成本削減50%+，MOSFET的終結(jié)者eGaN FET是怎么做到的

35年前，作為一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)，硅功率MOSFET取代了雙極型晶體管，誕生了一個(gè)高達(dá)120億美金的市場(chǎng)。這次技術(shù)更迭告訴我們，決定一個(gè)新型功率轉(zhuǎn)換技術(shù)的采納率的關(guān)鍵因素有四個(gè)：

它能支持有重大意義的新應(yīng)用嗎？
是否容易使用？
可靠嗎？
對(duì)用戶而言是否極具成本效益？

高效功率轉(zhuǎn)換公司（EPC公司）的氮化鎵(GaN)產(chǎn)品同樣也面臨這四個(gè)問(wèn)題，讓我們回顧一下近五年來(lái)GaN技術(shù)的進(jìn)展，看看它是怎么解決了前三個(gè)問(wèn)題，而第四個(gè)問(wèn)題，即有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，則是本文關(guān)注的重點(diǎn)。

它能支持有重大意義的新應(yīng)用嗎？

對(duì)所有的新技術(shù)來(lái)說(shuō)，能夠支持采用其他技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用是該技術(shù)最好的切入點(diǎn)。通常情況下，市場(chǎng)引入這些新技術(shù)時(shí)，滿足了這些新應(yīng)用對(duì)更高性能的要求，同時(shí)也伴隨著較高的價(jià)格，氮化鎵半導(dǎo)體亦復(fù)如是。

自五年前氮化鎵技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，eGaN FET培育了一系列新應(yīng)用，包括無(wú)線電力傳輸、包絡(luò)跟蹤、激光雷達(dá)、結(jié)腸鏡x射線和無(wú)線供電的人造心臟。在基于功率晶體管的應(yīng)用之外，氮化鎵技術(shù)目前也正在被應(yīng)用在集成電路中，目前用于模擬IC，未來(lái)還將包括數(shù)字IC。這些IC產(chǎn)品增強(qiáng)了現(xiàn)有產(chǎn)品的性能和成本優(yōu)勢(shì)，很多不曾預(yù)見的應(yīng)用也正在快速涌現(xiàn)。

是否容易使用？

EPC公司將eGaN晶體管設(shè)計(jì)為可以以類似于現(xiàn)有功率MOSFET的方式進(jìn)行使用，電源系統(tǒng)工程師們只需要稍加培訓(xùn)，就可以輕松地將他們的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)用于現(xiàn)有設(shè)計(jì)。

而且，為了幫助設(shè)計(jì)工程師快速上手，EPC公司在向業(yè)界培訓(xùn)氮化鎵器件和應(yīng)用上也是當(dāng)仁不讓，事實(shí)上，除了已經(jīng)出版過(guò)70多篇技術(shù)文章，進(jìn)行過(guò)多次演講之外，EPC公司已經(jīng)出版了四本氮化鎵晶體管的教材，其中有一本是中文版。

為了幫助功率系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師，EPC在世界各地的主要電子工業(yè)城市開展了為期一天的“實(shí)戰(zhàn)型”研討會(huì)，比如圣何塞、波士頓、上海和東京等。 EPC還積極與全球30多所大學(xué)展開合作，為下一代高技能的功率系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師通過(guò)培訓(xùn)最大程度地掌握eGaN FET奠定基礎(chǔ)。

可靠性怎么樣？

氮化鎵晶體管的可靠性測(cè)試捷報(bào)頻傳。為了驗(yàn)證eGaN FET的合格性，業(yè)界進(jìn)行了各種各樣的可靠性試驗(yàn)，包括高溫反偏實(shí)驗(yàn)、高溫柵極偏壓測(cè)試、高溫存儲(chǔ)、冷熱循環(huán)、高溫高濕環(huán)境下反偏、高壓、濕度敏感性。

通過(guò)對(duì)電壓和溫度進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，以確定在數(shù)據(jù)手冊(cè)定義的操作范圍內(nèi)器件的失效時(shí)間。根據(jù)高溫反偏、高溫柵極偏壓兩種測(cè)試結(jié)果表明，在最高工作溫度和臨界電壓等級(jí)上，eGaN FET的平均故障時(shí)間將超過(guò)10年。

這些研究進(jìn)一步表明，在當(dāng)今生產(chǎn)的產(chǎn)品的合理壽命周期內(nèi)，eGaN FET失效的概率非常低。

對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，它極具成本效益嗎？

對(duì)新興技術(shù)來(lái)說(shuō)，技術(shù)成熟穩(wěn)定，同時(shí)具備有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格一直都是一種巨大的挑戰(zhàn)，特別是這項(xiàng)新技術(shù)有志于成為顛覆性的替代技術(shù)時(shí)?，F(xiàn)在，最新一代的eGaN FET家族同時(shí)也具備了價(jià)格上的競(jìng)爭(zhēng)力。GaN的性能、MOSFET的價(jià)格，魚和熊掌可以兼得。下面是GaN做到成本競(jìng)爭(zhēng)力的一些原因：

降低生產(chǎn)成本 - eGaN FET可以基于MOSFET的制造方法和設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。受益于過(guò)去五年的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，其良率已經(jīng)上升到可以與MOSFET相媲美的地步，它的制作方法也進(jìn)行了簡(jiǎn)化，所以，生產(chǎn)GaN器件的成本已經(jīng)大幅下降。

芯片級(jí)封裝 - 典型的MOSFET塑料封裝大約占到最終產(chǎn)品成本的一半。低壓的eGaN FET不需要封裝，單此一項(xiàng)就可以削減50%的成本！此外，沒有封裝，在現(xiàn)場(chǎng)由于裝配造成故障的可能性也大大降低。

尺寸超小-更快的開關(guān)速度意味著更小的尺寸、更高的效率，并能降低系統(tǒng)成本，例如，最新的eGaN FET產(chǎn)品的占位面積大約為同等級(jí)的MOSFET組件的四十分之一。

結(jié)論

現(xiàn)在已經(jīng)沒有任何力量可以阻止氮化鎵技術(shù)的大爆發(fā)了，支持大批量應(yīng)用的四個(gè)關(guān)鍵因素都已經(jīng)就位：GaN支持新的應(yīng)用、易于使用、可靠性高、價(jià)格極具競(jìng)爭(zhēng)力。

這個(gè)120億美金的MOSFET市場(chǎng)已經(jīng)成為了卓越的eGaN FET技術(shù)的進(jìn)軍對(duì)象。展望不久的將來(lái)，隨著上面提及的GaN支持的應(yīng)用的增長(zhǎng)，該市場(chǎng)有潛力到2020年時(shí)增長(zhǎng)一倍。長(zhǎng)期來(lái)看，當(dāng)模擬和數(shù)字IC集成了這項(xiàng)高性能的技術(shù)之后，GaN技術(shù)的總體市場(chǎng)可以達(dá)到3000億美金以上。

功率轉(zhuǎn)換開始轉(zhuǎn)向GaN，動(dòng)作慢的將會(huì)被無(wú)情地掃地出門。

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