应Yole之邀,罗姆道出了怎么GaN

10月5日,当国人还沉浸在假期乐趣无法自拔之时,罗姆(ROHM)却已在知名市场研究公司Yole Group的专访文章中名闻遐迩了。采访文章的标题是“罗姆在GaN赛道加速领先”,采访者是Yole Group旗下Yole Intelligence的技术和市场分析师Taha Ayari和Yole SystemPlus的技术和成本分析师Olusayo Loto;受访者是罗姆Power Stage产品开发部经理吉木贤一(Kenichi Yoshimochi)。



事实上,罗姆上不上Yole的榜,只对罗姆重要,而我所关心的是这次采访透露的几个关于GaN的重要信息。

难得激进的一家日企

先来看罗姆这家公司,相比最近爆出“卖身”退市消息的老牌家电企业东芝,以及正式在华停产的三菱汽车,罗姆从一家最初做电阻器的厂商,历经65载发展成为一家世界知名的半导体元器件及集成电路供应商,如今还在研发和商业化最时髦的碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料和器件,的确是激进得令人羡慕!

罗姆成立于1958年,除了其网站上列出的10000种产品外,还可以提供数十万种定制产品来满足客户需求。公司目前员工人数为23754,研发人员2930名,研发费用与销售额百分比为8.4,持有专利数量大约为9300个。罗姆环保产品的开发比为100%,通过制定“2050年环境愿景”,为罗姆集团到2050年实现可持续社会提供了蓝图。除了基于“气候变化”、“资源回收”和“与自然共存”三个主题追求零碳(零二氧化碳排放)和零排放外,罗姆还在促进与自然循环和谐相处的商业活动,以保护生物多样性。

2020年,罗姆确立了一个新的管理愿景——“我们专注于电源和模拟解决方案,通过满足客户对产品节能和小型化的需求来解决社会问题。”

2023年9月,罗姆财报显示,其上一财年营业收入4521.24亿日元,同比增长25.6%;营业利润714.79亿日元,同比增长85.7%;净利润668.27亿日元,同比增长80.6%,今年营收有望创出新高。

GaN应用不止于消费类快充

到目前为止,消费类快速充电器和适配器仍然是功率GaN技术的主要目标应用,趋势包括高达300W的更高输出功率,以及实现“全GaN”充电器,从而提高GaN的利用率。

在消费领域以外,汽车和数据中心应用已成为GaN增长的催化剂,Yole预计,到2028年,这两个领域GaN器件市场将超过20亿美元。

GAN功率器件市场(百万美元)


吉木贤一认为,数据中心是现在可以利用GaN器件优势的一个领域。近年来,对数据中心的需求迅速增长,巨大的功耗已成为一个大问题。而在电源部分使用高功率转换效率的GaN可以实现显著的能量节省。

此外,在AC适配器、PC、电视和空调等消费类产品中,使用GaN器件可以减少能源消耗,同时缩小应用的尺寸和厚度。他相信,GaN器件可以在OBC(车载充电器)等领域节省能源并缩小尺寸。“我们正在开发用于汽车应用的产品,但目前我无法说明具体时间。”他说。

作为功率电子市场的领跑者,罗姆在2022年推出新产品进入功率GaN业务后,已取得了重大进展。他领导的部门主要开发GaN器件和GaN专用控制IC产品,主要研究领域是材料相关工程。

“包括外围组件的(GaN)解决方案”的优点更适用于具有高频驱动电位的GaN,而不是SiC。”他表示。

GaN源于自有技术

提高电源和电机效率是实现脱碳社会的一个全球性问题,而提高效率的关键是功率器件,SiC和GaN等新材料的使用有望进一步提高各种类型电源的效率。罗姆开发并量产了各种独特的硅器件和业界领先的SiC器件。

与此同时,罗姆还开发了在中等电压范围内擅长高频操作的GaN器件。吉木贤一说:“GaN HEMT的稳定和高质量制造对于GaN器件的全面推广至关重要。保持高质量的制造技术对于生长GaN外延层至关重要,特别是基于GaN on Si技术。”

据他介绍,罗姆拥有多年来为量产可靠的LED产品开发的基本外延和生长技术。言外之意,在生产方面,GaN的最大优势是可以使用之前的硅技术设备。这对扩大GaN器件产能,保证稳定供应,降低器件成本都有好处。“通过将我们的专业知识应用于GaN HEMT,我们能够为需要长期可靠性的市场提供稳定的供应。”他说。

经过约20年的研发,2022年罗姆首次量产耐压为150V的GaN HEMT。凭借其独特的结构,成功将栅极/源极额定电压从典型的6V提高到8V,提高了采用GaN器件的电源电路的设计裕度和可靠性。

此外,为了最大限度地提高GaN HEMT的低损耗和高速开关性能,并在应用中实现稳定的性能,除了器件本身的鲁棒性之外,还需要能够提供稳定控制的专用IC。为了应对这一挑战,罗姆为GaN HEMT开发了基于模拟的IC设计技术,以满足新的市场需求。罗姆推出的EcoGaN™品牌旨在实现GaN的稳定控制,凡是搭载GaN的器件都在其中,包括正在开发和商业化的栅极驱动器、控制器和其他产品。

主攻150V和650V,1200V没上日程

2022年,罗姆通过发布其首款EcoGaN™产品进入功率GaN市场,目前可提供分立式150V和650V器件,1200V器件并没有被提及。


对于产品路线图,吉木贤一回应道,2023年4月罗姆开始量产耐压650V的单个GaN HEMT;6月,开始量产GaN HEMT和采用同一SiP(系统级封装)的栅极驱动IC(内置GaN HEMT)。2024年,罗姆计划量产在同一封装中集成栅极驱动IC和功率控制IC的GaN HEMT。

具体而言,罗姆计划在2024年第一季度开始量产搭载伪谐振AC-DC电路或功率因数校正电路的电源控制IC;同年第二季度,计划开始量产搭载半桥电路控制IC的产品;三年内,还计划量产结合单栅极驱动IC和电源控制IC的650V GaN HEMT。

2022年3月,罗姆已开始量产耐压150V的单个GaN HEMT;三年内,计划逐一开发以下产品:GaN HEMT和栅极驱动IC;同一封装中的GaN HEMT、栅极驱动IC和电源控制IC;以及栅极驱动IC单个单元、电源控制IC单个单元,还有与耐压150V GaN HEMT集成的栅极驱动IC和电源控制IC。

独家战略更快获得市场份额

现在,做GaN业务的初创公司都试图能够在快速上市的消费电源应用中获得市场份额。罗姆的战略并不短视。吉木贤一表示,罗姆首先是从用户角度来解决问题。一种产品是SiP,其中650V GaN HEMT、栅极驱动器和外围组件自2023年6月已经量产。通过为GaN HEMT提供难以处理的栅极,并结合为此应用优化的专用栅极驱动器,可以容易地取代传统的硅功率MOSFET。

“将罗姆擅长的模拟技术集成到我们的产品开发和产品阵容扩展中是罗姆的另一项独家战略。”他说。在这方面,罗姆有三大技术支柱,一个是利用模拟控制技术开发的创新电源Nano系列,采用“Nano Pulse Control™”技术,将GaN器件的性能最大化,实现超高速开关。另两个技术是“Nano Energy™” 和“Nano Cap™”,可以显著减小传统功率器件的尺寸和能耗,通过GaN器件极高的能量转换效率实现节能和小型化。

“无论GaN的能量转换效率有多高,驱动控制它的IC的任何延迟都会使GaN无能为力。因此,我们需要提供包括外围组件的解决方案。”他补充说。

除了提供评估/仿真工具外,罗姆还通过FAE(现场应用工程师)建立了一个支持体系。

IDM不排除外包

罗姆是SiC和硅制造的垂直整合公司(IDM),功率GaN业务采用什么样的商业模式呢?吉木贤一表示,虽然罗姆是一家IDM,但如果有代工厂和OSAT(外包封装和测试)可以提供特定优势,也会在生产过程中加以利用。不过,他没有透露晶圆尺寸或公司的具体名称。

从公开信息看,罗姆和中国台湾创业公司Ancora有着密切合作关系,他表示,Ancora是台达的一家分拆企业,是罗姆与台达合作的一部分,双方在GaN器件业务中建立了战略合作伙伴关系。罗姆希望这项合作有助于开发和扩大GaN器件业务,在台达开发的新应用中使用罗姆的GaN器件和控制IC。

SiC和GaN将并驾齐驱

吉木贤一最后强调,在功率领域,罗姆将继续开发和量产下一代功率半导体,包括适用于高压应用的SiC和适用于高频应用的GaN。在模拟领域,罗姆正在开发和量产电源IC、驱动器IC和其他采用行业领先技术的产品。罗姆的优势是能够将这些独特的产品结合起来,并将其作为解决方案提供给用户。罗姆将以自己的产品和解决方案为实现双碳做出贡献,并满足利益相关者的期望。



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