探析意法半導體未來功率GaN路線圖

據(jù)麥姆斯咨詢報道，在許多電力系統(tǒng)中，氮化鎵（GaN）是替代硅材料的合適候選者。正如Yole在《功率GaN：外延、器件、應用及技術趨勢-2018版》報告中所闡述，GaN與傳統(tǒng)的硅基MOSFET相比具有驚人的技術優(yōu)勢。盡管與32.8億美元的硅基功率半導體市場相比，目前功率GaN市場仍然很小，但GaN器件擁有較好的前景?；仡?018年，多款GaN電源產(chǎn)品發(fā)布，主要涉及計算機、數(shù)據(jù)中心和快速充電。預計2019~2020年期間，將會有更多GaN產(chǎn)品問世，實現(xiàn)百萬美元級營收。此外，我們在上述報告中介紹了有興趣進入GaN市場的新公司，包括無晶圓廠（Fabless）和IDM。對于一些IDM廠商來說，在其產(chǎn)品組合中加入功率碳化硅（SiC）之后，將很快布局GaN技術。

意法半導體是一家將產(chǎn)品組合擴展至GaN的典型公司。今年9月，意法半導體展示了其在功率GaN方面的研發(fā)進展，并宣布將建設一條完全合格的生產(chǎn)線，包括GaN-on-Si異質(zhì)外延。近日，Yole電力電子技術與市場分析師Ana Villamor（以下簡稱：AV）有幸與意法半導體功率RF和GaN產(chǎn)品部經(jīng)理Filippo Di Giovanni（以下簡稱：FDG）會面，討論意法半導體與CEA-Leti在GaN研發(fā)方面的合作情況，以及未來幾年功率GaN路線圖。

AV：意法半導體最近與CEA-Leti展開功率GaN合作，您可以透露更多的合作細節(jié)嗎？

FDG：與CEA-Leti的合作伙伴關系讓我們在常關型GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）和GaN二極管設計及研發(fā)方面進行合作。受益于CEA-Leti的知識產(chǎn)權(quán)（IP）和意法半導體的專業(yè)知識（Know-how），雙方合作進展順利。我們將在位于法國格勒諾布爾的CEA-Leti中試線上研發(fā)產(chǎn)品，并在技術成熟后轉(zhuǎn)移至意法半導體的8英寸量產(chǎn)線（也在法國）。我們將研發(fā)GaN新產(chǎn)品，以補充意法半導體現(xiàn)有的硅基和SiC功率產(chǎn)品。

AV：意法半導體還宣布了與MACOM合作研發(fā)射頻（RF）GaN產(chǎn)品。請問這兩項合作之間是否有任何協(xié)同作用？

FDG：沒有，這兩項合作是獨立。與MACOM的合作旨在研發(fā)專門針對射頻市場的GaN-on-Silicon產(chǎn)品。我們正在位于意大利卡塔尼亞的意法半導體辦公室開展此項研究工作，這將使MACOM更好地進入不斷增長的電信基礎設施市場，而意法半導體可以使用相同的技術來拓展非電信行業(yè)，如ISM（工業(yè)、科學和醫(yī)療）、航空電子和射頻能源。

AV：我們知道意法半導體在SiC業(yè)務方面很活躍，你們在產(chǎn)品組合中如何定位SiC和GaN呢？

FDG：意法半導體正在投資研發(fā)這兩項突破性技術。SiC MOSFET基本上是1200V及更高電壓的功率器件的理想選擇，而GaN則不能實現(xiàn)如此高的電壓。在650V附近，這兩項技術可能存在一些重疊，但這僅適用于較低的頻率，因為GaN技術在非常高的1MHz開關頻率下表現(xiàn)更好。在600V以下，GaN再次成為明顯的“贏家”，不過在該范圍內(nèi)，它與硅基技術展開競爭，而非SiC。簡而言之，SiC MOSFET是高壓和高功率應用的理想選擇，而GaN更適合低壓和低功率應用，但具有高開關頻率。

AV：汽車是電力電子市場最重要的驅(qū)動因素之一。GaN在汽車市場中的作用是什么？預計上市時間？

FDG：預計GaN將成為以下兩類應用的主流開關：（1）EV（電動汽車）車載充電器（OBC）中的PFC（功率因數(shù)校正）；（2）大多數(shù)汽車制造商未來幾年計劃推出48V電池的輕度混合動力項目。上市時間取決于技術成熟的速度，并且我們可以在此基礎上建立對失效機制和可靠性問題的洞察力，這些失效機制和可靠性問題可能與硅基產(chǎn)品不一致。鑒于汽車行業(yè)的生命周期，預計2022年之后的某個時間可能會出現(xiàn)快速增長。

AV：您對D類和E類開關模式器件有何見解？他們的目標應用是什么？

FDG：所有功率轉(zhuǎn)換應用，包括已經(jīng)由MOSFET、IGBT和SiC晶體管解決的應用，都需要E類開關模式器件。在射頻應用中，晶體管用于功率放大器，可以使用D類開關模式器件。

AV：意法半導體GaN產(chǎn)品（如GaN晶體管和GaN-on-Si二極管）與其它產(chǎn)品有何區(qū)別？

FDG：意法半導體擁有豐富的封裝經(jīng)驗和專業(yè)知識，特別是在非常高的頻率方面。再加上我們的卓越制造能力，使得意法半導體的GaN產(chǎn)品與其它廠商產(chǎn)品相比，極具競爭力。

AV：從意法半導體的角度來看，選擇功率產(chǎn)品封裝的主要因素有哪些？

FDG：根據(jù)我們經(jīng)驗，散熱性能（例如雙側(cè)冷卻）和低寄生電感是選擇功率產(chǎn)品封裝的兩個關鍵因素。

AV：意法半導體GaN產(chǎn)品的研發(fā)狀況如何？

FDG：650V產(chǎn)品原型預計將在2019年下半年推出。

AV：最后請您介紹意法半導體未來五年的產(chǎn)品路線圖吧。

FDG：在650V產(chǎn)品之后，我們計劃推出100V~200V產(chǎn)品，然后是集成解決方案，包括封裝集成和單片集成。