芯耀
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1月11日，瑞薩電子收購(gòu)Transphorm消息一出，后者股價(jià)高開(kāi)高走，收盤大漲25.86%。這種情況并不多見(jiàn)，可見(jiàn)市場(chǎng)投資者認(rèn)知驚人的一致。反觀瑞薩股價(jià)，由于已在高位，并沒(méi)有大漲。
事實(shí)上，早在2023年10月25日，英飛凌科技收購(gòu)加拿大GaN Systems（氮化鎵系統(tǒng)公司）塵埃落定之際，筆者就已提出“收購(gòu)會(huì)不會(huì)延續(xù)？”的問(wèn)題：“鑒于GaN和SiC可以覆蓋幾乎整個(gè)電壓范圍的各種應(yīng)用，不知道作為功率半導(dǎo)體翹楚的安森美會(huì)不會(huì)也打起GaN的主意，畢竟現(xiàn)在市場(chǎng)上的GaN公司已經(jīng)為數(shù)不多了，比如EPC、Transphorm、英諾賽科（Innoscience）等。要買就得及早下手了！”
果不其然，文中提到的成立于2007年的Transphorm時(shí)隔兩個(gè)月就有了自己的歸宿。
“賣身”早有先兆
2023年11月9日，Transphorm公布了2024財(cái)年第二季度（6-9月）業(yè)績(jī)，并透露正在尋找買家。據(jù)悉，此前Transphorm已與Microchip、Nexpria、FUJITSU、KKP、AFSW、YASKAWA、MARELLI等眾多廠商達(dá)成戰(zhàn)略合作，并于2020年在美國(guó)成功上市；2022年2月，Transphorm普通股獲準(zhǔn)在納斯達(dá)克資本市場(chǎng)交易。
Transphorm的第二季度業(yè)績(jī)報(bào)告顯示，其季度總收入為500萬(wàn)美元，同比增長(zhǎng)36.5%，環(huán)比下降15%。其中，GaN產(chǎn)品收入355萬(wàn)美元，超出公司預(yù)期，同比增長(zhǎng)12%，環(huán)比增長(zhǎng)18%；政府收入為146萬(wàn)美元。該季度毛利率為23.4%，同比增長(zhǎng)11.5%。
在財(cái)報(bào)會(huì)議上，Transphorm首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Primit Parikh表示：“鑒于我們從第三方收到的興趣反饋，我們正在系統(tǒng)地尋求多種選擇，可能包括合并或出售公司?！备鶕?jù)第三方報(bào)告，2021年Transphorm的GaN營(yíng)收在業(yè)內(nèi)排名第六。
缺啥補(bǔ)啥，瑞薩加碼GaN賽道
瑞薩電子與Transphorm宣布，雙方已達(dá)成最終協(xié)議，將以每股5.10美元現(xiàn)金收購(gòu)Transphorm所有已發(fā)行普通股，較Transphorm 1月10日的收盤價(jià)溢價(jià)約35%，較過(guò)去12個(gè)月的成交量加權(quán)平均價(jià)格溢價(jià)約56%，較過(guò)去6個(gè)月的成交量加權(quán)平均價(jià)格溢價(jià)約78%。此次交易對(duì)Transphorm的估值約為3.39億美元。
瑞薩科技成立于2003年，由日立和三菱半導(dǎo)體部門合并而成；2010年，瑞薩科技和NEC電子合并經(jīng)營(yíng)，誕生了全新的半導(dǎo)體專業(yè)制造商瑞薩電子。作為全球微控制器（MCU）供應(yīng)商，瑞薩電子融合了嵌入式處理、模擬、電源及連接方面的專業(yè)知識(shí)，為客戶提供完整的半導(dǎo)體解決方案。
瑞薩的產(chǎn)品線主要包括：微控制器和微處理器、模擬產(chǎn)品、汽車產(chǎn)品、時(shí)鐘和時(shí)序、接口與有線連接、儲(chǔ)存器和邏輯器件、電源管理、可編程混合信號(hào)、ASIC與IP產(chǎn)品、RF/無(wú)線連接、傳感器等。在電源管理產(chǎn)品線下的FET和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中就有GaNFET驅(qū)動(dòng)器，不過(guò)僅驅(qū)動(dòng)器而已，缺的就是被驅(qū)動(dòng)的功率半導(dǎo)體——GaNFET。
與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手需要定制驅(qū)動(dòng)器或柵極保護(hù)的E-mode GaN器件解決方案不同，Transphorm的SuperGaN? FET器件可以使用現(xiàn)成的驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)，可以為客戶使用Transphorm器件帶來(lái)成本優(yōu)勢(shì)。不出意外，SuperGaN? FET也可以使用瑞薩的GaNFET驅(qū)動(dòng)器，形成驅(qū)動(dòng)器+功率器件的產(chǎn)品格局。
前不久，Transphorm還推出了一款高性能、低成本的驅(qū)動(dòng)器解決方案，是為高速、非隔離、高壓半橋柵極驅(qū)動(dòng)器，有助于進(jìn)一步降低系統(tǒng)總成本，而不會(huì)影響GaNFET器件或系統(tǒng)性能。
此次收購(gòu)，瑞薩將獲得GaN技術(shù)的獨(dú)門秘笈，從而擴(kuò)展其在電動(dòng)汽車、計(jì)算（數(shù)據(jù)中心、人工智能、基礎(chǔ)設(shè)施）、可再生能源、工業(yè)電源以及快速充電器/適配器等快速增長(zhǎng)市場(chǎng)的業(yè)務(wù)范圍。
寬禁帶器件制造雙管齊下
作為碳中和的基石，對(duì)高效功率系統(tǒng)的需求正在不斷增加，功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在向以碳化硅和GaN為代表的寬禁帶（WBG）材料過(guò)渡。
2023年5月，瑞薩表示，希望通過(guò)全面進(jìn)入碳化硅器件市場(chǎng)來(lái)加強(qiáng)功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，特別是電動(dòng)汽車應(yīng)用。瑞薩將在高崎工廠引入碳化硅器件生產(chǎn)線，Hidetoshi Shibata表示：“工廠將于2024年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，2025年全速量產(chǎn)。未來(lái)，我們希望通過(guò)追加投資擴(kuò)大規(guī)模?！?/p>
兩個(gè)月后，瑞薩與Wolfspeed簽訂了20億美元的十年碳化硅供應(yīng)合約。Wolfspeed將在2025年向瑞薩提供150mm碳化硅裸片和外延片，以推進(jìn)瑞薩向碳化硅半導(dǎo)體功率器件的過(guò)渡。
收購(gòu)Transphorm將有助于瑞薩利用其專業(yè)知識(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)展其WBG產(chǎn)品陣容，特別是搶占每年將增長(zhǎng)50%以上的GaN需求。瑞薩將采用Transphorm的汽車級(jí)GaN技術(shù)開(kāi)發(fā)新的電源解決方案，例如用于電動(dòng)汽車的X-in-1動(dòng)力總成解決方案，以及面向計(jì)算、能源、工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用的解決方案。
Transphorm優(yōu)勢(shì)如何？
Transphorm是GaN革新的全球引領(lǐng)者，為高壓功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用設(shè)計(jì)和制造高性能和高可靠性的GaN半導(dǎo)體。在其網(wǎng)站的logo下方“最高性能，最可靠的GaN”引人注目。
據(jù)了解，Transphorm擁有超過(guò)1000項(xiàng)自有或許可專利的功率GaN IP組合，推出了業(yè)界首款符合JEDEC和AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)的高壓GaN器件。Transphorm的差異化端到端生產(chǎn)能力，也就是垂直整合業(yè)務(wù)模式（IDM）有助于其在設(shè)計(jì)、制造、器件和應(yīng)用支持等階段持續(xù)創(chuàng)新。
Transphorm的IDM模式
Transphorm的創(chuàng)新突破了硅的限制，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)99%的效率，提高了40%的功率密度，同時(shí)降低了20%的系統(tǒng)成本。
在Transphorm看來(lái)，GaN的效率主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
滿足對(duì)速度的需求——GaN在更高的頻率下工作，開(kāi)關(guān)速度快4倍，能夠降低交叉損耗并提高系統(tǒng)效率；
高功率密度——圖騰柱配置的GaN降低了組件數(shù)量和EMI濾波器尺寸，能夠以更小的占位面積提供相同的功率；
更低的整體系統(tǒng)成本——更小、更輕、更涼爽、更高的效率和更高的功率密度意味著整體系統(tǒng)成本的顯著降低。
現(xiàn)在，GaNFET有兩條技術(shù)路線——增強(qiáng)型（E-mode）和通常采用級(jí)聯(lián)（Cascode）結(jié)構(gòu)的耗盡型（D-mode）。不同類型的GaNFET有不同的器件結(jié)構(gòu)，每個(gè)都有各自的柵極驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)要求，如果GaN電源開(kāi)關(guān)沒(méi)有配備合適的柵極驅(qū)動(dòng)器，使用中就可能被擊穿而損壞。
德州儀器（TI）認(rèn)為，相比E-mode GaNFET，采用共源共柵型（Cascode）設(shè)計(jì)的GaNFET是一種犧牲易用性的折衷方案。另外，其主要缺點(diǎn)是FET的輸出電容較高，且由于存在體二極管，易受反向恢復(fù)的影響。為防止硅FET的雪崩擊穿，Cascode GaNFET要以70V/ns（其他GaN方案為150V/ns）的壓擺率工作，增加了開(kāi)關(guān)交疊損耗。盡管Cascode GaNFET可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，但可能限制可實(shí)現(xiàn)的性能。
Power Integrations（PI）則認(rèn)為，Cascode可以消除柵極驅(qū)動(dòng)的挑戰(zhàn)。因?yàn)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/MOS%E7%AE%A1/">MOS管是非常成熟的技術(shù)，柵極不需要E-mode GaNFET可能需要的負(fù)壓驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)可防止發(fā)生誤開(kāi)通現(xiàn)象。而E-mode GaNFET要滿足更高的驅(qū)動(dòng)電壓裕量來(lái)保證可靠性，就需要降低驅(qū)動(dòng)電壓，會(huì)導(dǎo)致器件導(dǎo)通電阻變大，犧牲GaN器件低導(dǎo)通電阻的優(yōu)勢(shì)。PI就是利用D-Mode Cascode大幅提高了其PowiGaN? 的性能，解決了柵極驅(qū)動(dòng)的挑戰(zhàn)，特別是在器件堅(jiān)固耐用方面。
E-mode為常閉型器件，這是GaN的天然狀態(tài)，如果不加信號(hào)，GaN始終處于導(dǎo)通狀態(tài)。要使GaN變成常開(kāi)，就要通過(guò)直接改變物理結(jié)構(gòu)，對(duì)GaN柵極進(jìn)行p型摻雜來(lái)修改能帶結(jié)構(gòu)，以改變柵極的導(dǎo)通閾值，從而實(shí)現(xiàn)常斷型器件。而加p摻雜偏置層可能會(huì)增加風(fēng)險(xiǎn)。
Cascode可消除柵極驅(qū)動(dòng)的挑戰(zhàn)
Transphorm認(rèn)為，相比E-mode，D-mode具有很多優(yōu)勢(shì)：更高的Vds，不需負(fù)壓驅(qū)動(dòng)，電路簡(jiǎn)單易用；更大的電流耐沖擊能力（3倍于E-mode的飽和電流能力）；更低的Vsd、更好的高溫特性，以及更穩(wěn)定、更小的動(dòng)態(tài)電阻等。
Transphorm也表示，Cascode是唯一一種在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中被證明能夠?qū)崿F(xiàn)GaN的配置。其GaN獲得了各種壽命、質(zhì)量和可靠性數(shù)據(jù)的支持，而目前E-mode pGaN（p型摻雜GaN）等其他配置還無(wú)法提供這些數(shù)據(jù)。
實(shí)際上，并非所有GaN的特性都是一樣的，有比較才有鑒別。
下面這張表是Transphorm的Cascode與E-mode在器件質(zhì)量、可靠性、終身性能，器件擊穿電壓、最大瞬態(tài)保護(hù)、柵極驅(qū)動(dòng)安全裕度、柵極驅(qū)動(dòng)抗擾度、是否需要負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)、壓擺率控制、反向?qū)ú僮?、飽和電流極限、并聯(lián)、品質(zhì)因數(shù)、管芯尺寸、熱性能等特性的比較。
Transphorm的Cascode與E-mode特性比較
從表中可以看到，與E-mode相比，Transphorm的Cascode優(yōu)勢(shì)比較明顯，特別是在柵極驅(qū)動(dòng)安全裕度、柵極驅(qū)動(dòng)抗擾度、反向?qū)ú僮鳌柡碗娏鳂O限方面相差懸殊。另外，Transphorm不需要負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)，且有1200V器件可供選擇。
各有各的套路，很難一概而論
目前全球范圍已有十余家GaN功率器件供應(yīng)商，其中英飛凌（GaN Systems）、Navitas、英諾賽科、EPC、GaN Power、成都氮矽等采用的是E-Mode/直驅(qū)設(shè)計(jì)；Transphorm、PI、TI、Nexperia、鎵未來(lái)以及大連芯冠等采用的是D-Mode/Cascode設(shè)計(jì)。
事實(shí)上，即使是同類型的器件，不同廠商的驅(qū)動(dòng)方式也各不相同，其中有很多know how，專利壁壘也不少。例如，芯導(dǎo)科技直驅(qū)型E-Mode GaN功率IC內(nèi)部集成了動(dòng)電路，直接驅(qū)動(dòng)電源控制器，無(wú)需配置復(fù)雜的電平轉(zhuǎn)換電路。納芯微針對(duì)E-mode GaN推出的直驅(qū)式驅(qū)動(dòng)器外圍電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，可靠性更高，可以充分發(fā)揮E-mode GaN的性能優(yōu)勢(shì)。
至于上述哪種類型器件更好，很難一概而論，因?yàn)椴煌脑O(shè)計(jì)有各自的優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景。
直驅(qū)型設(shè)計(jì)通常具有更簡(jiǎn)單的外圍電路，可靠性更高，能夠充分發(fā)揮E-mode GaN的性能優(yōu)勢(shì)。然而，這種設(shè)計(jì)可能存在驅(qū)動(dòng)能力較弱的問(wèn)題，需要選擇適當(dāng)?shù)碾娫纯刂破?，以?shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)效果。目前，只有少數(shù)器件是內(nèi)置驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，大部分均為GaNFET單管設(shè)計(jì)，應(yīng)用時(shí)除了需要控制器，還需要驅(qū)動(dòng)電路。直驅(qū)控制器的出現(xiàn)加速了GaN功率器件在快充市場(chǎng)上的應(yīng)用。例如，茂睿芯在SOT23-6封裝內(nèi)集成了控制器和驅(qū)動(dòng)器，外圍電路大大精簡(jiǎn)。
Cascode設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和更好的耐壓性能，因此在高壓、大電流應(yīng)用場(chǎng)景中有更好的表現(xiàn)。但是，這種設(shè)計(jì)的外圍電路較為復(fù)雜，需要配置適當(dāng)?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換電路。
綜上所述，選擇哪種設(shè)計(jì)更好取決于具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求。在選擇時(shí)需要考慮電路的復(fù)雜性、可靠性、驅(qū)動(dòng)能力、耐壓性能等多個(gè)因素，并進(jìn)行充分的技術(shù)評(píng)估和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
