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EPC：氮化鎵芯片級組件＆功率級集成電路，皆專精！

本文作者：任苙萍點(diǎn)擊： 2020-11-16 10:56

前言：

以開發(fā)更快速開關(guān)特性、更小型及兼具成本效益之＂增強(qiáng)型氮化鎵場效應(yīng)晶體管＂(eGaN® FET) 而聞名的宜普電源轉(zhuǎn)換公司 (EPC)，又怎么看待氮化鎵 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 的關(guān)系？EPC 首席執(zhí)行長及共同創(chuàng)辦人 Alexander Lidow 博士斷言，兩者市場幾乎很少重迭——氮化鎵技術(shù)和組件將主導(dǎo) 650V 以下應(yīng)用，而碳化硅將主導(dǎo) 900V 以上。至于 650～900V 之間的市場則會由氮化鎵、碳化硅及絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 分食。值得留意的是，氮化鎵組件采用橫向結(jié)構(gòu)，因此所有電氣端子 (包括：柵極、汲極和源極) 都位于同一表面上，好處多多。

照片人物：EPC 首席執(zhí)行長及共同創(chuàng)辦人 Alexander Lidow 博士

氮化鎵的獨(dú)特：易于整合成為功率級 IC 且應(yīng)用廣泛

首先，是工程師更易于將多個氮化鎵功率組件、模擬和數(shù)字功能整合在一起；例如，EPC2152 單片式功率級半橋拓?fù)洌桶瑑蓚€功率場效應(yīng)晶體管 (FET)，并集成了驅(qū)動器、電平移位元、自舉電路、保護(hù)電路和邏輯電路。這是碳化硅組件不可能企及的。其次，氮化鎵組件的核心市場主要是面向基于 650V 或具有更低阻斷電壓能力的功率組件應(yīng)用，市場種類很廣泛，而最大的應(yīng)用市場包括計(jì)算機(jī)和車載的 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換、AC 適配器、計(jì)算機(jī)應(yīng)用的 AC/DC 轉(zhuǎn)換器、光達(dá) (LiDAR)、太陽能應(yīng)用、無線電源傳輸、馬達(dá)驅(qū)動器、小型醫(yī)療用設(shè)備和衛(wèi)星系統(tǒng)。

圖1：EPC 推出功率級集成電路——EPC2152

資料來源：EPC 提供

相對來說，碳化硅組件更專注于工業(yè)應(yīng)用，例如：大功率運(yùn)動控制、牽引驅(qū)動器和高壓 AC/DC 轉(zhuǎn)換器等。Lidow 認(rèn)為在未來幾年內(nèi)，氮化鎵技術(shù)和組件的發(fā)展和增長將比碳化硅技術(shù)和組件更快速，這是因?yàn)榈壗M件可支持的各種應(yīng)用增長速度更快，且這些應(yīng)用的設(shè)計(jì)周期更短。此外，氮化鎵技術(shù)是光達(dá)系統(tǒng)背后的一項(xiàng)核心技術(shù)，分眾市場遍及自駕車、卡車、機(jī)器人和無人機(jī)；氮化鎵組件更是汽車 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)選，尤其是用于處理自動駕駛功能的相關(guān)密集圖形系統(tǒng)。隨著自駕車和電動汽車越來越普及，氮化鎵日后爆發(fā)力可期。

eGaN FET 踩線硅基功率 MOSFET，惟氮化鎵 IC 設(shè)計(jì)難度高

身為氮化鎵先進(jìn)的 Lidow 博士，介紹氮化鎵技術(shù)將以兩種方式快速發(fā)展：一是氮化鎵組件的尺寸越來越小型化，在相同的功率處理能力下，氮化鎵組件已比 MOSFET 組件縮減 5～15 倍，但氮化鎵組件理論上最大性能，比它目前已實(shí)現(xiàn)的大 300 倍！二是氮化鎵組件易于整合，所以有越來越多的氮化鎵基功率 IC (集成電路) 出現(xiàn)：Navitas 公司和 EPC 公司都是憑借最新氮化鎵 IC 而囊括廣泛的市場滲透率——Navitas 專注于小型 AC 適配器市場，EPC 則專注于高密度 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和馬達(dá)驅(qū)動器。Lidow 亦分別就氮化鎵 IC 設(shè)計(jì)及制造做出點(diǎn)評。

圖2：EPC 應(yīng)用于飛時測距 (ToF) 的演示板——EPC9144

資料來源：EPC 提供

Lidow 指出，由于集成電路的技術(shù)比離散式晶體管更顯復(fù)雜，且氮化鎵技術(shù)仍不如硅技術(shù)般成熟，可整合的組件較少 (例如：電容器、電阻器、P 通道晶體管等)，IC 設(shè)計(jì)人員必須比硅組件模擬設(shè)計(jì)具備更多關(guān)于氮化鎵組件的知識，且能依靠的自動化工具更少。所幸，氮化鎵組件可在硅晶圓廠中同時與硅晶圓進(jìn)行生產(chǎn)，故 IC 制造工藝的挑戰(zhàn)不大；這些成熟的代工廠已坐擁制造高效、低成本氮化鎵 IC 所需的工具和條件。最后，Lidow 總結(jié) EPC 氮化鎵產(chǎn)品的差異化與競爭優(yōu)勢：

? 專注于最高功率密度、400V 以下的芯片級組件市場，且生產(chǎn)各種氮化鎵 IC 已逾六年以上；

? 相較于硅基功率 MOSFET 組件，EPC 公司的氮化鎵場效應(yīng)晶體管 (eGaN FET) 體積更小、開關(guān)更快、組件更可靠穩(wěn)固，且價格已逼近硅基功率 MOSFET 組件。

Lidow 說明，MOSFET 組件的性能已達(dá)理論極限，成為按價格出售的通用產(chǎn)品；反觀當(dāng)前組件性能已是硅組件數(shù)倍的氮化鎵，每天都還在進(jìn)步中。隨著新應(yīng)用青睞并采用更卓越的氮化鎵技術(shù)，MOSFET 組件的增長已呈現(xiàn)放緩態(tài)勢。

圖3：集成電路的技術(shù)迥異于離散式晶體管，設(shè)計(jì)難度更高，而 EPC 的 GaN IC 處于業(yè)界領(lǐng)先地位

資料來源：EPC 提供

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