作者：GaN系統(tǒng)公司市場(chǎng)副總裁Paul Wiener

進(jìn)入市場(chǎng)面臨的挑戰(zhàn)

每當(dāng)一家公司考慮對(duì)其半導(dǎo)體產(chǎn)品所使用架構(gòu),、組件或供應(yīng)商進(jìn)行重大改變時(shí),，必須首先確認(rèn)所交付的性能是否符合承諾。隨后,，驗(yàn)證可靠性和成本需求成為首要關(guān)注的問(wèn)題,。與任何行業(yè)的材料一樣，如何評(píng)估一個(gè)全新的東西,？新的規(guī)則和基準(zhǔn)是什么,？而如果你必須依靠供應(yīng)商提供最深入的知識(shí),，你又如何知道該相信誰(shuí)？

這些問(wèn)題對(duì)寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體行業(yè)特別有意義,，因?yàn)樵撔袠I(yè)仍然記得十多年前碳化硅（SiC）肖特基的二極管產(chǎn)品并沒(méi)有兌現(xiàn)歷史性承諾,。這些產(chǎn)品的電流泄漏隨著時(shí)間推移而逐漸增加，直到器件災(zāi)難性地失效,。雖然公司最終從現(xiàn)場(chǎng)故障和產(chǎn)品召回中恢復(fù)過(guò)來(lái),，但這一經(jīng)歷使其客戶(hù)對(duì)氮化鎵（GaN）等新材料的應(yīng)用效果承諾更持懷疑態(tài)度。這種極度謹(jǐn)慎的態(tài)度在汽車(chē)和工業(yè)等由全球大品牌主導(dǎo),、技術(shù)保守的行業(yè)尤其難以消除,。

氮化鎵功率晶體管企業(yè)面臨這樣的挑戰(zhàn)：如何克服企業(yè)對(duì)使用氮化鎵等新材料強(qiáng)烈的不相信？這種不情愿的前提是你沒(méi)有犯錯(cuò)誤,？

早期氮化鎵成本和可靠性存疑

近10年前,，當(dāng)GaN功率晶體管首次進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，與用于電源,、無(wú)線電源和包絡(luò)跟蹤等應(yīng)用的硅相比,，由于產(chǎn)量低、良率低,，GaN被認(rèn)為成本較高，且可靠性未知,。作為一種不成熟的產(chǎn)品,，業(yè)界也不確定如何證明GaN器件的可靠性。目前還不清楚JEDEC MOSFET測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是否合適或足夠,。由于產(chǎn)品出貨量低,，可獲得的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)也很有限。

成本如何比較

采購(gòu)部門(mén)通常的做法是以晶體管的采購(gòu)價(jià)格來(lái)評(píng)估其價(jià)值,，價(jià)格越低越好,。作為一項(xiàng)新技術(shù)，設(shè)計(jì)人員和業(yè)務(wù)主管不知道如何構(gòu)架和評(píng)估GaN的成本和價(jià)值問(wèn)題,。顯著的性能改進(jìn)是顯而易見(jiàn)的,，但其價(jià)值卻不是。根據(jù)不同的行業(yè),，成本的合適定義可以從簡(jiǎn)單的物料清單（BOM）到需要更全面的總擁有成本（TCO）計(jì)算,。

·      對(duì)于消費(fèi)類(lèi)電源適配器和充電器，成本的衡量標(biāo)準(zhǔn)是由BOM通過(guò)消費(fèi)價(jià)格確定,。必須注意到,，目前許多充電器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求功率密度大于硅MOSFET所能達(dá)到的功率密度，這就完全消除了硅與氮化鎵成本問(wèn)題的相關(guān)性,。

·      在數(shù)據(jù)中心,，真正的成本計(jì)算需要在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的CAPEX和OPEX中反映出GaN能源效率帶來(lái)的成本節(jié)約，以及增強(qiáng)系統(tǒng)服務(wù)帶來(lái)的效率提升，如每臺(tái)服務(wù)器機(jī)架提供更多的內(nèi)存,，并提高電源密度,。

·      在電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)中，在車(chē)載充電器和牽引逆變器中使用高效節(jié)能的氮化鎵技術(shù)的車(chē)輛中,，使用較小的電池可以節(jié)省制造成本,。此外，原來(lái)的電池尺寸可以用來(lái)提供更大的行駛里程,，使車(chē)輛在市場(chǎng)上更有價(jià)值,。

可靠性如何評(píng)估

可靠性必須回答這樣的問(wèn)題：“我的系統(tǒng)或產(chǎn)品在特定環(huán)境下能按預(yù)期運(yùn)行多久？”在汽車(chē)行業(yè),，這個(gè)時(shí)間范圍可能是20年,，在消費(fèi)電子行業(yè)這個(gè)時(shí)間范圍可能短得多，只有5年,。無(wú)論時(shí)間跨度如何,，任何材料在任何產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)FIT指標(biāo)小于1（每10億小時(shí)的故障次數(shù)）。在計(jì)算電力電子產(chǎn)品中電路板的FIT時(shí),，所有元件的FIT指標(biāo)都會(huì)被計(jì)入最終系統(tǒng)的壽命等級(jí),。

在2010-2014年GaN產(chǎn)品剛開(kāi)始發(fā)售時(shí)，交易通常是私下進(jìn)行的,，甚至僅僅是收到數(shù)據(jù)表就簽訂了NDA--很多時(shí)候產(chǎn)品甚至不符合數(shù)據(jù)表規(guī)格,。GaN系統(tǒng)公司采取了與行業(yè)相反的做法，在自己的網(wǎng)站上公開(kāi)提供數(shù)據(jù)表,，并通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的目錄分銷(xiāo)提供產(chǎn)品銷(xiāo)售,，沒(méi)有任何限制條件。在隨后的幾年里,，GaN證明了自己的實(shí)力,。

GaN技術(shù)優(yōu)勢(shì)已獲證實(shí)

如今各公司的行為表明，現(xiàn)已經(jīng)了解GaN技術(shù)的成本變化,，并對(duì)其成熟的可靠性充滿(mǎn)信心,。GaN功率半導(dǎo)體的產(chǎn)量很高，年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)50%,，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年還會(huì)增加?，F(xiàn)在幾乎所有的主要半導(dǎo)體公司都認(rèn)識(shí)到，要想在市場(chǎng)上保持競(jìng)爭(zhēng)力,，必須提供功率GaN產(chǎn)品組合,。

·      隨著消費(fèi)者需求的普及，目前市場(chǎng)上有50多種不同型號(hào),、數(shù)百萬(wàn)個(gè)的氮化鎵電源充電器,。眾多品牌可以獲得他們所需的大批量生產(chǎn),，并相信可為客戶(hù)提供所需的成本/價(jià)位和可靠性水平。

·      西門(mén)子以注重工業(yè)和工業(yè)4.0客戶(hù)的質(zhì)量,、可靠性和生產(chǎn)而著稱(chēng),，在過(guò)去兩年中提供了包括Simatic Micro-Drive產(chǎn)品線在內(nèi)的GaN基電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

·      在高性能電動(dòng)汽車(chē)汽車(chē)比賽的世界里,，汽車(chē)必須在極端條件下長(zhǎng)時(shí)間完美地運(yùn)行,。BrightLoop公司已成為ETCR賽車(chē)場(chǎng)唯一的氮化鎵基DC轉(zhuǎn)DC轉(zhuǎn)換器供應(yīng)商。

·      在被稱(chēng)為高可靠（航空航天,、雷達(dá),、衛(wèi)星）的行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，GaN系統(tǒng)公司正與包括Teledyne在內(nèi)的多家行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)合作,，共同開(kāi)發(fā)新的高性能和高能效應(yīng)用,。

GaN技術(shù)的未來(lái)

隨著客戶(hù)對(duì)其成本效益和可靠性的認(rèn)可，GaN將加速在各行業(yè)應(yīng)用,，在這些行業(yè)中,，領(lǐng)先品牌已在市場(chǎng)上推出了符合或超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品（工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DCDC轉(zhuǎn)換器和電源充電器/適配器）,。更多的市場(chǎng)將在2020年和2021年擁抱GaN,，如在需要高品質(zhì)音頻的領(lǐng)域（智能音箱）以及需要高功率密度和效率的領(lǐng)域--商業(yè)數(shù)據(jù)中心、5G基站和智能家居中的可再生能源存儲(chǔ)系統(tǒng)--都會(huì)有新的應(yīng)用,。