富士通電子元器件高級市場經理蔡振宇（Eric）的“氮化镓產品主要的應用場景和未來的趨勢”主題分享，將富士通電子旗下代理產品線Transphorm公司獨特GaN技術和產品方案第一次帶到中國媒體麵前，采用創新的Cascode結構的HEMT高壓產品讓Transphorm在氮化镓功率表技術領域劍走偏鋒，成為該陣營的領頭羊。

 

富士通電子元器件高級市場經理蔡振宇（Eric）主題演講中

 

 

最近一年多以來，一個中國工程師和媒體社群極少聽到的品牌——美國Transphorm公司——以一種“穩秘模式”異軍突起，已成為電子能源轉換行業開發與供應GaN解決方案業務的國際公認領導廠商。據Eric介紹
，基於知名投資公司的資金支持(其中包括富士通
、穀歌風投

、索羅斯基金管理公司以及量子戰略合作夥伴資助等)
，Transphorm成為了一家快速成長的公司，尤其是在高壓GaN解決方案方麵是國際公認的領導者

，Transphorm致力實現高效且緊湊的電源轉換。

 

“事實上，Transphorm已經是GaN技術的行業‘老兵’。”Eric指出，“Transphorm創始人與核心工程團隊在電源和GaN半導體方麵，有超過20年的直接經驗和領先地位。”據悉
，自1994年以來，Transphorm的團隊已經率先推出了最早的GaN晶體管的開發，幾經合並後的團隊帶來了卓越的垂直整合經驗，其中包括GaN材料和器件、製造與測試、可靠性和應用工程，以及製造和電力行業知識。“這(zhe)種(zhong)垂(chui)直(zhi)專(zhuan)業(ye)技(ji)術(shu)保(bao)證(zheng)了(le)能(neng)夠(gou)以(yi)最(zui)快(kuai)的(de)速(su)度(du)響(xiang)應(ying)客(ke)戶(hu)的(de)需(xu)求(qiu)，並(bing)且(qie)確(que)保(bao)了(le)重(zhong)要(yao)的(de)知(zhi)識(shi)產(chan)權(quan)地(di)位(wei)，同(tong)時(shi)還(hai)提(ti)供(gong)符(fu)合(he)客(ke)戶(hu)的(de)要(yao)求(qiu)專(zhuan)用(yong)電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。”Eric表示。

 

Transphorm公司的GaN專業知識和垂直整合使其能夠快速開發出高性能、可靠並且強勁的產品。Transphorm是重要戰略性知識產權的初創者，擁有超過400項國際專利
，包括收購富士通的功率GaN設計
、開發和知識產權資產。Transphorm的專利實現了成功將GaN商業化的方方麵麵，包括材料生長、器件結構、器件製造方法
、電路的應用、架構和封裝等。

 

 

據Eric介紹，Transphorm HEMT 氮化镓產品的獨特性源於其獨特的產品內部結構。從半導體的結構來看，HEMT 氮化镓產品跟普通MOSFET不一樣
，電流是橫向流，它是在矽的襯底上麵長出氮化镓，它是S極垂直往上的
，上麵是S極流到D極，與傳統的MOS管流動不一樣。

 

HEMT器件獨特的Cascode結構剖析

 

目mu前qian所suo有you的de產chan品pin在zai技ji術shu和he研yan發fa上shang有you兩liang個ge方fang向xiang，一yi個ge是shi上shang電dian的de管guan子zi是shi關guan著zhe的de，還hai有you一yi種zhong是shi上shang電dian以yi後hou管guan子zi是shi打da開kai的de。基ji本ben上shang前qian麵mian的de產chan品pin是shi沒mei有you辦ban法fa用yong的de，因yin為wei一yi上shang電dian管guan子zi就jiu關guan了le。“有友商在第一個管子上麵人為地做成Normally off（常關）。但隨著時間的推移
，原來5伏可以打開，慢慢時間久了可能6伏才能打開。”Eric指出，“對這個問題，Transphorm給出了解決辦法——通過增加一個低壓MOS管
，這個結構就是前麵提到的Cascode結構，用常開的產品實現常閉產品一樣的性能。”

 

據Eric解釋，此結構的優點首先是它的閾值非常穩定地設定在2V，即給5伏就可以完全打開
，一旦到0V會完全關閉。而且這個結構還帶來另一個優勢：danhuajiadequdonghexianzaideguijishijianrongde

，keyiwufengdilianjiedaodanhuajiadegonglvqijianshang，meiyoubiyaogaichengxindejiegou。zheweigongchengshishejihuidailaiyixiebianli，GaN橫向結構沒有寄生二極管更小的反向恢複損耗和器件高可靠性
，

GaN是常開器件Vgs為負壓時關斷
，實際上Transphorm在GaN上串聯一個30V的Si MOS解決0V關斷5V導通的問題。

 

HEMT結構的氮化镓產品確實有很多獨特的優勢，但到底好到什麼程度呢？能不能對其與主要的競爭產品進行特性對比
？Eric給出了一組數據——Transphorm找了一個市場上比較流行的某友商的產品進行了關鍵參數對比：該廠商的正向導通所需的柵極電荷是44
，而Transphorm是6.2，約七分之一；友商產品的QRR一般是5300，Transphorm是54，隻約為其1%。

 

幾個關鍵數據的對比，HEMT GaN技術特性優勢明顯

   

創新的結構設計讓HEMT GaN功率器件可以在極高的dv / dt（>100 V / NS）tiaojianxiajinxingkaiguan

，tongshijuyoudizhenlinghexiaofanxianghuifu。qingjiehekuaisuguodudadajiangdikaiguansunhao，congertigaolegaopinyingyongzhongdexiaolv，tongguoshiyongjiaoxiaodecixingyuanjian，keshixiangenggaodegonglvmidu。youqishiTransphorm公司600V的GaN功率晶體管的推出，使得之前不切實際的非常規電路能夠得以實現。此外
，來自這些高性能GaN-on-Si HEMT的同步低導通電阻和低反向恢複電荷，具有低共模EMI的出色特性


，這種基於GaN的PFC具有最小數字的快速功率器件，並且為主電流提供最小阻抗的路徑
，可以實現從230Vac到400Vdc電源變換達到99％的效率。

 

現場展示的基於HEMT器件的電源模塊方案與業界競爭解決方案的對比

 

在演講現場
，富士通電子展示了兩款基於HEMT器件的電源模塊方案。“我們的PFC+LLC電源與類似的競爭方案相比，電路板尺寸可以縮減45%
，在滿載和10%的負載下
，我們可以分別提高1.7%和3%的效率。對於很多效率要求苛刻的應用來說，這是一個非常大的提升。”Eric指出。

 

 

“盡管性能參數很不錯，但作為係統的‘心髒’，電源模塊的設計工程師通常還是很謹慎的，到底怎麼保證你這個結構的產品可靠性呢？”在聽完Eric的介紹後，現場與會工程師對HEMT氮化镓產品的性能產生了極高的關注，但也有部分人提出類似的顧慮。“這確實是個很重要的問題
，但工程師可以非常放心選擇HEMT功率解決方案，我們600V的氮化镓產品是第一個也是目前唯一一個通過JEDEC業界認證的氮化镓產品。”Eric介紹道。

 

獨特的性能優勢
、更小的電路板尺寸受到與會者的關注

 

據Eric介紹，要通過這個認證，需要通過一係列的嚴格測試，比如高、低溫測試
、高濕測試。每個測試項要經過77個產品的檢測，放在三個不同的地方做這些不同的測試，而且必須是全部231顆芯片完全沒有問題才能通過該認證。“可靠性是電源工程師非常重要的指標。我們做了那麼多實驗都完全沒有問題，所以我們產品的可靠性也獲得了全球客戶的信賴。”Eric對現場工程師和媒體表示。

 

事實上，Transphorm已經實施了美國最先進的質量管理體係
，並通過了ISO 9001：2008認證
，所有產品均符合JEDEC標準 JESD47。作為唯一一家通過JEDEC認證的氮化镓產品，Transphorm展示了高電壓GaN功率器件固有的生命周期性能，電場和溫度加速測試已經證明了在600V（HVOS測試超過1,000伏，150°C）條件下超過1,000萬個小時的續航時間，以及在200°C的結溫條件下，超過1,000萬小時的壽命。

 

 

 

Transphorm依據基本發展路線圖進行開發，首先是合格的600 V器件和1000V器件。Transphorm的研究和開發還在繼續，現在推出了600V的擴展係列，采用更低的R（ON）設備和高功率封裝（含模塊），然後是繼150V器件之後的1200 V器件。據Eric透露

，今年會推出900V和1200V的產品
，低壓方麵會提供150V的產品。據悉，未來Transphorm還將推出代替Cascode的E-Mode創新結構技術
，將會把當前結構中存在的不利因素解決掉，實現更卓越的功率器件性能。將提供更大功率的產品
，從2014年推出第一顆TO240
，電流從30
、40，逐步往60、70、80的方向發展。