GaN材料原先被用為如藍色LED等LED類產(chǎn)品的主要原料,但是由于GaN具有高硬度與高能隙的特性,并且GaN功率元件可以在硅基質(zhì)上成長,在面積與整體成本考量上,也具有比碳化硅元件更劃算的可能性。硅基GaN器件更適用于中低壓/高頻領(lǐng)域。
與硅基功率半導(dǎo)體市場相比,目前功率GaN市場仍然很小,但因其適用于高性能和高頻率解決方案,已顯示出巨大的增長潛力。根據(jù)Yole最新報告,給出的兩種趨勢中,“牛市”市場趨勢更為積極,事實上,蘋果公司對基于GaN技術(shù)的無線充電解決方案感興趣。如果蘋果一旦采用功率GaN器件用于電源應(yīng)用,眾多手機公司必將追隨,GaN功率市場必然迎來增長。
功率GaN應(yīng)用:市場演進有兩種可能的場景
隨著GaN功率器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,越來越多的公司加入GaN產(chǎn)業(yè)鏈,有初創(chuàng)公司EPC、GaN System、Transphorm、Navitas等,這些初創(chuàng)公司大多選擇代工廠制造模式,主要使用臺積電、Episil或X-FAB作為代工伙伴。行業(yè)巨頭如英飛凌、安森美、意法半導(dǎo)體、松下和德州儀器采用IDM模式。
2018年功率GaN產(chǎn)業(yè)鏈全景
下面就廠商具體展開。
(1)美國德州儀器
2015年3月,德州儀器發(fā)布了集成有80V GaN FET和驅(qū)動器IC的“LMG5200”,采用的是美國EPC公司的GaN FET。
2016年4月,德州儀器發(fā)布了將工作電壓為600V的GaN FET和驅(qū)動器IC集成在一個封裝里的“LMG3410”,并提供包括新產(chǎn)品樣品在內(nèi)的開發(fā)套件。此次采用的是TI自己開發(fā)的GaN FET。
2018年10月,推出支持高達10kW應(yīng)用的新型即用型600 V GaN場效應(yīng)晶體管,50mΩ和70mΩ功率級產(chǎn)品組合。
(2)歐美意法半導(dǎo)體
2018年9月,意法半導(dǎo)體宣布利用CEA Leti的200mm研發(fā)線合作開發(fā)用于二極管和晶體管的GaN-on-Si技術(shù)有望在2019年完成工程樣品驗證。意法半導(dǎo)體計劃在2020年前在法國圖爾市的前道晶圓廠建立一條完全滿足要求的生產(chǎn)線,包括GaN-on-Si異質(zhì)外延生產(chǎn)線。
(3)美國安森美
2015年,安森美與Transphorm建立合作關(guān)系,共同開發(fā)及共同推廣基于GaN的產(chǎn)品和電源系統(tǒng)方案,用于工業(yè)、計算機、通信、LED照明及網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的各種高壓應(yīng)用。
2015年,兩家公司已聯(lián)名推出第一代600 V GaN 級聯(lián)結(jié)構(gòu)(Cascode)晶體管,采用優(yōu)化的TO-220封裝,易于根據(jù)客戶現(xiàn)有的制板能力而集成。
(4)美國EPC
EPC是首個推出增強型氮化鎵(eGaNTM)FET的公司,可實現(xiàn)對傳統(tǒng)功率MOSFET的有效替代;EPC也是增強型GaN功率晶體管的供應(yīng)商。
2015年5月,美國Intersil l和EPC合作實現(xiàn)抗輻射GaN功率器件,可滿足衛(wèi)星和其他惡劣環(huán)境應(yīng)用需求。
2017年3月,EPC推出EPC2045及EPC2047氮化鎵場效應(yīng)晶體管,對比前一代的產(chǎn)品,晶體管的尺寸減半,性能顯著提升。
2017年6月,EPC推出200V/55A EPC2046功率晶體管,可應(yīng)用于無線充電、多級AC/DC電源供電、機械人應(yīng)用、太陽能微型逆變器及具低電感的馬達驅(qū)動器。
2018年5月,EPC推出350V GaN晶體管EPC2050,體積是對應(yīng)硅MOSFET尺寸的1/20,應(yīng)用領(lǐng)域包括太陽能逆變器、電動車充電器、電機驅(qū)動、多級轉(zhuǎn)換器配置。
(5)美國Transphorm
2007年成立,以美國加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的教授和研究人員為主體,致力于設(shè)計、生產(chǎn)GaN(氮化鎵)功率轉(zhuǎn)換器和模塊,已獲得了包括谷歌、富士通、凱鵬華盈、考菲爾德及拜爾斯、索羅斯基金管理公司、量子戰(zhàn)略合作伙伴在內(nèi)的眾多投資機構(gòu)的青睞。Transphorm建立了業(yè)界第一個,也是唯一通過JEDEC認證的600V GaN產(chǎn)品線。
2014年2月,Transphorm與富士通半導(dǎo)體的功率器件業(yè)務(wù)部進行了業(yè)務(wù)合并,Transphorm負責(zé)設(shè)計、富士通半導(dǎo)體負責(zé)制造并代理銷售。
2015年,Transphorm和安森美建立合作關(guān)系,共同推出基于GAN的電源方案。
(6)加拿大GaN Systems
GaN Systems成立于2008年,總部設(shè)在加拿大首都渥太華,專注于設(shè)計、研發(fā)和銷售氮化鎵功率開關(guān)半導(dǎo)體器件,提供100V和650V器件,關(guān)鍵技術(shù)是Island技術(shù),臺積電代工。
2008年,因項目涉及節(jié)能獲得加拿大政府的資金資助。
2011年,在實現(xiàn)產(chǎn)品原型后,獲得首筆風(fēng)險投資。
2014年,成為全球最早實現(xiàn)氮化鎵晶體管器件規(guī)?;慨a(chǎn)的公司之一,極大的降低了GaN晶體管生產(chǎn)成本,將GaN在電源轉(zhuǎn)換和控制領(lǐng)域的性能優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為商業(yè)現(xiàn)實。
2015年,完成了C輪2000萬美元融資,投資人包括加拿大著名的投資機構(gòu)BDC和來自中國的青云創(chuàng)投。
2018年7月,推出兩款無線功率放大器,100W功率放大器[GSWP100W-EVBPA]適用于筆記本電腦、娛樂級無人機、家用輔助機器人、電動工具和多款智能手機的快速充電等消費類市場。300W功率放大器[GSWP300W-EVBPA]面向工業(yè)和運輸市場,適用于交付無人機、倉儲機器人、醫(yī)療設(shè)備、工廠自動化、電動自行車和滑板車等應(yīng)用。
(7)日本松下
2013年3月,開始樣品供貨耐壓600V的GaN功率晶體管,此后不斷在功率電子及功率器件相關(guān)展會上進行展示。
2016年11月,終于開始量產(chǎn)耐壓600V的Si基GaN功率晶體管。
2016年12月,松下開發(fā)出了常閉型工作GaN功率晶體管,耐壓為1.7kV,導(dǎo)通電阻僅為1.0mΩcm。同月,松下試制出了使用GaN基GaN功率晶體管,與松下以往Si基板產(chǎn)品相比,將導(dǎo)通電阻(Ron)降至2/3,將輸出電荷(Qoss)減至約一半。
(8)日本Sanken
1999年12月成立,IDM企業(yè),原本做硅器件,現(xiàn)轉(zhuǎn)型做GaN、SiC第三代半導(dǎo)體器件。GaN功率器件以600V為主,處于研發(fā)階段。
(9)德國英飛凌
2014年9月,英飛凌以30億美元收購美國國際整流(IR)公司,通過此次并購,英飛凌將取得IR的Si基板GaN功率半導(dǎo)體制造技術(shù)。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轉(zhuǎn)換器、開關(guān)和服務(wù)器等。2013年5月,IR開始Si上GaN器件的商業(yè)化。
2015年3月,英飛凌和松下達成協(xié)議,聯(lián)合開發(fā)采用松下電器的常閉式(增強型)Si基板GaN晶體管結(jié)構(gòu),與英飛凌的表貼(SMD)封裝的GaN器件,推出高能效600V GaN功率器件。松下向英飛凌授予了使用其常閉型GaN晶體管結(jié)構(gòu)的許可。按照協(xié)議,兩家公司均可生產(chǎn)高性能GaN器件。
2018年6月,英飛凌宣布將于2018年底開始量產(chǎn)CoolGaN 400V和600V增強型HEMT。
(10)法國Exagan
2014年由Soitec和法國微/納米研究中心CEA-Leti共同出資成立,并獲得兩個機構(gòu)在材料和技術(shù)領(lǐng)域的授權(quán)。2015年5月獲得第一輪融資270萬歐元,以生產(chǎn)GaN功率開關(guān)器件。戰(zhàn)略合作伙伴包括X-FAB Silicon Foundries和面向200毫米GaN技術(shù)和制造的國際研究機構(gòu)CEA-Leti,TüVNORD GROUP提供產(chǎn)品質(zhì)量、測試和可靠性服務(wù)。
2018年7月,Exagan推出G-FET功率晶體管和G-DRIVE智能快速開關(guān)解決方案,在一個封裝中集成了驅(qū)動器和晶體管。
(11)德國Dialog
2016年 8月,Dialog推出首款650V硅基GaN電源IC產(chǎn)品--- DA8801,臺積電代工。
(12)以色列VISIC
2010年,公司成立。2011年,VISIC開始低導(dǎo)通電阻GaN開關(guān)樣品試用,導(dǎo)通電阻最低可達15mΩ,能在500kHz頻率、400V負載電壓下運行,電流大于30A。
2016年9月,發(fā)布650V/12A和1200VGaN器件。
2017年1月,完成11.6百萬美元C輪融資,推進GaN器件商業(yè)化。
2018年2月,發(fā)布1200V/80A GaN模塊。
(13)蘇州能訊
2007年成立,2011年完成第二輪3億元融資。已經(jīng)投資3.8億元人民幣,在昆山建設(shè)了中國第一家氮化鎵電子材料與器件工廠,設(shè)計產(chǎn)能為年產(chǎn)3寸氮化鎵晶圓6000片。能訊GaN HEMT器件通過級聯(lián)Si制MOSFET實現(xiàn)常關(guān)工作。
2013年3月,發(fā)布第一批符合JEDEC標準的600V Si襯底GaN功率器件。
2014年2月,新增了100V eGaN FET。
2014年3月,首次將PQFN封裝用于其JEDEC標準的600V Si襯底GaN功率器件。
2014年5月,發(fā)布650V normal-off 的GaN晶體管,四款是E-mode,一款是cascade,PQFN封裝。發(fā)布五款100V normal-off 的GaN晶體管產(chǎn)品,采用Cool Switching技術(shù)。
(14)蘇州晶湛
2012年成立,位于蘇州納米城,創(chuàng)始人***博士,IMEC海歸。生產(chǎn)GaN外延材料,應(yīng)用于微波射頻和電力電子領(lǐng)域;目前已可以提供6英寸、8英寸硅基氮化鎵晶圓材料。
(15)江蘇華功
2016年8月成立,由北京大學(xué)聯(lián)合中山大學(xué)提供技術(shù)支撐,致力于硅基氮化鎵功率電子產(chǎn)業(yè)化。
(16)珠海英諾賽科
成立于2015年12月,引進美國英諾賽科公司SGOS 技術(shù)。2017年11月,國內(nèi)首條8英寸硅基氮化鎵生產(chǎn)線正式投產(chǎn),主要包括100V-650V氮化鎵功率器件。
(17)重慶華潤微
2017年12月,華潤微電子對中航(重慶)微電子有限公司完成收購,擁有8英寸硅基氮化鎵生產(chǎn)線,國內(nèi)首個8英寸600V/10A GaN功率器件產(chǎn)品,用于電源管理。
(18)杭州士蘭微
國內(nèi)知名IDM企業(yè),建設(shè)6英寸硅基氮化鎵功率器件中試線。
2018年10月,杭州士蘭微電子股份有限公司廈門12英寸芯片生產(chǎn)線暨先進化合物半導(dǎo)體生產(chǎn)線正式開工。2017年12月,士蘭微電子與廈門市海滄區(qū)人民政府簽署了《戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》。士蘭微電子公司與廈門半導(dǎo)體投資集團有限公司共同投資220億元人民幣,在廈門規(guī)劃建設(shè)兩條12英寸90~65nm的特色工藝芯片(功率半導(dǎo)體芯片及MEMS傳感器)生產(chǎn)線和一條4/6英寸兼容先進化合物半導(dǎo)體器件(第三代功率半導(dǎo)體、光通訊器件、高端LED芯片)生產(chǎn)線。
(19)重慶聚力成
2018年11月,聚力成半導(dǎo)體(重慶)有限公司奠基儀式在大足高新區(qū)舉行,項目總投資50億元,以研發(fā)、生產(chǎn)全球半導(dǎo)體領(lǐng)域前沿的氮化鎵外延片、芯片為主,將打造集氮化鎵外延片制造、晶圓制造、芯片設(shè)計、封裝、測試、產(chǎn)品應(yīng)用設(shè)計于一體的全產(chǎn)業(yè)鏈基地。
總體來說,GaN關(guān)鍵技術(shù)主要掌握在美、歐、日主要企業(yè)手中,國內(nèi)企業(yè)也紛紛進入GaN領(lǐng)域,主要有蘇州能訊、蘇州晶湛、珠海英諾賽科、江蘇華功、重慶華潤微、杭州士蘭微等企業(yè)。國內(nèi)企業(yè)還需加快步伐,掌握核心技術(shù),一旦GaN功率市場打開,不至于落后于國外企業(yè)較大差距。
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原文標題:GaN功率半導(dǎo)體廠商梳理
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