收购Transphorm之后：从新品看瑞萨GaN技术竞争力

去年中，瑞萨电子宣布完成对Transphorm的收购。在FY2024年报中，瑞萨谈到收购目的：基于Transphorm在GaN领域的能力，以及行业研究显示GaN市场需求未来的年增长率会超过50%，“公司将采用Transphorm的符合车规要求的（auto-qualified）GaN技术，开发新型的先进电源解决方案，如面向电动汽车的多合一（X-in-1）动力系统解决方案，以及计算、能源、工业及消费应用。”

瑞萨对Transphorm的收购也基本符合大众预期。行业观点普遍认为GaN市场正走向集中化；并且从瑞萨、英飞凌等市场参与者越来越频繁的动作来看，GaN市场的竞争也越来越考验垂直整合能力——并购行为也就成为了必然。

在最近的新品发布会上，Kenny Yim, Senior Director of GaN/Power at Renesas也提到GaN市场竞争的激烈程度，令瑞萨着眼在GaN“四代半”（Gen IV Plus，第四代增强型）技术的创新上，达成更进一步的性能、稳定性、灵活性、成本效益提升，得以在竞争中表现出优势。

本次发布主要是基于其第四代增强型GaN技术的650V 30mΩ的GaN FET新品——面向AI数据中心电源、UPS、太阳能逆变器、电池储能变换器、电动出行充电、汽车OBC与DCDC等。借着本次的新品发布，我们也能从中窥见瑞萨在收购Transphorm之后，于GaN产品的差异化竞争能力及未来规划。

关注Si（硅），SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）开关器件技术及市场的读者，普遍应该知道，与传统硅基功率器件相比，SiC可兼顾开关频率与功率密度；GaN的优势则在于可将开关频率做得更高，但一般我们说其功率段覆盖范围并不是特别宽——尤其高功率段，更多的还是SiC的射程范围。

但Kenny特别谈到，瑞萨GaN技术的一大特点就在于“从6kW乃至12kW这样的高功率、到几十瓦的低功率，我们的GaN器件都支持”，所以针对“电动汽车的马达驱动、OBC充电，我们也能提供大功率的GaN器件”。

“市场存在一个误解，就是GaN只用于低功率应用。但我们从2012年就开始将GaN应用在数据中心服务器、汽车OBC等应用上了。”在大部分GaN器件竞品都只适用于小功率应用的当下，“GaN产品可在大功率上应用”就是瑞萨最重要的差异化能力之一。

瑞萨SuperGaN产品可用于高功率应用的主要原因自然在于器件基于D-mode（depletion-mode）结构。我们知道D-mode结构的GaN器件默认情况下处于导通状态（normally-on），要么在栅极施加负压令其关断，或者藉由cascode级联结构令其转为normally-off默认状态下关断的器件——“我们通过一个MOS管去控制其开关”，也就是SuperGaN基于D-mode工作的思路了。

一般来说，D-mode GaN在鲁棒性、高速开关、热稳定性方面有显著优势——在cascode结构的加持下就能适配汽车、工业及其他高功率系统。Kenny在媒体会上谈到E-mode（enhancement-mode）GaN相较存在的缺陷：

由于E-mode GaN采用p-GaN栅结构，其低Vgs特性导致无法兼容常规驱动器，且对寄生电感极为敏感，限制其在TO-220、TO-247等引脚封装中的应用；同时受限于栅极驱动电压，饱和漏电流（Idsat）偏低，随温度升高电流能力下降明显。

此外，p-GaN结构还引入额外栅电容与驱动瓶颈，使器件在高频开关场合下的表现不如D-mode GaN；还易出现动态导通电阻（R_Ds(on)）升高、反向导通压降（Vsd）过高等问题...

E-mode GaN的这些缺陷自然令其很难适配高功率、高温需求的应用。瑞萨的D-mode GaN产品相对的，由于器件结构上的特点，最终在效率与可靠性方面相较E-mode GaN有显著优势——尤其cascode级联结构带来栅极的抗扰性和鲁棒性，以及相对低成本。这些是瑞萨SuperGaN可用于高功率应用的技术基础。

Kenny补充说，“D-mode最关键的技术，是用MOS管来控制D-mode GaN器件。这是瑞萨的专利”，且现阶段为瑞萨独有——此处所说的应该是构成cascode结构的相关技术。专利来自原Transphorm，2023年瑞萨官网给出过一份来自Transphorm的cascode结构D-Mode GaN技术优势白皮书，有兴趣的读者可前往下载阅读。

“做D-mode GaN的不止我们一家”，但受限于专利，其他大部分竞争对手“只能用IC来做驱动”；同时“我们也将这项专利授权给了一些合作伙伴”，所以市场上也会看到其他基于瑞萨cascode结构D-mode GaN相关专利的产品。可能在未来相当长的一段时间内，这项专利都会成为瑞萨于高压、高功率GaN市场竞争的关键；也成为瑞萨SuperGaN通过AEC-Q101认证、可用于汽车的核心要素。

不过Kenny还谈到，瑞萨也不只是做D-mode GaN产品，未来准备推向市场的低压GaN也会基于E-mode结构。“我们公司本身就同时在做E-mode和D-mode技术的产品。”“只不过因为现阶段我们认为E-mode在高压应用上的缺点还很多，所以现在不会去推高压E-mode GaN。”

实际上这类型的产品已经在包括数据中心（各类PSU, UPS等）、太阳能微型逆变器，乃至游戏PC电源等高功率应用上应用，“包括现在在京东就能买到、还挺火的ROG电源”。“这些最高到7.5kW的大功率应用，在做E-mode GaN的企业都还没有可量产的案例能够面向客户提供的。”

具体到本次的新品，基于上述技术特点，瑞萨发布了三款高压650V GaN FET，型号分别为TP65H030G4PRS、TP65H030G4PWS和TP65H030G4PQS，提供TOLT, TOLL, TO-247三种封装选项——实现了更好的通用性，Kenny说未来还会有其他封装类型的选择，“面向1kW-10kW的电源系统提供广泛的封装选择”。

新品目标应用涵盖AI数据中心服务器电源——瑞萨在新闻稿中尤其提到了800V HVDC架构、电动出行充电、汽车OBC与DCDC、电池储能、太阳能逆变器等。AI、汽车、新能源总是几名主流市场竞争者关注的焦点——尤其Kenny提到“我们正面向AI领域的头部企业，包括N公司，提供AC转DC效率达到98.3%的电源参考方案”——“这是个230V转54V的6.6kW的平台，已经是比较成熟的方案”。

“这些是目前最大的市场，所以我们推出30mΩ的新品用于替代35mΩ的上代产品。”Kenny说基于当前GaN市场的激烈竞争，瑞萨率先针对足以走量和创造营收的应用推出了这几款GaN新品，“低压的、更小功率的产品未来也会做”；与此同时，据说更高电压如1200V的新品也蓄势待发。

另外值得一提的是，工艺相关的“第四代增强型”（Gen IV Plus）平台相较此前的第四代（Gen IV），在性能和成本方面也都有进步。包括本代30mΩ相较上代35mΩ产品，R_Ds(on)和die size都实现了大约14%的缩减——对应的也就实现了成本的降低；FoM（Figure of Merit，品质因数）提升至多50%（Ron x Qg提升至多50%，Ron x Qoss提升>20%），长期可靠性增强；最广泛的封装类型支持，达成更好的灵活性。

Kenny甚至特别在媒体会上给出本次发布的新品与650V 33mΩ SiC MOSFET的比较（@66kHz），“在图腾柱PFC的效率上，新品相较SiC效率高出0.2个点。这0.2个点很重要，因为这是在大家都做到99%效率附近的情况下，高出0.2个点就等于损耗低了20%。”“如果再提高频率，则优势还会更大。”这也体现出更快速的开关频率，让GaN相较SiC在特定应用下的优势，且相对的成本也更低。

在器件和芯片之外，构成更完整的系统，及面向用户推成套解决方案，才是瑞萨这类市场参与者的拿手。近几年包括瑞萨在内的头部企业普遍在解决方案覆盖更完整的信号链，推更全面的产品的问题上，“卷”得特别厉害。这也是我们看到大企业针对信号链关键节点，持续并购、投入研发的基本逻辑，包括瑞萨对于Transphorm的收购。

至于到具体的应用上，Kenny在媒体会上列举的也是SuperGaN在AI数据中心做高压母线级ACDC转换，以及将±400V DC降压到48-54V供给服务器——这大概也更接近Kenny所说面向N公司提供的参考方案。不过除了GaN FET之外，体现瑞萨优势的仍然在于涵盖MCU、驱动器、控制器，及其他电源组件与模块等在内的各类型产品支持。“除了作为开关器件的MOS管，瑞萨也提供整套方案，包括MCU、PWM、栅极驱动等；从图腾柱PFC，到LLC、BMS、DCDC等等。”

瑞萨GaN业务副总裁Primit Parikh就说：“未来，我们将深度融合经市场验证的SuperGaN技术与瑞萨丰富的驱动器及控制器产品阵容，致力于打造完整的电源解决方案。”瑞萨此前强调的“一站式”服务，及基于生态系统（GaN + IC + 解决方案）和Winning Combo的理念，无疑也会在GaN产品上体现出来。