“乘风”快速充电，功率GaN器件准备开创大场面
2019-12-03 16:02:43 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
过去十年来，功率GaN器件一直主要用于高端电源解决方案。尽管它们在器件级和系统级层面都具有显著的附加价值，但市场机遇仍然有限。不过，随着2019年中国智能手机制造商OPPO在其65W快速充电器中采用了GaN HEMT器件，功率GaN在大批量智能手机市场迎来了第一个里程碑。
微访谈：Power Integrations营销副总裁Doug Bailey
据麦姆斯咨询介绍，过去十年来，功率氮化镓（GaN）器件一直主要用于高端电源解决方案。尽管它们在器件级和系统级层面都具有显著的附加价值，但市场机遇仍然有限。不过，随着2019年中国智能手机制造商OPPO在其65W快速充电器中采用了GaN HEMT器件，功率GaN在大批量智能手机市场迎来了第一个里程碑。此外，2018年底以来，Anker、Ravpower、Aukey等多家公司在快速充电器售后市场开始大量部署功率GaN器件，可提供30W至100W以上的高功率性能。
Anker充电器中的Power Integrations蓝宝石上氮化镓器件
资料来源：《Power Integrations蓝宝石上氮化镓HEMT功率IC》
根据Yole最新发布的《功率氮化镓（GaN）：外延、器件、应用及技术趋势-2019版》报告介绍，受消费类快速充电器应用的推动，预计到2024年功率GaN市场规模将超过3.5亿美元，在此期间的复合年增长率（CAGR）高达85%。
在此背景下，电源管理领域知名供应商Power Integrations推出了采用自主PowiGaN技术的Innoswitch 3系列产品。截至2019年第三季度，Power Integrations宣布面向大批量快速充电器应用，已出货300万颗采用系统级封装（SiP）GaN技术的Innoswitch 3产品。
功率GaN产业部分供应商概览
从知识产权的角度来看，Power Integrations于2010年通过收购Velox Semiconductor及其在肖特基二极管、耗尽型场效应晶体管和GaN半导体器件封装方面的专利，涉足功率GaN专利布局。从那时起，Power Integrations在功率GaN技术领域一直保持稳定的专利申请，如今在功率GaN电子产品相关领域，已在全球拥有60多件授权发明专利，还有50件专利正在审查中。尽管CorGaN、Powdec和Seoul Semiconductor等公司也在电源应用的蓝宝石上氮化镓（GaN-on-Sapphire）领域布局了专利申请，但Power Integrations显然是该技术领域的领头羊。
2018年~2030年功率GaN市场的长期发展趋势
根据Yole旗下专注于知识产权分析的全资子公司Knowmade出版的《功率氮化镓（GaN）专利全景分析-2019版》报告，Power Integrations拥有与电源开关、增强型场效应晶体管和电源IC相关的核心专利。Power Integrations通过扩大其专利组合的全球覆盖（从美国扩展到日本、中国和欧洲等全球其他主要的功率GaN市场）来增强其专利地位。
Yole化合物半导体及新兴材料技术与市场分析师Ezgi Dogmus博士、高级分析师Hong Lin博士以及电力电子技术与市场分析师Ana Villamor博士，近日有幸与Power Integrations营销副总裁Doug Bailey面对面讨论了该公司的创新技术现状以及未来的发展路线图。
Ezgi Dogmus（以下简称ED）：您好！请您简要介绍一下Power Integrations及其业务。
Doug Bailey（以下简称DB）：Power Integrations是一家高压功率转换半导体技术领先创新企业。我们公司的产品是清洁能源生态系统的关键一环，助力可再生能源的应用，支持各种从毫瓦到兆瓦级应用的高效传输。Power Integrations最近推出了基于GaN的集成开关IC，面向高达120W的高度紧凑且高效的电源。
Power Integrations的驱动力源自最大化电子产品能效所带来的商机和社会贡献。通过消除适配器中浪费的空载功耗，提高计算机和电视电源的效率，提高太阳能电池板和电动汽车中逆变器的开关性能，Power Integrations确立了自己的技术领导者地位，同时也成为消费类、商业和工业应用中可持续生态电子产品的倡导领袖。
Hong Lin（以下简称HL）：Power Integrations最近宣布交付第100万颗采用PowiGaN技术的InnoSwitch 3开关IC。与其它厂商相比，这款产品有何特色？
DB：与其他GaN开发商相比，Power Integrations选择将PowiGaN晶体管与已经成熟的InnoSwitch 3离线CV/CC反激式开关IC产品集成在一个封装中。这使电源工程师可以整合PowiGaN以及行业领先集成电源控制器的所有优势，并且，无需应对复杂的GaN晶体管驱动和保护。
此外，PowiGaN主开关的开关和传导损耗非常低，可在适配器应用中通过节约空间的InSOP 24D表面贴装封装提供高达100 W的功率，且无需散热器。准谐振InnoSwitch 3-CP、InnoSwitch 3-EP和InnoSwitch 3-Pro IC将主电源开关，具有安全隔离高速链路（FluxLink™）的主控制和次级控制，以及次级SR驱动器、反馈电路整合在一个表面贴装封装中。PowiGaN技术的卓越开关性能可实现高达95%的效率，从而实现非常紧凑的适配器设计。
HL：Power Integrations的功率GaN产品采用什么样的商业模式？
DB：我们期待GaN的广泛使用，因为在功率转换方面它比硅具有明显优势。
Ana Villamor（以下简称AV）：根据System Plus对GaN壁式充电器的拆解对比分析，Power Integrations的产品基于蓝宝石上氮化镓(GaN-on-Sapphire)HEMT。功率GaN行业的大多数厂商都选择了硅上氮化镓（GaN-on-Si）技术，而Power integrations则开发了GaN-on-Sapphire技术。您能介绍一下有关GaN-on-Sapphire技术的更多信息吗？与传统的GaN-on-Si相比，该技术有什么优势？
DB：抱歉，涉及保密信息，我们不方便透露详细的技术细节。
AV：Power integrations也有GaN-on-Si产品吗？在晶圆和芯片生产成本方面，这两种技术的HEMT有何差异？
DB：抱歉，涉及保密信息，对此也不方便透露详细的技术细节。
ED：为什么Power Integrations决定率先将耗尽型场效应晶体管产品推向市场？你们的规划路线图上有增强型GaN产品吗？
DB：涉及保密信息，我不能透露有关我们技术的详细信息。
ED：Yole分析师认为，市场对单片GaN IC（片上系统）快充解决方案的兴趣与日俱增。Power Integrations的路线图中有蓝宝石上单片集成方案吗？
DB：涉及保密信息，我不能透露关于技术路线图的详细信息。
HL：硅衬底的优势之一是可以进一步扩展到更大的尺寸，您如何看待未来几年蓝宝石衬底的演变？
DB：涉及保密信息，我选择不回答这个问题。
HL：OPPO最近宣布在其65W快速充电器中采用GaN HEMT。据我们了解，Power Integrations有很大机会进入Oppo的供应链。正如Power Integrations首席执行官近期宣布的，你们还在跟多家OEM厂商接洽，在此背景下，你们预期出货量可以达到多少？
DB：我们不能对外谈论特定的客户，但是到目前为止，我们已经向多家客户交付了接近300万颗基于PowiGaN的IC。
AV：面对新兴的消费类市场，Power Integrations的产能情况如何？
DB：我们有足够的产能满足市场需求。
AV：快速充电器和旅行适配器是否是你们的主要目标市场？你们是否有计划将Innoswitch产品引入其他市场，例如汽车或工业应用？
DB：采用GaN的InnoSwitch 3产品运行起来与基于硅的产品完全相同。开发人员无法通过运行或波形的黑盒分析来判断该器件是否使用PowiGaN技术，除了由于更低的开关损耗和散热而观察到的显著效率提升。我们希望在家用电器、工业和照明应用在内的许多市场看到采用PowiGaN的InnoSwitch 3产品。
AV：现在，当您向客户推荐GaN产品时面临的主要挑战是什么？
DB：我们的产品凭借与PowiGaN开关的系统级集成，客户在应用时没有遇到任何挑战。我们的客户会发现，基于GaN的InnoSwitch 3系列产品非常易于使用、可靠且高效。
HL：能否向我们的读者详细介绍一下Power Integrations未来五年的产品路线图？
DB：如前所述，涉及保密信息，我们不能公开披露产品路线图。不过，我们计划在未来进一步拓展PowiGaN技术的应用。
ED：您还有什么为我们的读者补充的吗？
DB：今年9月，我们官宣了第100万颗基于PowiGaN的InnoSwitch器件的出货，到目前为止，我们已经累计出货约300万颗。短时间内如此大批量的出货清晰地表明，高压GaN已经突破了技术层面的探索，成功越过了利基阶段，明确成为面向消费类应用的大批量技术。在我们的产品中应用PowiGaN可以大幅提高效率、功率输出，并使应用获得更紧凑的尺寸。我们预计在电源应用领域，将逐步从硅基器件过渡到GaN基器件。
延伸阅读：
《Power Integrations蓝宝石上氮化镓HEMT功率IC》
《功率氮化镓（GaN）：外延、器件、应用及技术趋势-2019版》
《GaN-on-Si HEMT与超结功率MOSFET对比分析》
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