Cambridge GaN Devices（CGD） 业务发展副总裁 Andrea Bricconi 接受 EETimes 《Power Up》播客栏目组采访，分析了驱动宽禁带生态系统发展的最新技术进展。CGD 正利用其具有知识产权的氮化镓技术，研发一系列节能的基于氮化镓的集成功率电子器件（GaN IC），产品将来可应用于消费者产品、开关电源、照明、数据中心和汽车市场。
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CGD 研发的技术既兼具 cascode 的易用性，又兼具 e-mode GaN 的简单，规避了之前（一文带你了解氮化镓市场和轻松取代硅 MOSFET 的氮化镓技术（上半期））提到的氮化镓现存技术的所有缺点，包括不需要负压驱动。
MAURIZIODI PAOLO EMILIO（主持人）：所以贵司的目标是将这部分逻辑集成到 e-mode GaN HEMT 中，使之可以轻松连接驱动器和控制器，既节省成本，也不需要外部元件。也就是说，贵司提供的解决方案是可以像 MOSFET 一样驱动的氮化镓器件。您能说说，为什么选择集成逻辑而不是氮化镓驱动器吗？
ANDREA BRICCONI: 当然可以。CGD 研发的650 V 氮化镓技术被称为 ICeGaN。这是个合成词——IC 和 eGaN。因为事实上就是一个芯片上的系统，在这块芯片上，我们将逻辑集成到了增强型功率晶体管中。
顺便提一句，您也可以读作 ICE GaN，因为它的运行温度很低。它本身并不包含栅极驱动器，但包含某些主要的功能，使之可以轻松与栅极驱动器相联。
6年前，剑桥大学出身的 Giorgio Longobardi 博士和 Florin Udrea 教授创立了 CGD。在此之前，两位创始人与业界许多业务涉及氮化镓的公司有多年的交流咨询经验，主要话题包括氮化镓的可靠性和栅极稳健性。两人对要做的方向都有自己的想法。最后，我们决定研发一种具有可扩展性的概念，既能应用于高功率领域也能用于低压领域。最好的实现方式就是嵌入某种集成电路而不是整个栅极驱动器，实现一些关键功能，从而使 GaN E-mode HEMTs 能像驱动硅 MOSFET 一样简易。
一旦你确定了方向，下一步就是进一步研发要加入的功能，比如说传感控制，为的是实现更好的性能和可靠性。这就是我们技术的核心。
您也知道，关于 GaN HEMTs 我们总能听到的一个事实是：他们是横向结构，横向晶体管，这就是氮化镓与硅 MOSFET 和碳化硅 MOSFET 最主要的不同，或者说优势所在，因为芯片集成化就可以实现了。CGD 一直在专注解决使近年来氮化镓无法大规模应用的主要问题，也是我之前一直谈论的问题：缺乏易用性。
在此基础上 CGD 推出了一个增强型常关的单芯片解决方案，能与标准栅极驱动器无缝联接。不需要额外添加任何 RC 电路或是钳位二极管，不需要对栅极施加负电压。ICeGaN 拥有大约2.8 V 的阈值电压，有内置的米勒钳位来保证在所有情况下驱动电路都能0 V 关断。我们利用 GaN HEMT 本质上的横向结构，为顾客提供了能如 MOSFET 一样驱动的氮化镓晶体管。栅极电压最高可达20 V。
因此，我们可以自信地说简单易用的增强型氮化镓晶体管首次面世了，无需任何额外芯片或元件，还能节省 PCB 占位面积和成本。
当初我们有考虑过在功率晶体管中集成一个栅极驱动器，对于低功率应用而言，这是一个绝佳的解决方案（如今也经过了市场的检验）。但是在高功率应用上可能会造成浪费。由于芯片上的热耦合，功率晶体管自体发热会使得驱动器造成额外的浪费。因此，我们认为最好是让顾客继续使用之前一直使用的硅 MOSFET 驱动器。既然每类栅极驱动器都能和 e-mode GaN 配对，实际上也就是像驱动 MOSFET 一样驱动 GaN。
MAURIZIO DI PAOLO EMILIO：现在我们谈论一下热管理。尽管宽禁带半导体，比如氮化镓和碳化硅解决方案保证了更高的运行温度和更高的效率。同时大家也都意识到了工程师在设计电路时应该考虑到热管理的问题。
那么贵司是怎样处理这个问题的？您是怎样看待热管理的需求随着日益增长的功率密度对未来晶圆加工和封装工艺的影响的？
ANDREA BRICCONI：这是一个好问题。当然了，您也知道在氮化镓领域工作的大部分人通常强调，氮化镓的优点在于能达到比今天的硅基结构更高的开关频率和效率。为了达到这样的效果，我们会使用表面贴装来进行封装，为的是降低电感的同时支持更高的频率。否则，氮化镓就不能完全发挥特性优势了。
不过，现在市面上适用于高功率器件的 SMD 表面贴装封装并不多，许多电源供应商仍极依赖于如 TO-220，TO-247的插入式封装。CGD 使用的是小中功率应用的 DFN 8X8，DFN 5X6 的 SMD 表面贴装的封装技术。不过，尤其对高功率应用而言，研发耐热增强型 SMD 封装对于提升数据中心服务器效率而言相当重要，我们正和我们的封装中心合作开发此类封装，当然他们的热阻会非常低。届时我们会分享最新成果。
原则上关于散热的问题在于：氮化镓使用户可以缩小应用尺寸，但是产生热量不可避免，因此一定得通过某种方法散热。看上去我们进入了一个死循环，但真是这样吗?首先，使用氮化镓是安全可靠的，因为我们应该注意到氮化镓有着迄今为止最低的开关损耗，输出损耗也大大低于其他技术。它的栅极电荷比硅小10倍，比硅和碳化硅都要小。
所以，解决问题的一部分答案是，使用氮化镓，我们需要处理的热量要少得多。我认为之后数年内，市场上解决此类问题的方向可能是将芯片直接嵌入 PCB，通过 PCB 内部有效的热管理装置极大减小热阻。不过总体而言，氮化镓厂商也会寻求其他途径来解决 PCB 层面的冷却问题。
我之前提过，CGD 的 GaN HEMT 中集成了电流感应和过压保护功能。首先说一下集成式电流感应装置。通常电路设计人员需要外接感应电阻来感测电流，所以不能直接将晶体管接地。但我们的 HEMT 中集成了这个功能，因此可以直接将源极接地。这样冷却会更有效率， 因为现在你可以根据自己的需求来设计冷却路线，决定是专注于实现较低的，或是较高的工作温度（但享有更大的设计自由度）。
MAURIZIO DI PAOLO EMILIO：我最后一个问题是关于未来：请问您怎样看待氮化镓在未来的发展呢？有其他能和氮化镓媲美的宽禁带材料吗？我之前提过碳化硅。这些日子电动汽车的话题也很火爆。那么，氮化镓与其他解决方案相比有怎样的性价比优势呢？您预计下一轮增长高峰发生在哪里？
ANDREA BRICCONI：如果在几年前，你问我未来是什么，当时市场还没起来，我那时的回答会是市场即将到来，因为所有的基础已经打好。但是现在，市场已经形成。氮化镓正迅速获取市场。它在逐渐地、一步步地替代硅，但它的年复合增长率达到了近100%。
当然，硅会在接下来许多年间持续占据市场主力。但是关键转折点与制造成本相关。当氮化镓的制造成本可以与硅媲美时——可能会发生在8英寸晶圆制造工艺非常成熟时，现在还差点火候——它将快速取代硅。
考虑到在系统层面，氮化镓已经取得了对硅的成本优势，尤其是在高功率应用上。但是在产品层面，仍然有一定差距，但在之后这种差距会迅速缩小。
或许你知道 CGD 正在参与一项主要的欧洲项目，项目名称是 GaNext，合作伙伴包括世界上主要的芯片厂商、磁力工厂、学界和不同功率范围的终端用户厂商。CGD 是其中唯一的氮化镓解决方案提供者。该项目旨在为中低高功率的应用提供原型。我坚定地认为，一旦可靠的氮化镓模型可用，进入到制造电动汽车所需的逆变器市场就是时间和供应链的成熟度问题。
现在回答你的最后一部分问题，氮化镓的下一轮增长高峰在哪里。看看现在的大趋势，我们可能就知道答案了。现在的热议话题有气候变化、电动交通和数字转型。这些领域的应用上，氮化镓已证明了是可以帮助实现最高效率的技术。
个人而言，我确信数据中心会成为下一个体验到氮化镓优势的领域。因为很显然，每节省多0.1%的效率，就会直接反映在你的账单上。现在能源越来越珍贵，全球范围内的需求是减少能源浪费。除此之外，服务器也需要越来越大的运算空间。
因此，减少电源体积，或者从中压榨出更大的电力是必须之举。氮化镓应运而生，并能完美地解决这些需求。
比如说，最近 CGD 发布了一项由英国能源部资助的项目——ICeData，目的是设计研发针对数据中心性能和可靠性的更有效的解决方案。所以，我相信氮化镓的未来很光明。我也同样相信 CGD 已经做好准备，迎接功率半导体激动人心的崭新时代。
※ Cambridge GaN Devices（CGD） 代理商-睿強實業
睿強實業股份有限公司為大中華區半導體元件代理商與解決方案供應商
关于 Cambridge GaN Devices
Cambridge GaN Devices（简称 CGD) 是一家是从剑桥大学分化出去的无晶圆厂半导体公司，由 Florin Udrea 教授和 Giorgia Longobardi 博士于 2016 年创立，公司成立的初衷是开发一项与功率器件有关的革命性技术。我们的使命是：交付最高效易用的晶体管，塑造功率电子元件的未来。CGD 投身 GaN 晶体管和 IC 的设计、开发和商业化运作，能够激发能效和功率层面的根本性变革，确保产品适合投入大批量生产。
CGD 的 ICeGaN™ 技术有强大的知识产权储备作为保护——作为一家拥有远大抱负的公司，CGD 依靠领先的创新技能不断充实完善其知识产品储备。除了数百万的种子基金和 A 轮私人投资之外，CGD 迄今已成功拿下了四个 iUK、BEIS 和 EU (Penta) 资助项目。CGD 团队专业实力过硬，熟悉商业运营规律，在功率电子市场积累了广泛的口碑基础，这些都是其专有技术能够迅速展现市场牵引力的资本。
