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来源:「SIMIT战略研究室」,作者 叶树梅

GaN材料原先被用为如蓝色LED等LED类产品的主要原料,但是由于GaN具有高硬度与高能隙的特性,并且GaN功率元件可以在硅基质上成长,在面积与整体成本考量上,也具有比碳化硅元件更划算的可能性。硅基GaN器件更适用于中低压/高频领域。

与硅基功率半导体市场相比,目前功率GaN市场仍然很小,但因其适用于高性能和高频率解决方案,已显示出巨大的增长潜力。根据Yole最新报告,给出的两种趋势中,“牛市”市场趋势更为积极,事实上,苹果公司对基于GaN技术的无线充电解决方案感兴趣。如果苹果一旦采用功率GaN器件用于电源应用,众多手机公司必将追随,GaN功率市场必然迎来增长。

 

功率GaN应用:市场演进有两种可能的场景,来源:Yole 2018


随着GaN功率器件产业的发展,越来越多的公司加入GaN产业链,有初创公司EPC、GaN System、Transphorm、Navitas等,这些初创公司大多选择代工厂制造模式,主要使用台积电、Episil或X-FAB作为代工伙伴。行业巨头如英飞凌、安森美、意法半导体、松下和德州仪器采用IDM模式。

 

2018年功率GaN产业链全景,来源:Yole


下面就厂商具体展开。


(1)美国德州仪器


2015年3月,德州仪器发布了集成有80V GaN FET和驱动器IC的“LMG5200”,采用的是美国EPC公司的GaN FET。


2016年4月,德州仪器发布了将工作电压为600V的GaN FET和驱动器IC集成在一个封装里的“LMG3410”,并提供包括新产品样品在内的开发套件。此次采用的是TI自己开发的GaN FET。


2018年10月,推出支持高达10kW应用的新型即用型600 V GaN场效应晶体管,50mΩ和70mΩ功率级产品组合。


(2)欧美意法半导体


2018年9月,意法半导体宣布利用CEA Leti的200mm研发线合作开发用于二极管和晶体管的GaN-on-Si技术有望在2019年完成工程样品验证。意法半导体计划在2020年前在法国图尔市的前道晶圆厂建立一条完全满足要求的生产线,包括GaN-on-Si异质外延生产线。


(3)美国安森美


2015年,安森美与Transphorm建立合作关系,共同开发及共同推广基于GaN的产品和电源系统方案,用于工业、计算机、通信、LED照明及网络领域的各种高压应用。


2015年,两家公司已联名推出第一代600 V GaN 级联结构(Cascode)晶体管,采用优化的TO-220封装,易于根据客户现有的制板能力而集成。


(4)美国EPC


EPC是首个推出增强型氮化镓(eGaNTM)FET的公司,可实现对传统功率MOSFET的有效替代;EPC也是增强型GaN功率晶体管的供应商。


2015年5月,美国Intersil l和EPC合作实现抗辐射GaN功率器件,可满足卫星和其他恶劣环境应用需求。


2017年3月,EPC推出EPC2045及EPC2047氮化镓场效应晶体管,对比前一代的产品,晶体管的尺寸减半,性能显著提升。


2017年6月,EPC推出200V/55A EPC2046功率晶体管,可应用于无线充电、多级AC/DC电源供电、机械人应用、太阳能微型逆变器及具低电感的马达驱动器。


2018年5月,EPC推出350V GaN晶体管EPC2050,体积是对应硅MOSFET尺寸的1/20,应用领域包括太阳能逆变器、电动车充电器、电机驱动、多级转换器配置。


(5)美国Transphorm


2007年成立,以美国加州大学圣塔芭芭拉分校的教授和研究人员为主体,致力于设计、生产GaN(氮化镓)功率转换器和模块,已获得了包括谷歌、富士通、凯鹏华盈、考菲尔德及拜尔斯、索罗斯基金管理公司、量子战略合作伙伴在内的众多投资机构的青睐。Transphorm建立了业界第一个,也是唯一通过JEDEC认证的600V GaN产品线。


2014年2月,Transphorm与富士通半导体的功率器件业务部进行了业务合并,Transphorm负责设计、富士通半导体负责制造并代理销售。


2015年,Transphorm和安森美建立合作关系,共同推出基于GAN的电源方案。


(6)加拿大GaN Systems


GaN Systems成立于2008年,总部设在加拿大首都渥太华,专注于设计、研发和销售氮化镓功率开关半导体器件,提供100V和650V器件,关键技术是Island技术,台积电代工。


2008年,因项目涉及节能获得加拿大政府的资金资助。


2011年,在实现产品原型后,获得首笔风险投资。


2014年,成为全球最早实现氮化镓晶体管器件规模化量产的公司之一,极大的降低了GaN晶体管生产成本,将GaN在电源转换和控制领域的性能优势转化为商业现实。


2015年,完成了C轮2000万美元融资,投资人包括加拿大著名的投资机构BDC和来自中国的青云创投。


2018年7月,推出两款无线功率放大器,100W功率放大器[GSWP100W-EVBPA]适用于笔记本电脑、娱乐级无人机、家用辅助机器人、电动工具和多款智能手机的快速充电等消费类市场。300W功率放大器[GSWP300W-EVBPA]面向工业和运输市场,适用于交付无人机、仓储机器人、医疗设备、工厂自动化、电动自行车和滑板车等应用。


(7)日本松下


2013年3月,开始样品供货耐压600V的GaN功率晶体管,此后不断在功率电子及功率器件相关展会上进行展示。


2016年11月,终于开始量产耐压600V的Si基GaN功率晶体管。


2016年12月,松下开发出了常闭型工作GaN功率晶体管,耐压为1.7kV,导通电阻仅为1.0mΩcm。同月,松下试制出了使用GaN基GaN功率晶体管,与松下以往Si基板产品相比,将导通电阻(Ron)降至2/3,将输出电荷(Qoss)减至约一半。


(8)日本Sanken


1999年12月成立,IDM企业,原本做硅器件,现转型做GaN、SiC第三代半导体器件。GaN功率器件以600V为主,处于研发阶段。


(9)德国英飞凌


2014年9月,英飞凌以30亿美元收购美国国际整流(IR)公司,通过此次并购,英飞凌将取得IR的Si基板GaN功率半导体制造技术。IR于2010年推出了第一批商用化的GaN基iP2010和iP2011,用于多相和POL的DC-DC转换器、开关和服务器等。2013年5


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