德州仪器：与系统厂商密切合作，推动GaN技术的广泛应用
2019-03-09 15:14:45 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
作为功率集成电路的领导者，TI致力于提供使系统工程师能够实现最佳性能系统的产品。GaN是一种将电力电子器件的功率密度增加一倍并获得更佳性能的创新技术。TI相信以功率级的方式，即将GaN FET与驱动器集成，是让用户获得GaN高速、高转换率和高开关频率的最简单和最理想的方法
微访谈：德州仪器（TI）技术创新架构师Stephanie Watts Butler博士
据麦姆斯咨询报道，众多关键市场应用，包括电源，功率GaN（氮化镓）均能取代硅基MOSFET（场效应晶体管）。Yole在《功率GaN：外延、器件、应用及技术趋势-2018版》报告中预测，这项新技术市场前景可期，未来五年的复合年增长率高达55%。
功率GaN应用：市场演进有两种可能的场景
到目前为止，功率GaN市场存在不同形态的产品，包括分立式、单片式和多芯片集成解决方案。然而，从客户的角度来看，目前主要障碍来自GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）如何实现在现有电路中的集成。许多GaN厂商都认识到，要采用这项技术还需要为客户提供知识的传授，向系统设计者讲授新的拓扑结构，才能确保GaN的性能优于硅。此外，GaN制造商和系统设计者必须密切合作，充分了解系统需求，以找到越来越多的GaN集成解决方案来提高系统性能。德州仪器（Texas Instruments，以下简称TI）公司就是这么做的，TI将GaN FET与适配栅极驱动解决方案集成封装在一起。事实上，作为电源管理解决方案的全球领先者，TI直接受益于其独特的栅极驱动器产品的专业知识积累。
Yole技术和市场分析师Ana Villamor博士、Ezgi Dogmus博士和Hong Lin博士有幸采访了TI的高压电源技术创新架构师Stephanie Watts Butler博士，讨论了TI的技术现状和未来几年的发展方向。
此外，由于Butler博士是JEDEC JC-70宽禁带功率半导体委员会主席，从采访中也能够对委员会的活动有更多的了解。
Yole：首先请向我们的读者做自我介绍，您在TI的主要工作职责是什么？
Stephanie Watts Butler（以下简称SWB）：我在TI担任高压和隔离技术创新架构师。我的职责是识别和推动新技术研发，促成从概念到市场的差异化产品。我的职责是在TI的产品团队、技术和制造团队、学术团体、研究实验室、外部组织和供应商之间建立合作关系。GaN作为一种具有高度差异化产品潜力的颠覆性技术，是我们重点关注的技术之一。
TI发布的功率GaN产品LMG341x的优势展示
Yole：您能简单介绍下TI在GaN领域的主要活动吗？当初为什么TI决定发展GaN技术？背后的推动因素来自哪些方面？
SWB：作为功率集成电路的领导者，TI致力于提供使系统工程师能够实现最佳性能系统的产品。GaN是一种将电力电子器件的功率密度增加一倍并获得更佳性能的创新技术。TI相信以功率级的方式，即将GaN FET与驱动器集成，是让用户获得GaN高速、高转换率和高开关频率的最简单和最理想的方法。这种功率级方式，在兼容硅基工艺的代工厂进行GaN加工，自然地利用了TI的优势。
Yole：TI现有的功率级产品主要有什么？TI主要关注哪些市场应用？
SWB：TI致力于从系统层面来解决问题，并提供驱动整个生态系统的解决方案，让GaN更易于使用并能最大限度地提高效率。Ti的GaN功率级模块能将最广泛的电源管理产品进行组合，包括数字功率控制器和高性能MCU（微控制单元），从而优化性能。对于那些首选分立GaN FET的应用，TI能提供的特殊GaN栅极驱动集成电路组合最为丰富。
TI已经可以提供几款600V GaN功率级产品：LMG3410R050、LMG3410R070 和LMG3411R070，包括集成驱动器，极端条件下也能工作。详见《德州仪器600V氮化镓FET功率级产品：LMG3410》。同时，TI的功率级产品还有LMG5200——80V 10A半桥功率级产品。LMG5200采用增强模式GaN FET提供了一套集成功率级解决方案。该器件包含两个80V GaN FET，它们由采用半桥配置的同一高频GaN FET驱动器提供驱动，封装形式为四方扁平无引线（QFN）封装。详见《德州仪器LMG5200氮化镓半桥功率级》。
Yole：TI如何定义自己？TI是否有推动GaN技术的成功合作案例？
SWB：为了了解系统设计者的需求并提供集成电路以外的支持，TI与他们保持密切的关系。这一层面的支持和协作将有助于推动GaN的采用。TI的公司官网发布了大量应用指导和培训视频等辅助资料，帮助工程师更轻松地设计系统。
此外，数十年来，TI一直是JEDEC的积极成员，并利用我们的经验协助JEDEC组建了JC-70委员会。今天，参加JC-70的公司已经超过50家。
TI与学术界、技术协会和各种会议开展广泛接触。通过各项合作，TI保持着对最新技术发展的“嗅觉”，有助于推动未来的发展方向。
Yole：如今，在向客户介绍GaN产品时，你们面临的主要挑战是什么？
SWB：我们面临的最大挑战，也是我们最大的机会：系统设计者期望得到强大的支持和系统知识，而不仅仅是一家提供集成电路的供应商。我们看到工程师对GaN也有相同需求，TI能提供多种产品组合，也能提供这种支持，因此而闻名。当然，对于GaN，拓扑结构和工作原理与硅都不同，这就是为什么GaN可以实现新的系统性能和功率密度。因此，我们必须准备好与系统设计者解决这些差异。
Yole：GaN集成电路将是未来的解决方案。请您比较下单片式与Si + GaN的集成解决方案。
SWB：工程师并不在乎这是单片还是多芯片。他们关心的是性能、可靠性和技术支持——不管采用哪种方法，这都将是TI的重点。
Yole：如今的功率GaN市场规模还非常小，Yole根据快速充电适配器和无线充电产品的普及情况，对市场发展预测了两种不同的场景。在您看来，GaN器件的市场机遇是什么？
SWB：市场机会非常多。使用GaN器件的原因可能有所不同：从通过GaN完成系统更改实现功率密度，到仅由GaN实现新系统应用。因此，今天选择单一市场作为最大的驱动力是不可能的，而不同市场才有可能推动需求量的增长。
Yole：作为JEDEC JC-70的主席，您能对委员会的活动发表下评论吗？
SWB：JC-70成立于2017年10月，当时的成员有23家。发展到今天，JC-70已经有50多家成员，并在成立后一年多的时间里完成了重大的里程碑。JEDEC刚刚宣布了该委员会的第一份出版物：JEP173——基于GaN HEMT的功率转换器件的动态电阻测试方法指南。JEP173展示了氮化镓行业是如何迅速聚集在一起解决这一重要问题，并开始在供应商之间建立数据表、认证程序和测试方法的标准。JEDEC发布的JEP173可从JEDEC官网免费下载。
Yole：TI在GaN领域的下一步计划将是什么？
SWB：TI将继续为设计师提供GaN解决方案。由于必须考虑整个生态系统，TI的开发主要集中在功率级、功能集、控制器和其他系统产品（如隔离）等多个方面。
延伸阅读：
《松下600V GaN高迁移率晶体管：PGA26E19BA》
《Wolfspeed射频氮化镓HEMT：CGHV40100F》
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