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應Yole之邀,羅姆道出了怎么GaN

10月5日,當國人還沉浸在假期樂趣無法自拔之時,羅姆(ROHM)卻已在知名市場研究公司Yole Group的專訪文章中名聞遐邇了。采訪文章的標題是“羅姆在GaN賽道加速領先”,采訪者是Yole Group旗下Yole Intelligence的技術和市場分析師Taha Ayari和Yole SystemPlus的技術和成本分析師Olusayo Loto;受訪者是羅姆Power Stage產品開發部經理吉木賢一(Kenichi Yoshimochi)。



事實上,羅姆上不上Yole的榜,只對羅姆重要,而我所關心的是這次采訪透露的幾個關于GaN的重要信息。

難得激進的一家日企

先來看羅姆這家公司,相比最近爆出“賣身”退市消息的老牌家電企業東芝,以及正式在華停產的三菱汽車,羅姆從一家最初做電阻器的廠商,歷經65載發展成為一家世界知名的半導體元器件及集成電路供應商,如今還在研發和商業化最時髦的碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等寬禁帶半導體材料和器件,的確是激進得令人羨慕!

羅姆成立于1958年,除了其網站上列出的10000種產品外,還可以提供數十萬種定制產品來滿足客戶需求。公司目前員工人數為23754,研發人員2930名,研發費用與銷售額百分比為8.4,持有專利數量大約為9300個。羅姆環保產品的開發比為100%,通過制定“2050年環境愿景”,為羅姆集團到2050年實現可持續社會提供了藍圖。除了基于“氣候變化”、“資源回收”和“與自然共存”三個主題追求零碳(零二氧化碳排放)和零排放外,羅姆還在促進與自然循環和諧相處的商業活動,以保護生物多樣性。

2020年,羅姆確立了一個新的管理愿景——“我們專注于電源和模擬解決方案,通過滿足客戶對產品節能和小型化的需求來解決社會問題?!?/p>

2023年9月,羅姆財報顯示,其上一財年營業收入4521.24億日元,同比增長25.6%;營業利潤714.79億日元,同比增長85.7%;凈利潤668.27億日元,同比增長80.6%,今年營收有望創出新高。

GaN應用不止于消費類快充

到目前為止,消費類快速充電器和適配器仍然是功率GaN技術的主要目標應用,趨勢包括高達300W的更高輸出功率,以及實現“全GaN”充電器,從而提高GaN的利用率。

在消費領域以外,汽車和數據中心應用已成為GaN增長的催化劑,Yole預計,到2028年,這兩個領域GaN器件市場將超過20億美元。

GAN功率器件市場(百萬美元)


吉木賢一認為,數據中心是現在可以利用GaN器件優勢的一個領域。近年來,對數據中心的需求迅速增長,巨大的功耗已成為一個大問題。而在電源部分使用高功率轉換效率的GaN可以實現顯著的能量節省。

此外,在AC適配器、PC、電視和空調等消費類產品中,使用GaN器件可以減少能源消耗,同時縮小應用的尺寸和厚度。他相信,GaN器件可以在OBC(車載充電器)等領域節省能源并縮小尺寸?!拔覀冋陂_發用于汽車應用的產品,但目前我無法說明具體時間?!彼f。

作為功率電子市場的領跑者,羅姆在2022年推出新產品進入功率GaN業務后,已取得了重大進展。他領導的部門主要開發GaN器件和GaN專用控制IC產品,主要研究領域是材料相關工程。

“包括外圍組件的(GaN)解決方案”的優點更適用于具有高頻驅動電位的GaN,而不是SiC?!彼硎?。

GaN源于自有技術

提高電源和電機效率是實現脫碳社會的一個全球性問題,而提高效率的關鍵是功率器件,SiC和GaN等新材料的使用有望進一步提高各種類型電源的效率。羅姆開發并量產了各種獨特的硅器件和業界領先的SiC器件。

與此同時,羅姆還開發了在中等電壓范圍內擅長高頻操作的GaN器件。吉木賢一說:“GaN HEMT的穩定和高質量制造對于GaN器件的全面推廣至關重要。保持高質量的制造技術對于生長GaN外延層至關重要,特別是基于GaN on Si技術?!?/p>

據他介紹,羅姆擁有多年來為量產可靠的LED產品開發的基本外延和生長技術。言外之意,在生產方面,GaN的最大優勢是可以使用之前的硅技術設備。這對擴大GaN器件產能,保證穩定供應,降低器件成本都有好處?!巴ㄟ^將我們的專業知識應用于GaN HEMT,我們能夠為需要長期可靠性的市場提供穩定的供應?!彼f。

經過約20年的研發,2022年羅姆首次量產耐壓為150V的GaN HEMT。憑借其獨特的結構,成功將柵極/源極額定電壓從典型的6V提高到8V,提高了采用GaN器件的電源電路的設計裕度和可靠性。

此外,為了最大限度地提高GaN HEMT的低損耗和高速開關性能,并在應用中實現穩定的性能,除了器件本身的魯棒性之外,還需要能夠提供穩定控制的專用IC。為了應對這一挑戰,羅姆為GaN HEMT開發了基于模擬的IC設計技術,以滿足新的市場需求。羅姆推出的EcoGaN?品牌旨在實現GaN的穩定控制,凡是搭載GaN的器件都在其中,包括正在開發和商業化的柵極驅動器、控制器和其他產品。

主攻150V和650V,1200V沒上日程

2022年,羅姆通過發布其首款EcoGaN?產品進入功率GaN市場,目前可提供分立式150V和650V器件,1200V器件并沒有被提及。


對于產品路線圖,吉木賢一回應道,2023年4月羅姆開始量產耐壓650V的單個GaN HEMT;6月,開始量產GaN HEMT和采用同一SiP(系統級封裝)的柵極驅動IC(內置GaN HEMT)。2024年,羅姆計劃量產在同一封裝中集成柵極驅動IC和功率控制IC的GaN HEMT。

具體而言,羅姆計劃在2024年第一季度開始量產搭載偽諧振AC-DC電路或功率因數校正電路的電源控制IC;同年第二季度,計劃開始量產搭載半橋電路控制IC的產品;三年內,還計劃量產結合單柵極驅動IC和電源控制IC的650V GaN HEMT。

2022年3月,羅姆已開始量產耐壓150V的單個GaN HEMT;三年內,計劃逐一開發以下產品:GaN HEMT和柵極驅動IC;同一封裝中的GaN HEMT、柵極驅動IC和電源控制IC;以及柵極驅動IC單個單元、電源控制IC單個單元,還有與耐壓150V GaN HEMT集成的柵極驅動IC和電源控制IC。

獨家戰略更快獲得市場份額

現在,做GaN業務的初創公司都試圖能夠在快速上市的消費電源應用中獲得市場份額。羅姆的戰略并不短視。吉木賢一表示,羅姆首先是從用戶角度來解決問題。一種產品是SiP,其中650V GaN HEMT、柵極驅動器和外圍組件自2023年6月已經量產。通過為GaN HEMT提供難以處理的柵極,并結合為此應用優化的專用柵極驅動器,可以容易地取代傳統的硅功率MOSFET。

“將羅姆擅長的模擬技術集成到我們的產品開發和產品陣容擴展中是羅姆的另一項獨家戰略?!彼f。在這方面,羅姆有三大技術支柱,一個是利用模擬控制技術開發的創新電源Nano系列,采用“Nano Pulse Control?”技術,將GaN器件的性能最大化,實現超高速開關。另兩個技術是“Nano Energy?” 和“Nano Cap?”,可以顯著減小傳統功率器件的尺寸和能耗,通過GaN器件極高的能量轉換效率實現節能和小型化。

“無論GaN的能量轉換效率有多高,驅動控制它的IC的任何延遲都會使GaN無能為力。因此,我們需要提供包括外圍組件的解決方案?!彼a充說。

除了提供評估/仿真工具外,羅姆還通過FAE(現場應用工程師)建立了一個支持體系。

IDM不排除外包

羅姆是SiC和硅制造的垂直整合公司(IDM),功率GaN業務采用什么樣的商業模式呢?吉木賢一表示,雖然羅姆是一家IDM,但如果有代工廠和OSAT(外包封裝和測試)可以提供特定優勢,也會在生產過程中加以利用。不過,他沒有透露晶圓尺寸或公司的具體名稱。

從公開信息看,羅姆和中國臺灣創業公司Ancora有著密切合作關系,他表示,Ancora是臺達的一家分拆企業,是羅姆與臺達合作的一部分,雙方在GaN器件業務中建立了戰略合作伙伴關系。羅姆希望這項合作有助于開發和擴大GaN器件業務,在臺達開發的新應用中使用羅姆的GaN器件和控制IC。

SiC和GaN將并駕齊驅

吉木賢一最后強調,在功率領域,羅姆將繼續開發和量產下一代功率半導體,包括適用于高壓應用的SiC和適用于高頻應用的GaN。在模擬領域,羅姆正在開發和量產電源IC、驅動器IC和其他采用行業領先技術的產品。羅姆的優勢是能夠將這些獨特的產品結合起來,并將其作為解決方案提供給用戶。羅姆將以自己的產品和解決方案為實現雙碳做出貢獻,并滿足利益相關者的期望。



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