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GaN功率半導體廠商梳理

2018-12-24

GaN材料原先被用為如藍色LED等LED類產品的主要原料,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/高頻領域。

與硅基功率半導體市場相比,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應用:市場演進有兩種可能的場景,來源:Yole 2018

隨著GaN功率器件產業的發展,越來越多的公司加入GaN產業鏈,有初創公司EPC、GaN System、Transphorm、Navitas等,這些初創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。行業巨頭如英飛凌、安森美、意法半導體、松下和德州儀器采用IDM模式。

2018年功率GaN產業鏈全景,來源:Yole

下面就廠商具體展開。

(1)美國德州儀器

2015年3月,德州儀器發布了集成有80V GaN FET和驅動器IC的“LMG5200”,采用的是美國EPC公司的GaN FET。

2016年4月,德州儀器發布了將工作電壓為600V的GaN FET和驅動器IC集成在一個封裝里的“LMG3410”,并提供包括新產品樣品在內的開發套件。此次采用的是TI自己開發的GaN FET。

2018年10月,推出支持高達10kW應用的新型即用型600 V GaN場效應晶體管,50mΩ和70mΩ功率級產品組合。

(2)美國意法半導體

2018年9月,意法半導體宣布利用CEA Leti的200mm研發線合作開發用于二極管和晶體管的GaN-on-Si技術有望在2019年完成工程樣品驗證。意法半導體計劃在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線,包括GaN-on-Si異質外延生產線。

(3)美國安森美

2015年,安森美與Transphorm建立合作關系,共同開發及共同推廣基于GaN的產品和電源系統方案,用于工業、計算機、通信、LED照明及網絡領域的各種高壓應用。

2015年,兩家公司已聯名推出第一代600 V GaN 級聯結構(Cascode)晶體管,采用優化的TO-220封裝,易于根據客戶現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,可實現對傳統功率MOSFET的有效替代;EPC也是增強型GaN功率晶體管的供應商。

2015年5月,美國Intersil l和EPC合作實現抗輻射GaN功率器件,可滿足衛星和其他惡劣環境應用需求。

2017年3月,EPC推出EPC2045及EPC2047氮化鎵場效應晶體管,對比前一代的產品,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,可應用于無線充電、多級AC/DC電源供電、機械人應用、太陽能微型逆變器及具低電感的馬達驅動器。

2018年5月,EPC推出350V GaN晶體管EPC2050,體積是對應硅MOSFET尺寸的1/20,應用領域包括太陽能逆變器、電動車充電器、電機驅動、多級轉換器配置。

(5)美國Transphorm

2007年成立,以美國加州大學圣塔芭芭拉分校的教授和研究人員為主體,致力于設計、生產GaN(氮化鎵)功率轉換器和模塊,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、量子戰略合作伙伴在內的眾多投資機構的青睞。Transphorm建立了業界第一個,也是唯一通過JEDEC認證的600V GaN產品線。

2014年2月,Transphorm與富士通半導體的功率器件業務部進行了業務合并,Transphorm負責設計、富士通半導體負責制造并代理銷售。

2015年,Transphorm和安森美建立合作關系,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,總部設在加拿大首都渥太華,專注于設計、研發和銷售氮化鎵功率開關半導體器件,提供100V和650V器件,關鍵技術是Island技術,臺積電代工。

2008年,因項目涉及節能獲得加拿大政府的資金資助。

2011年,在實現產品原型后,獲得首筆風險投資。

2014年,成為全球最早實現氮化鎵晶體管器件規模化量產的公司之一,極大的降低了GaN晶體管生產成本,將GaN在電源轉換和控制領域的性能優勢轉化為商業現實。

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BDC和來自中國的青云創投。

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]面向工業和運輸市場,適用于交付無人機、倉儲機器人、醫療設備、工廠自動化、電動自行車和滑板車等應用。

(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展會上進行展示。

2016年11月,終于開始量產耐壓600V的Si基GaN功率晶體管。

2016年12月,松下開發出了常閉型工作GaN功率晶體管,耐壓為1.7kV,導通電阻僅為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基板產品相比,將導通電阻(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,原本做硅器件,現轉型做GaN、SiC第三代半導體器件。GaN功率器件以600V為主,處于研發階段。

(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功率半導體制造技術。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轉換器、開關和服務器等。2013年5月,IR開始Si上GaN器件的商業化。

2015年3月,英飛凌和松下達成協議,聯合開發采用松下電器的常閉式(增強型)Si基板GaN晶體管結構,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晶體管結構的許可。按照協議,兩家公司均可生產高性能GaN器件。

2018年6月,英飛凌宣布將于2018年底開始量產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,并獲得兩個機構在材料和技術領域的授權。2015年5月獲得第一輪融資270萬歐元,以生產GaN功率開關器件。戰略合作伙伴包括X-FAB Silicon Foundries和面向200毫米GaN技術和制造的國際研究機構CEA-Leti,TüVNORD GROUP提供產品質量、測試和可靠性服務。

2018年7月,Exagan推出G-FET功率晶體管和G-DRIVE智能快速開關解決方案,在一個封裝中集成了驅動器和晶體管。

(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開始低導通電阻GaN開關樣品試用,導通電阻最低可達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器件商業化。

2018年2月,發布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。已經投資3.8億元人民幣,在昆山建設了中國第一家氮化鎵電子材料與器件工廠,設計產能為年產3寸氮化鎵晶圓6000片。能訊GaN HEMT器件通過級聯Si制MOSFET實現常關工作。

2013年3月,發布第一批符合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,發布650V normal-off 的GaN晶體管,四款是E-mode,一款是cascade,PQFN封裝。發布五款100V normal-off 的GaN晶體管產品,采用Cool Switching技術。

(14)蘇州晶湛

2012年成立,位于蘇州納米城,創始人程凱博士,IMEC海歸。生產GaN外延材料,應用于微波射頻和電力電子領域;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,由北京大學聯合中山大學提供技術支撐,致力于硅基氮化鎵功率電子產業化。

(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。2017年11月,國內首條8英寸硅基氮化鎵生產線正式投產,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線,國內首個8英寸600V/10A GaN功率器件產品,用于電源管理。

(18)杭州士蘭微

國內知名IDM企業,建設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英寸芯片生產線暨先進化合物半導體生產線正式開工。2017年12月,士蘭微電子與廈門市海滄區人民政府簽署了《戰略合作框架協議》。士蘭微電子公司與廈門半導體投資集團有限公司共同投資220億元人民幣,在廈門規劃建設兩條12英寸90~65nm的特色工藝芯片(功率半導體芯片及MEMS傳感器)生產線和一條4/6英寸兼容先進化合物半導體器件(第三代功率半導體、光通訊器件、高端LED芯片)生產線。

(19)重慶聚力成

2018年11月,聚力成半導體(重慶)有限公司奠基儀式在大足高新區舉行,項目總投資50億元,以研發、生產全球半導體領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、芯片設計、封裝、測試、產品應用設計于一體的全產業鏈基地。

總體來說,GaN關鍵技術主要掌握在美、歐、日主要企業手中,國內企業也紛紛進入GaN領域,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。國內企業還需加快步伐,掌握核心技術,一旦GaN功率市場打開,不至于落后于國外企業較大差距。


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