Transphorm被收，GaN公司寥寥無幾了

1月11日，瑞薩電子收購Transphorm消息一出，后者股價高開高走，收盤大漲25.86%。這種情況并不多見，可見市場投資者認知驚人的一致。反觀瑞薩股價，由于已在高位，并沒有大漲。

事實上，早在2023年10月25日，英飛凌科技收購加拿大GaN Systems（氮化鎵系統(tǒng)公司）塵埃落定之際，筆者就已提出“收購會不會延續(xù)？”的問題：“鑒于GaN和SiC可以覆蓋幾乎整個電壓范圍的各種應(yīng)用，不知道作為功率半導體翹楚的安森美會不會也打起GaN的主意，畢竟現(xiàn)在市場上的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時隔兩個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財年第二季度（6-9月）業(yè)績，并透露正在尋找買家。據(jù)悉，此前Transphorm已與Microchip、Nexpria、FUJITSU、KKP、AFSW、YASKAWA、MARELLI等眾多廠商達成戰(zhàn)略合作，并于2020年在美國成功上市；2022年2月，Transphorm普通股獲準在納斯達克資本市場交易。

Transphorm的第二季度業(yè)績報告顯示，其季度總收入為500萬美元，同比增長36.5%，環(huán)比下降15%。其中，GaN產(chǎn)品收入355萬美元，超出公司預期，同比增長12%，環(huán)比增長18%；政府收入為146萬美元。該季度毛利率為23.4%，同比增長11.5%。

在財報會議上，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。”根據(jù)第三方報告，2021年Transphorm的GaN營收在業(yè)內(nèi)排名第六。

缺啥補啥，瑞薩加碼GaN賽道

瑞薩電子與Transphorm宣布，雙方已達成最終協(xié)議，將以每股5.10美元現(xiàn)金收購Transphorm所有已發(fā)行普通股，較Transphorm 1月10日的收盤價溢價約35%，較過去12個月的成交量加權(quán)平均價格溢價約56%，較過去6個月的成交量加權(quán)平均價格溢價約78%。此次交易對Transphorm的估值約為3.39億美元。

瑞薩科技成立于2003年，由日立和三菱半導體部門合并而成；2010年，瑞薩科技和NEC電子合并經(jīng)營，誕生了全新的半導體專業(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，為客戶提供完整的半導體解決方案。

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、時鐘和時序、接口與有線連接、儲存器和邏輯器件、電源管理、可編程混合信號、ASIC與IP產(chǎn)品、RF/無線連接、傳感器等。在電源管理產(chǎn)品線下的FET和電機驅(qū)動器中就有GaNFET驅(qū)動器，不過僅驅(qū)動器而已，缺的就是被驅(qū)動的功率半導體——GaNFET。

與競爭對手需要定制驅(qū)動器或柵極保護的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)動器來驅(qū)動，可以為客戶使用Transphorm器件帶來成本優(yōu)勢。不出意外，SuperGaN? FET也可以使用瑞薩的GaNFET驅(qū)動器，形成驅(qū)動器+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)動器解決方案，是為高速、非隔離、高壓半橋柵極驅(qū)動器，有助于進一步降低系統(tǒng)總成本，而不會影響GaNFET器件或系統(tǒng)性能。

此次收購，瑞薩將獲得GaN技術(shù)的獨門秘笈，從而擴展其在電動汽車、計算（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/適配器等快速增長市場的業(yè)務(wù)范圍。

寬禁帶器件制造雙管齊下

作為碳中和的基石，對高效功率系統(tǒng)的需求正在不斷增加，功率半導體產(chǎn)業(yè)正在向以碳化硅和GaN為代表的寬禁帶（WBG）材料過渡。

2023年5月，瑞薩表示，希望通過全面進入碳化硅器件市場來加強功率半導體業(yè)務(wù)，特別是電動汽車應(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年開始運營，2025年全速量產(chǎn)。未來，我們希望通過追加投資擴大規(guī)模?！?/p>

兩個月后，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，以推進瑞薩向碳化硅半導體功率器件的過渡。

收購Transphorm將有助于瑞薩利用其專業(yè)知識，進一步擴展其WBG產(chǎn)品陣容，特別是搶占每年將增長50%以上的GaN需求。瑞薩將采用Transphorm的汽車級GaN技術(shù)開發(fā)新的電源解決方案，例如用于電動汽車的X-in-1動力總成解決方案，以及面向計算、能源、工業(yè)和消費應(yīng)用的解決方案。

Transphorm優(yōu)勢如何？

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)計和制造高性能和高可靠性的GaN半導體。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1000項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標準的高壓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、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，實現(xiàn)了超過99%的效率，提高了40%的功率密度，同時降低了20%的系統(tǒng)成本。

在Transphorm看來，GaN的效率主要體現(xiàn)在以下三個方面：

滿足對速度的需求——GaN在更高的頻率下工作，開關(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——增強型（E-mode）和通常采用級聯(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)，每個都有各自的柵極驅(qū)動器和系統(tǒng)要求，如果GaN電源開關(guān)沒有配備合適的柵極驅(qū)動器，使用中就可能被擊穿而損壞。

德州儀器（TI）認為，相比E-mode GaNFET，采用共源共柵型（Cascode）設(shè)計的GaNFET是一種犧牲易用性的折衷方案。另外，其主要缺點是FET的輸出電容較高，且由于存在體二極管，易受反向恢復的影響。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，增加了開關(guān)交疊損耗。盡管Cascode GaNFET可以簡化設(shè)計，但可能限制可實現(xiàn)的性能。

Power Integrations（PI）則認為，Cascode可以消除柵極驅(qū)動的挑戰(zhàn)。因為MOS管是非常成熟的技術(shù)，柵極不需要E-mode GaNFET可能需要的負壓驅(qū)動，簡化了驅(qū)動電路，同時可防止發(fā)生誤開通現(xiàn)象。而E-mode GaNFET要滿足更高的驅(qū)動電壓裕量來保證可靠性，就需要降低驅(qū)動電壓，會導致器件導通電阻變大，犧牲GaN器件低導通電阻的優(yōu)勢。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)動的挑戰(zhàn)，特別是在器件堅固耐用方面。

E-mode為常閉型器件，這是GaN的天然狀態(tài)，如果不加信號，GaN始終處于導通狀態(tài)。要使GaN變成常開，就要通過直接改變物理結(jié)構(gòu)，對GaN柵極進行p型摻雜來修改能帶結(jié)構(gòu)，以改變柵極的導通閾值，從而實現(xiàn)常斷型器件。而加p摻雜偏置層可能會增加風險。

Cascode可消除柵極驅(qū)動的挑戰(zhàn)

Transphorm認為，相比E-mode，D-mode具有很多優(yōu)勢：更高的Vds，不需負壓驅(qū)動，電路簡單易用；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、更小的動態(tài)電阻等。

Transphorm也表示，Cascode是唯一一種在現(xiàn)實應(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）等其他配置還無法提供這些數(shù)據(jù)。

實際上，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、柵極驅(qū)動安全裕度、柵極驅(qū)動抗擾度、是否需要負柵極驅(qū)動、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)勢比較明顯，特別是在柵極驅(qū)動安全裕度、柵極驅(qū)動抗擾度、反向?qū)ú僮?、飽和電流極限方面相差懸殊。另外，Transphorm不需要負柵極驅(qū)動，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；Transphorm、PI、TI、Nexperia、鎵未來以及大連芯冠等采用的是D-Mode/Cascode設(shè)計。

事實上，即使是同類型的器件，不同廠商的驅(qū)動方式也各不相同，其中有很多know how，專利壁壘也不少。例如，芯導科技直驅(qū)型E-Mode GaN功率IC內(nèi)部集成了動電路，直接驅(qū)動電源控制器，無需配置復雜的電平轉(zhuǎn)換電路。納芯微針對E-mode GaN推出的直驅(qū)式驅(qū)動器外圍電路設(shè)計更加簡單，可靠性更高，可以充分發(fā)揮E-mode GaN的性能優(yōu)勢。

至于上述哪種類型器件更好，很難一概而論，因為不同的設(shè)計有各自的優(yōu)勢和適用場景。

直驅(qū)型設(shè)計通常具有更簡單的外圍電路，可靠性更高，能夠充分發(fā)揮E-mode GaN的性能優(yōu)勢。然而，這種設(shè)計可能存在驅(qū)動能力較弱的問題，需要選擇適當?shù)碾娫纯刂破?，以實現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動效果。目前，只有少數(shù)器件是內(nèi)置驅(qū)動設(shè)計，大部分均為GaNFET單管設(shè)計，應(yīng)用時除了需要控制器，還需要驅(qū)動電路。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)動器，外圍電路大大精簡。

Cascode設(shè)計具有更強的驅(qū)動能力和更好的耐壓性能，因此在高壓、大電流應(yīng)用場景中有更好的表現(xiàn)。但是，這種設(shè)計的外圍電路較為復雜，需要配置適當?shù)碾娖睫D(zhuǎn)換電路。

綜上所述，選擇哪種設(shè)計更好取決于具體的應(yīng)用場景和需求。在選擇時需要考慮電路的復雜性、可靠性、驅(qū)動能力、耐壓性能等多個因素，并進行充分的技術(shù)評估和實驗驗證。