将继续，例如键合片之于键合线，以及顶部冷却等。事实上，这些发展将惠及所有技术。
YD：如今大多数公司都在争相进入600V市场。您认为对于新进厂商来说，在低压GaN市场（0~200V）是否存在机遇？
PZ：目前，需要12V和24V输出的应用大多采用了低压GaN技术，以在DC-DC变换器中提高效率。因此，可以看到HV和LV/MV GaN器件在AC-DC变换器（如服务器、存储器和网络电源）中彼此互补。无线充电和LiDAR（汽车激光雷达）也是中低电压GaN器件的重要市场。大多数GaN厂商选择了HV或LV/MV技术开发领域。
YD：在您看来，什么市场将推动GaN技术走向主流？
PZ：目前增长最快且不断向前发展的市场便是汽车市场。2020年代开始，您将在汽车车载充电器、DC-DC变换器和DC-AC逆变器上看到GaN应用。汽车传统内燃机引擎不会立刻消失，但是电动汽车正在不断增长，自动驾驶汽车也即将到来。已经有部分汽车厂商（福特和沃尔沃）宣称， 2020年以后将不再销售纯内燃机引擎汽车。此外，到2030年，全球汽车销量的30%预计将为非内燃机引擎。并且，以下应用也将持续推动高、中、低电压GaN技术的市场增长：- 广泛的工业领域（例如不间断电源、工厂自备电源、以及那些无法满足效率等级要求的应用）；- 服务器、存储、网络应用；- 汽车（LiDAR）；- 某些消费类/计算应用的低功率集成功率器件或单片驱动器+ GaN FET器件。

GaN在电动汽车中的应用
YD：您感觉汽车市场是否已经准备好采用GaN技术了？您认为什么市场是推动GaN应用的主要驱动力？
PZ：我不太确定。目前，几乎所有的市场我们都有了早期采用者，但是还有更多的“跟随者”仍在观望，等待合适的时机迅速切入。而这个合适的时机，考量的因素是多方面的，主要包括：- 质量和可靠性- 多供应商机制所带来的机遇- 对技术的认知（已准备就绪）- 采用GaN技术的经验（硬件和固件开发）- GaN技术研究的技术资源- 相对现有技术，对GaN技术优势的了解- 从“系统成本”而非部件成本，了解GaN技术GaN是一种源自RF（射频）和LED领域的横向器件，因此，它对于功率电子工程师来说是一种新事物。教育和培训是应用的关键，这也是我们为什么一直在打造设计资源库，并和客户紧密合作以支持它们设计开发的原因。我们还开发并制造了评估套件，并将推出多款参考设计，以帮助设计人员更从容地采用GaN技术进行产品开发。谈到市场驱动力，我认为或将是500 V或以上的某种商用供电市场。

Transphorm公司开发的Totem Pole PFC（4kW）评估套件
YD：如今，大代工厂正在涉足GaN市场。您如何评价功率电子产业的标准IDM模式和Fabless模式？
PZ：就GaN技术开发和产品上市要求的资本消耗率、资源规模而言，这两种模式都各具优势。Fabless模式的短板是需要采用其它厂商的标准工艺，或将带来很多麻烦。这或将导致GaN器件供应商在性能、质量或可靠性方面进行一定的妥协。我们也知道所有FET技术的“秘方”主要在EPI。因此，围绕EPI的控制和专利不仅对于开发单个平台很关键，对于长期的技术发展也至关重要。就目前市场上的E-Mode技术而言，在产品层面还没有任何换代级别的提升或改变。掌握工艺、EPI和设计，不仅可以使供应商长期地对技术进行微调，还可以提高或降低供应电压。这是针对现有解决方案，打造突破性技术的真正最有效的方法。我们已经选择了一家代工厂合作伙伴，这条工艺线上的工程师是我们Transphorm公司自己的员工。这使我们在控制质量的同时，还能获得第一手经验，帮助我们开发新一代产品时，在制造层面优化技术。
YD：Transphorm未来5年的前景如何？将会有哪些重要的发展？
PZ：Transphorm的前景令人兴奋！如果我把我们计划的未来都剧透光了，还有什么惊喜可言？尽请期待，Transphorm在不远的将来会带来更多激动人心的产品。