微訪談：Transphorm公司技術營銷副總裁Philip Zuk先生

根據Yole Développement（以下簡稱YD）公司近期發布的《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市場規模已經達到了1400萬美元。相對于總規模達到驚人的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，短期內預計將展現巨大的市場潛力。功率GaN技術憑借其高速轉換性能，由高壓驅動電池和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獲得了汽車應用產品認證，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，為高壓功率轉換應用開發了完整認證的650 V GaN功率器件。據麥姆斯咨詢報道，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產業的發展趨勢。

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的歷史及主要產品。
Philip Zuk（以下簡稱PZ）：Transphorm公司的創始人Primit Parish和Umesh Mishra早年創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，兩人便聯合創辦了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（數據中心服務器、PV轉換器、感應/伺服電機、工業及汽車等商業供電市場）設計、制造和銷售業內頂級品質和可靠性的GaN技術產品。2013年，Transphorm公司推出了業內唯一經過JEDEC認證的GaN器件。2017年3月，我們又繼續引領產業，推出了市場上僅有的一款經過AEC-Q101認證的650V車用GaN器件。

Transphorm公司經AEC-Q101認證的FET器件TPH3205WSBQATransphorm公司的獨特優勢包括：- 業內唯一能夠供應經JEDEC和AEC-Q101認證的技術和產品；- 擁有業內規模最大的GaN技術專利組合；- 最豐富的器件/封裝解決方案供應能力；- 終端客戶產品已經量產的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、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，無需負柵極驅動，并且相比上代產品降低了整體成本。新一代GaN技術可提供傳統的通孔封裝（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，開發一種E-Mode技術。這種GaN器件的結構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產業的其它廠商，優勢有哪些？
PZ：我們的優勢很多，如上所述，我們擁有覆蓋完整價值鏈的垂直整合業務模式，包括EPI、設計、制造以及應用支持，使我們能夠在產品開發的各個階段實現創新，從而帶來更高的產品品質和可靠性。我們也創造了很多業內首創且唯一的里程碑。Transphorm公司設計并制造了業內唯一獲JEDEC認證的GaN產品，并有公開數據支持的產品壽命和可靠性（HTOL、HVOS、HTDC）。我們還設計并制造了唯一獲得AEC-Q101認證的GaN平臺，能夠滿足汽車產業的高標準要求。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。相比競爭產品，我們提供的標準易用型TO-xxx封裝產品，在功率輸出方面提高了40%。我們還針對高側和低側位置，分別提供漏極和源極SMD器件。最后，Transphorm公司的GaN已經在大規模生產中應用，有些產品已經公開發布（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（如超級結總體有效市場規模大約在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line-to-neutra或line-to-line產品。因此，這個電壓區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，隨著現在和未來技術的發展，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長期共存。此前，很多人聲稱74ACxxx邏輯器件將逐漸消失，但是，現在它仍然存在，并且市場應用良好。許多客戶將繼續使用上個世紀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，仍然可以并將繼續采用傳統的封裝方案。例如，對于我們的PQFN 88封裝，我們去掉了所有的Kelvin source聯接（開爾文聯接），因為沒有任何的性能或抗噪優勢（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，引線聯接解決方案也不會逐漸消失。無論GaN封裝如何改變，技術的發展仍將繼續，例如鍵合片之于鍵合線，以及頂部冷卻等。事實上，這些發展將惠及所有技術。
YD：如今大多數公司都在爭相進入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GaN廠商選擇了HV或LV/MV技術開發領域。
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。汽車傳統內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%預計將為非內燃機引擎。并且，以下應用也將持續推動高、中、低電壓GaN技術的市場增長：- 廣泛的工業領域（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技術的經驗（硬件和固件開發）- GaN技術研究的技術資源- 相對現有技術，對GaN技術優勢的了解- 從“系統成本”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，這也是我們為什么一直在打造設計資源庫，并和客戶緊密合作以支持它們設計開發的原因。我們還開發并制造了評估套件，并將推出多款參考設計，以幫助設計人員更從容地采用GaN技術進行產品開發。談到市場驅動力，我認為或將是500 V或以上的某種商用供電市場。

Transphorm公司開發的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業的標準IDM模式和Fabless模式？
PZ：就GaN技術開發和產品上市要求的資本消耗率、資源規模而言，這兩種模式都各具優勢。Fabless模式的短板是需要采用其它廠商的標準工藝，或將帶來很多麻煩。這或將導致GaN器件供應商在性能、質量或可靠性方面進行一定的妥協。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單個平臺很關鍵，對于長期的技術發展也至關重要。就目前市場上的E-Mode技術而言，在產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，還可以提高或降低供應電壓。這是針對現有解決方案，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。這使我們在控制質量的同時，還能獲得第一手經驗，幫助我們開發新一代產品時，在制造層面優化技術。
YD：Transphorm未來5年的前景如何？將會有哪些重要的發展？
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品。