[原创] 上市首日估值10亿美元，纳微半导体凭什么？
2021-11-25
14:00:16
来源: 半导体行业观察
纳
微半导体今年10月20日在纳斯达克上市，上市当天的企业价值超过10亿美元。这是首家专注于集成式氮化镓功率芯片业务的上市公司，不由发问，纳微半导体凭什么？
首先看纳微所处的氮化镓GaN赛道，早在20年前，GaN这种材料就出现了，最近这几年GaN通过自身优化、产能的提升、成本的控制，慢慢地落地到消费和工业类的应用中。
而且GaN凭借诸多优良特性有望在电力应用中取代硅。相比传统硅，GaN的开关速度比硅快20倍，体积和重量轻3倍，在某一些系统里可以节能40%左右，这对于实现国家的碳中和目标很有助益。它的功率密度可以提升3倍，充电速度也提升3倍以上。同样的体积，同样的充电速度，用硅的方案来做成本非常贵，利用GaN，系统待机可节约20%左右。
现在使用GaN快速充电器的移动设备逐渐增多，创造了数十亿美元的GaN芯片投资机会。尤其是手机充电，现在手机更大的显示屏幕和电池需要更多的电力，GaN优势是能大幅提升充电器的功率，消费者仅用很短的时间，就可把手机电池充满，多头充电器是非常大的市场。充电器孕育了超过25亿美元的GaN芯片投资机会，其中墙插式充电器年出货量达25亿颗，每个充电器的GaN芯片超过1美元，并随着时间的推移不断增加。
再来看纳微的团队实力，2013年，Gene Sheridan、Dan Kinzer及Jason Zhang共同创立了纳微半导体。这3位创始人已携手合作逾30年，而且参与了超过20代功率半导体的研发。他们把以往的工作经验带到纳微，目前公司已经拿到专利总共超过200多件。
中国是当前第三代功率器件的重要市场，纳微自然很看重中国市场。纳微中国整个团队大约有60多人，中国大陆拥有超过纳微全球40%的成员。而且公司70%以上的营收部分，也都来自中国大陆。
因为GaN是新的器件，当然会带来全新的设计，所以，纳微在中国成立了非常强大的AE团队。2018年纳微在深圳成立首个应用和销售中心，同年在杭州成立 GaNFast
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应用设计中心，这是纳微的数据中心和服务器设计团队，已经开始打造的第一款服务器的产品；2019 年在上海成立 GaNFast
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功率芯片设计中心，从GaN功率芯片向GaN功率专用芯片迈进，正在招聘EV团队。
来自这些地区的AE团队将从客户的需求的定制、讨论，到原理图的绘制，整个布版的设计，到结构的装配性，一直到EVT就是电器性能样机测试，到最后分析，整个详细设计阶段EMI的调试，一直到小批量的试产，中批量的试产，到大批量的量产，纳微都提供全程的服务。
纳微在GaN领域20多年的经验解决了GaN在制造、可靠性、材料、产量、成本各方面的复杂问题。这离不开对生产伙伴的选择。在晶圆代工厂方面，纳微主要在台积电的2号工厂里生产，2号工厂可谓是世界级、低成本的晶圆代工厂；在封装部分，纳微采用全球前三名的封装厂商，将品质控制做到零故障。公司芯片的良率高达90%，而且交货周期仅为12周左右。现在纳微已出货三千万个GaN功率芯片，且没有任何关于纳微GaN功率芯片的现场故障报告。
在其芯片的采用客户中，小米、OPPO、联想、DELL等知名企业都是纳微的客户，目前纳微已经量产了140多个GaN充电器项目，未来一年中还有150多个正在开发的GaN充电器项目。全球有90%+的可携式品牌商使用纳微的GaN芯片。
在GaN技术层面，目前功率GaN主要以两个流派在发展，一个是dMode常开型的，另外一个eMode常关型。常开型的GaN功率器件需要额外的硅 FET“级联”配置，常关型的需要特殊的栅极驱动器来驱动。纳微代表的是后者。但相比于传统的常关型的GaN功率器件，纳微又进一步做了集成，这包括驱动、保护和控制的集成。
那么GaN功率芯片集成以后带来什么好处呢？据纳微半导体高级应用总监黄秀成的解释，首先，传统的分立硅器件参数不够优异，它的开关速率、开关频率都受到极大的限制，通常我们看到基于硅器件的电源系统设置都是在60kHz到100kHz的开关频率范围，导致的结果是什么？因为开关比率比较低，它的储能元件，相对电感电容用的尺寸比较大，电源的功率密度会相对比较低，业界通常的功率密度是小于0.5W/cc。其次，分立式GaN因为受限于驱动的线路的复杂性，如果没有把驱动集成到功率器件里，受限于外部器件的布局、布线参数的影响，开关频率没有发挥到GaN本来发挥到的高度。所以，相比于普通的硅器件大概只有2到3倍开关频率的提升，可想而知功率密度的提升也是相对比较有限的。
黄秀成进一步介绍到，纳微的功率GaN器件，集成了控制、驱动和保护在里面，就可以不依赖于外部集成参数影响，开关频率可以充分地释放，目前纳微主流的开关频率在电源适配器可达到300kHz和400kHz，在模块电源已经有客户设计到了MHz。所以，经过集成的方案之后，开关频率、开关速度的潜能被释放，我们设计出来的功率密度比传统的硅或者分立式的GaN高了好多，目前我们有好多案例远远大于1W/cc的数字。
目前纳微的GaN产品在市面上主流的系列是GaNFast
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系列，GaNFast就是把驱动控制和保护做在功率器件上面。它采用的是一种QFN封装，大体布局和传统的硅和分立式的区别并不大，有漏极、源极、PWM，还额外有三个和控制驱动相关的。首先，因为这是一个功率芯片，Vcc供电也是必需的，它的供电范围很宽，在10V-30V之间。其次，纳微在外部用了一个稳压管来产生内部基准电压，它可以把宽范围的Vcc调整成内部真正需要驱动GaN功率器件的母线电压。另外，PWM信号内部做了很多防噪声处理。相比于传统的硅，或者分立式的GaN，里面有很多保护，包括UVLO在系统上Vcc未达到某一定值之前，整个功率芯片是锁定状态，可以有效的避免功率器件在某些异常条件下工作失效等等。
在GaNFast
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基础上，纳微利用最新的GaNSense
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技术又做了性能的提升，主要体现在
无损可编程的电流采样、智能待机、人体的ESD、过温过流保护
，这些都完美集成在GaNSense
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系列里面。
具体来看，无损电流采样可达到灵活、高效、准确的好处。因为无损采样代替了原来采样电阻功能，完全把采样电阻损耗节省下来，功率回路里面的通态损耗也会减半，使能效增加至多0.5%。另外，通过内部集成节省了PCB布局面积（>30mm
2
）。再者，移除了发热元件，减少了热耦合。
过流保护是基于采样信号，在内部设定一个过流的阈值，它的触碰时间相比之前的GaNFast
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系列，节省了200纳秒，反应时间远远小于100纳秒，节省出来200纳秒就可以避免系统因为异常情况，比如说像短路、过功率等等，造成变压器的电流急剧上升的情况。而且当电流信号触碰到内部的阈值之后，不管外部的PWM信号如何，都能够保护系统里面串联的电流不会扩充，超过阈值，直到PMW关断，PWM控制器出来还是比较完整的信号。
过温保护对于功率器件的保护也是非常重要。黄秀成介绍到，纳微将温度阈值设定在160度，超过这个温度，直接把芯片关掉，芯片会自然冷却，到低于100度的时候，再去参考PWM信号，有信号就继续工作。如此进行智能过温保护。
现在很多OEM、ODM工厂都会要求待机做到30毫瓦，早期系列的GaNFast静态电流在700微安或1毫安，虽然电流已经很小，但还是在待机时把VCC切断，这样会相对复杂些。GaNSense
TM
技术则更加完善，它会智能检测PWM信号，自主进入待机模式，而且其唤醒速度也非常快，当第一次出现脉冲的时候，30纳秒就可以马上进入正常工作模式，使待机功耗降低了20%左右。
所以，综合来看，GaNSense
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技术集成了关键、实时、智能的传感和保护电路，进一步提高了纳微半导体在功率半导体行业领先的可靠性和稳健性，同时增加了纳微GaN功率芯片技术的节能和快充优势。
采用 GaNSense
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技术的新一代纳微 GaNFast
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功率芯片有十个型号，他们都集成了GaN功率器件、GaN驱动、控制和保护的核心技术，所有产品的额定电压为650V/800V，具有2kV ESD保护。新的GaNFast
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功率芯片的RDS(ON)范围为120至450毫欧，采用5 x 6 mm或6 x 8 mm PQFN封装，具有GaNSense
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保护电路和无损电流感应。这些都是移动和消费市场内流行的提供最快、最高效和最小的充电器和适配器的技术方法。
GaNSense
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技术已被用于部分一线消费电子品牌的GaN充电器上。采用GaNSense
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技术的新一代GaNFastGaN
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功率芯片已开始批量生产，并可立即供货。
对市场的洞见也是纳微半导体接下来发展的长远之道。据纳微半导体销售营运总监李铭钊的介绍，除了充电器之外，
平面电视，游戏机，平板，这些都是纳微关注的消费类产
品，因为这些产品期望做到更小更轻，这些智能家居每年约有6亿个产品，每个产品超过3亿美元的潜在GaN芯片，大约每年有20亿美金左右的市场机会。另外一个巨大的市场是
数据中心
，纳微估计，利用GaN一年可以节省超过15 TWh或19亿美元左右的电费。再一个应用场景就是
太阳能
，采用GaN可以缩减微型逆变器的尺寸、重量和成本，最高节能40%。住宅太阳能GaN的芯片机会每年总值将大于10亿美元。通过提升效率，可以把太阳能的逆变器放在家里非常小的地方，消费者可以用到更便宜的电力。
领先的太阳能厂商有望在下一代逆变器和存储中采用GaN芯片
电动汽车
自然也是纳微关注的领域。目前汽车的OBC产线主要使用硅和碳化硅，但GaN能使我们的产品得到进一步的提升。GaN能使汽车的充电速度提高3倍。为了达到更长的行驶里程，GaN可以使电力电子设备节能70%，延长5%的行驶里程, 或降低 5% 的电池成本。到2025年，汽车车载充电器约50美元, DC-DC逆变器约为15 美元，动力方面约200美元，也就是每辆纯电动汽车的潜在GaN芯片的潜在市场总空间将超过250美元。
GaN芯片是实现碳排放、碳中和非常重要的手段，每出货一个GaN功率芯片，生产制造过程和硅芯片相比可以减少4公斤的二氧化碳排放，到2050年GaN每年将有望解决26亿吨碳排放量。纳微GaN芯片的组成部分在制造过程中的二氧化碳排放量比硅低4到10倍，充电器的二氧化碳排放量减少28%，氮化镓如果在电动汽车行业得到广泛采用，还可以让电动车的市场普及提前3年到来，到2050年节省20%的道路排放量。
处于这样一个充满潜力的GaN赛道，拥有成熟的、经验丰富的管理团队和强大的AE支持，配以实力雄厚的晶圆代工厂和封测厂对生产的把关，再加上对市场的前瞻性关注，纳微半导体10亿美元的估值名副其实。
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