多家半導(dǎo)體公司布局氮化鎵功率器件

近年來，以碳化硅(SiC)和氮化鎵(以下簡(jiǎn)稱GaN)等寬禁帶化合物為代表的第三代半導(dǎo)體材料引發(fā)全球矚目。由于其具有禁帶寬、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高、飽和電子遷移率高、熱導(dǎo)率大、介電常數(shù)小、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、半導(dǎo)體照明、新一代移動(dòng)通信、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域，被視為支撐能源、交通、信息、國(guó)防等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)，全球市場(chǎng)容量未來將達(dá)到百億美元，已成為美國(guó)、歐洲、日本半導(dǎo)體行業(yè)的重點(diǎn)研究方向之一。2015年5月8日，在國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)制造2025》中4次提到以碳化硅、氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體功率器件，可見第三代半導(dǎo)體行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要地位。Ee8esmc

調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole預(yù)估，氮化鎵元件2015年～2021年的成長(zhǎng)率將達(dá)83%，其中電源供應(yīng)器將占相當(dāng)大的一部份，近六成左右，而碳化硅同期的成長(zhǎng)則相對(duì)緩慢，成長(zhǎng)率約在21%左右。預(yù)計(jì)GaN基功率半導(dǎo)體市場(chǎng)將飛速增長(zhǎng)，這種形勢(shì)已吸引許多公司進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)。根據(jù)報(bào)道，EPC、GaN系統(tǒng)、英飛凌、松下和Transphorm已經(jīng)開始出貨這種器件。此外，Dialog、恩智浦、安森美半導(dǎo)體、TI等公司正在開發(fā)GaN基功率半導(dǎo)體器件。Ee8esmc

全球最小65W電源適配器發(fā)布

納微(以下簡(jiǎn)稱Navitas)半導(dǎo)體公司在近日推出世界上最小的65W USB-PD(Type-C)電源適配器參考設(shè)計(jì)，以跟上過去十年來筆記型電腦在更小尺寸和更輕重量?jī)煞矫娴娘@著改變。這款高頻及高效的All GaN?功率IC，可縮小變壓器、濾波器和散熱器的尺寸、減輕重量和降低成本。相比現(xiàn)有的基于硅類功率器件的設(shè)計(jì)，需要98-115cc（或6-7in3）和重量達(dá)300g，基于AllGaN?功率IC的65W新設(shè)計(jì)體積僅為45cc（或2.7in3），而重量?jī)H為60g。Ee8esmc

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現(xiàn)場(chǎng)展示的電源適配器Ee8esmc

最近獲得engadget網(wǎng)站報(bào)道的Made in Mind公司的Mu One 45W適配器就采用這款參考設(shè)計(jì)，這款適配器目前已經(jīng)通過kickstaerter渠道，在量產(chǎn)后將在機(jī)場(chǎng)、主要街道和網(wǎng)上商店銷售。即可以給筆記本也可以給手機(jī)充電。Mu One 45W也是世界上最薄的45瓦的充電器，可以做到14個(gè)毫米的厚度。Ee8esmc

Made in Mind首席執(zhí)行官M(fèi)athew Judkins評(píng)論道：“Made in Mind一向致力于挑戰(zhàn)行業(yè)規(guī)范，我們尋求志同道合的最出色合作伙伴。Mu One中的納微GaNFast芯片在充電速度、效率和尺寸方面帶來了巨大優(yōu)勢(shì)，連同其他先進(jìn)技術(shù)，大大提升了消費(fèi)者對(duì)我們的新產(chǎn)品系列在性能和便利性的期望?！?span style="display:none">Ee8esmc

電源適配器設(shè)計(jì)面臨的業(yè)界挑戰(zhàn)？

隨著筆記本電腦的電源適配器體積和成本的降低，電源適配器的設(shè)計(jì)人員面臨幾個(gè)業(yè)界挑戰(zhàn)，從新的USB Type-C連接和USB PD（電力輸送）的輸出是否符合法定的能效標(biāo)準(zhǔn)。隨著Type-C充電的控制方式逐漸變成PD的通信協(xié)議，會(huì)讓充電的Power功率提高，同時(shí)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)也會(huì)讓筆記本電腦、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的尺寸變大。而納微的單芯片GaN功率IC可以幫助這些應(yīng)用從Type-C向PD轉(zhuǎn)的過程中小型化。
此外，NAVITAS還宣布用GaN功率IC設(shè)計(jì)的65W參考設(shè)計(jì)NVE028A采用有源鉗位反激(ACF)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的，開關(guān)速度比典型的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)快了3至4倍，損耗降低40%，從而實(shí)現(xiàn)更小的尺寸和更低的成本。該設(shè)計(jì)完全符合歐盟CoCTier2及美國(guó)能源部6級(jí)(DoEVI)所規(guī)范的能效標(biāo)準(zhǔn)，更在滿負(fù)載下實(shí)現(xiàn)超過94%的最高尖峰效率。Ee8esmc

全球第一家GaN功率IC公司

成立于2014年的Navitas，作為全球第一家也是唯一的GaN功率IC公司，擁有強(qiáng)大的功率半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)，通過專用的工藝設(shè)計(jì)套件將最高性能的GaNFET與GaN邏輯和GaN模擬電路進(jìn)行單片集成。該公司擁有的GaNFast功率IC為移動(dòng)、消費(fèi)、企業(yè)和新能源市場(chǎng)提供更小、更高能效和更低成本的電源。據(jù)介紹，目前NAVITAS跟中國(guó)市場(chǎng)主流的手機(jī)廠商，以及排名前三大的適配器廠商都有合作，基本上今年Q2就會(huì)正式發(fā)貨。Ee8esmc

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納微半導(dǎo)體首席執(zhí)行官GeneSheridanEe8esmc

納微半導(dǎo)體首席執(zhí)行官GeneSheridan表示：“自從我們?cè)?016年度應(yīng)用功率電子會(huì)議和展覽會(huì)(APEC)發(fā)表了AllGaN平臺(tái)以來，納微還推出了單芯片和半橋式GaN功率IC，業(yè)界最小的150W轉(zhuǎn)換器，和現(xiàn)在我們發(fā)布的滿足所有能效標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)界最小65W USB-PD設(shè)計(jì)。這個(gè)高靈活性，高性能，高成本效益的小型化方案平臺(tái)滿足并超越移動(dòng)和消費(fèi)性市場(chǎng)預(yù)期?！?span style="display:none">Ee8esmc

中國(guó)電源學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)兼浙江大學(xué)電力電子技術(shù)研究所所長(zhǎng)徐德鴻對(duì)此表示：“這是電源適配器設(shè)計(jì)的一大成就。我認(rèn)為中國(guó)電源制造商一直在尋找這樣的寬禁帶功率組件，以進(jìn)一步提高電源的效率和功率密度，從而滿足客戶的要求?！?span style="display:none">Ee8esmc

GENESHERIDAN對(duì)《國(guó)際電子商情》記者表示，NAVITAS目前專注的市場(chǎng)主要集中在手機(jī)、筆記本等消費(fèi)終端的充電器以及適配器兩個(gè)市場(chǎng)，主要功率段集中在45瓦、65瓦、100瓦。這款65W USB-PD(Type-C)電源適配器體積是傳統(tǒng)適配器的一半，可以做得更薄。跟聯(lián)想同瓦數(shù)適配器相比，整體尺寸可以做到1/3，厚度可以做到一半以下。Ee8esmc

GaN功率器件的普及難點(diǎn)與挑戰(zhàn)？

目前市場(chǎng)上依然以硅功率器件為主流，GaN功率器件要普及有何難點(diǎn)？GAN功率器件的技術(shù)特點(diǎn)有何不同？與傳統(tǒng)硅功率器件的區(qū)別，傳統(tǒng)硅的開關(guān)頻率是100K左右，GAN功率器件可以做到1Mzh頻率，甚至100倍以上。Ee8esmc

GAN功率器件可以解決硅器件的幾個(gè)問題：第一是開關(guān)頻率越高，效率將會(huì)下降越快，發(fā)熱問題會(huì)很嚴(yán)重。而GAN功率器件會(huì)在頻率提高的同時(shí)降低體積，和功率密度大幅度上升，同時(shí)解決發(fā)熱問題。Ee8esmc

第二是硅器件是垂直的架構(gòu)，不能集成外圍的Driver。相對(duì)來說GAN功率器件是平面架構(gòu)，可以把外圍驅(qū)動(dòng)和控制電路集成在一起，這樣IC可以做得非常小，而成本可以做得更便宜。Ee8esmc

GENESHERIDAN認(rèn)為，對(duì)于GaN功率器件來說，過去10年最重要的挑戰(zhàn)是可靠性問題?！翱煽啃砸恢笔强蛻魧?duì)新技術(shù)采用的主要顧慮，在過去的三年中，隨著臺(tái)積電的工藝提升，我們和友商已經(jīng)基本解決了可靠性問題?！盙ENESHERIDAN表示，雖然是初創(chuàng)公司，但是NAVITAS現(xiàn)在合作的都是TSMC和安靠這樣的大的半導(dǎo)體制造商，在生產(chǎn)制造方面非常成熟，可靠性也經(jīng)過了市場(chǎng)驗(yàn)證。Ee8esmc

除了可靠性問題，GaN的開關(guān)頻率非?？?，但驅(qū)動(dòng)很難做，目前主要的GaN玩家都是定制驅(qū)動(dòng)為主，這里會(huì)存在很多技術(shù)壁壘。不過對(duì)于NAVITAS來說，這個(gè)不是問題，NAVITAS將自己的驅(qū)動(dòng)技術(shù)集成在一起做成了一個(gè)Power IC。Ee8esmc

采用GaN功率器件，除了可以將電源適配器與充電器體積做得更小外，在未來的5G應(yīng)用中的微型基站將對(duì)GaN產(chǎn)生大量需求，這些基站對(duì)于電源的功率要求很高，而且要求體積做到很小。此外，目前火熱的比特幣礦機(jī)，挖礦的電力成本已經(jīng)占到總成本的60%，因此需要通過GaN功率器件的效率提升來節(jié)省成本。Ee8esmc

另一種第三代半導(dǎo)體材料碳化硅是對(duì)傳統(tǒng)硅器件的一個(gè)突破，由于GaN是基于硅的基礎(chǔ)來生長(zhǎng)材料，從成本角度比碳化硅更便宜。此外碳化硅更適用于50千瓦以上更大功率的應(yīng)用場(chǎng)景，如汽車、火車等，對(duì)于成本并不敏感。相對(duì)來說GaN在電動(dòng)汽車領(lǐng)域會(huì)和碳化硅有一定的競(jìng)爭(zhēng)。GENESHERIDAN認(rèn)為，50千瓦以上毫無疑問是碳化硅的市場(chǎng)，從20千瓦到50千瓦之間，碳化硅和氮化鎵都可以扮演重要角色，而20千瓦以下則主要是GaN的市場(chǎng)。GaN Systems亞洲高級(jí)營(yíng)銷總監(jiān)Charles Bailley表示，就電學(xué)性質(zhì)與物理特性來相比，氮化鎵與碳化硅皆采寬帶隙技術(shù)，碳化硅的熱導(dǎo)率3.5W/m-K高于氮化鎵1.5W/m-K，因此較適用于高功率應(yīng)用。Ee8esmc

NAVITAS的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)？

預(yù)計(jì)GaN基功率半導(dǎo)體市場(chǎng)將飛速增長(zhǎng)，這種形勢(shì)已吸引許多公司進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)。根據(jù)報(bào)道，EPC、GaN系統(tǒng)、英飛凌、松下和Transphorm已經(jīng)開始出貨這種器件。此外，Dialog、恩智浦、安森美半導(dǎo)體、TI等公司正在開發(fā)GaN基功率半導(dǎo)體器件。面對(duì)這些傳統(tǒng)功率器件巨頭的競(jìng)爭(zhēng)，NAVITAS如何突出重圍呢？Ee8esmc

GENESHERIDAN表示，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是在做分立的器件，而NAVITAS是世界上唯一一家將Driver和IC高度集成到PowerIC的公司。從成本來看最接近硅器件，未來整體成本將會(huì)比硅器件更便宜。當(dāng)集成度提高后，開關(guān)頻率也會(huì)提升。Ee8esmc

此外，NAVITAS也在聯(lián)合相關(guān)廠商共同推動(dòng)類似于JEDEC的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。所有的混合數(shù)字信號(hào)部分都是基于GaN技術(shù)，NAVITAS也積累了超過40項(xiàng)的專利?！拔覀兊牡谝淮夹g(shù)已經(jīng)領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手3年，目前正在推出第二代技術(shù)?！盙ENESHERIDAN表示。Ee8esmc

為何選擇文曄作為代理商？

作為成立不久的初創(chuàng)企業(yè)，中國(guó)市場(chǎng)將是NAVITAS的重要目標(biāo)市場(chǎng)，特別是中國(guó)TOP10的一線手機(jī)品牌。據(jù)介紹，NAVITAS已經(jīng)與全球最頂級(jí)的8~10家充電器廠商，包括后裝賣適配器的廠商展開合作。
也正是為了開拓包含中國(guó)大陸在內(nèi)的亞洲市場(chǎng)，近日NAVITAS宣布在中國(guó)市場(chǎng)大舉擴(kuò)張，包括開設(shè)深圳銷售辦事處及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室，并且獲得文曄科技加盟為新的中國(guó)分銷商。這一投資與合作將大大加快GaNFast功率IC應(yīng)用到規(guī)模達(dá)到2,000億人民幣的中國(guó)功率半導(dǎo)體市場(chǎng)。此外，納微還與文曄科技簽署了新的中國(guó)分銷合作協(xié)議，支持其在中國(guó)業(yè)務(wù)的快速擴(kuò)張。文曄科技中國(guó)總經(jīng)理文興康表示：“文曄科技非常興奮與納微合作創(chuàng)建基于GaNIC的嶄新電力系統(tǒng)。中國(guó)的機(jī)遇非同尋常，文曄科技具備充分發(fā)掘這些機(jī)遇的產(chǎn)品陣容、經(jīng)驗(yàn)和客戶關(guān)系。與納微的合作，將使得文曄科技在手機(jī)快速充電器、適配器、電視和大功率應(yīng)用方面實(shí)現(xiàn)顯著的增長(zhǎng)?！?span style="display:none">Ee8esmc

據(jù)GENESHERIDAN介紹，文曄科技是NAVITAS目前唯一一家覆蓋亞洲整體的商業(yè)渠道，包括臺(tái)灣和大陸地區(qū)。“這個(gè)不是獨(dú)家授權(quán)的代理，有可能增加新的代理商?！盙ENESHERIDAN表示，之所以選擇文曄作為代理商，一方面是考慮到文曄目前是韓國(guó)最大的代理商，對(duì)于NAVITAS來說大陸、韓國(guó)、臺(tái)灣三個(gè)區(qū)域是整體。這個(gè)是文曄能夠發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)的一個(gè)地方。Ee8esmc

此外，在推動(dòng)技術(shù)導(dǎo)向的商業(yè)模式中，文曄投入了很多AE、FAE。NAVITAS作為提供PowerIC的廠商，需要跟TI這樣的廠商合作，提供一個(gè)完整的方案。作為TI的代理商，文曄能夠跟NAVITAS的產(chǎn)品線形成互補(bǔ)。Ee8esmc

對(duì)于未來的目標(biāo)，GENESHERIDAN表示，目前NAVITAS在近一年的目標(biāo)是在適配器領(lǐng)域做到接近10億美金的市場(chǎng)規(guī)模。針對(duì)功率在1~2千瓦的市場(chǎng)，如企業(yè)網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、比特幣礦機(jī)將是NAVITAS未來開拓的方向。而針對(duì)消費(fèi)領(lǐng)域、太陽能電池板、電動(dòng)汽車，以及無線快充等領(lǐng)域也將是發(fā)展重點(diǎn)，NAVITAS將助力傳統(tǒng)電源體積和重量的大幅降低。Ee8esmc

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