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栏目:新闻中心 发布时间:2021-12-03 09:24

近几年,第三代半导体GaN快速发展,根据衬底材料的不同,GaN主要分为几类:Si基GaN,目前主要应用在功率期间中,也逐渐被部分射频器件采用;蓝宝石衬底GaN,主要应用在LED上,应用已经非常成熟,SiC基GaN,主要应用在基站的射频器件上,比如华为、中兴,GaN基产品则主要用在一些高能量的激光器件上。

目前GaN在充电、快充等消费类的应用比较火爆,并逐渐引入到数据中心等工业领域,以及电动汽车的应用中,未来市场空间无限,根据Yolo的数据,2020年氮化镓功率器件市场大概是46百万美元,im电竞官网,预计到2026年将增长到11亿美元,复合年增长率高达69%。


被快充带火之后,GaN应用开始拓展到数据中心、电动汽车等领域

在前不久英诺赛科技举办的硅基氮化镓产业发展峰会上,爱集微副总经理杨建荣谈到,上个世界90年代,其实就有一些企、机构开始研发GaN产品,不过一直到2008年后,丰田宣告准备在汽车上采用GaN和SiC,开始点燃了化合物半导体的热潮,GaN的发展热度也直线上升,在2012年左右到达顶点的时候,EPC发布了低压GaN功率器件,Transpherm发布了高压GaN功率器件,台积电也发布6英寸GaN代工,IMEC发布8英寸硅基氮化镓技术,可以看到当时相当多的企业进入这个市场。

然而因为GaN对功率、外延等的要求非常高,而那时候GaN功率器件的稳定性和生态都没有发展完善,后来发展出现极具下滑,在这个阶段其实也有一些动作,2014年左右英飞凌收购IR,2015年左右Navitas推出600V 氮化镓芯片,在2015年底的时候,这一波GaN的发展跌倒谷底。

不过GaN仍然是被认为很有潜力的技术,英诺赛科技正是在谷底的2015年成立的,进过几年缓慢上升的发展,直到2020年2月份,小米10 的发布会把GaN充电器带火,同年9月份,国家把GaN列入十四五规划,今年4月份,IMEC还宣布推出工作典雅可达到1200V的硅基GaN外延片,GaN产业进入即将爆发的前夕。

功率GaN的应用场景主要包括消费类、工业类和电动汽车类。消费类主要是超小型电源适配器,另外还有笔记本、手机等里面都可以采用GaN,比如手机里面有可能会用到10颗以上DC-DC,包括这些所有在内的电源器件都可以转换成GaN;工业类现在已经开始应用在服务器、电源、光伏等产品中;电动汽车上的应用也开始多起来,包括OBC、DC-DC等。

目前来看650V的应用相对来说比较多,比如充电头,900V左右的产品也开始慢慢的被采用,上个IMEC还推出1200VGaN外延片,说明GaN的适用范围在不断的扩大。

目前快充可以说是GaN最为大家熟知的应用产品,2019年4月香港电子展上,就有8款氮化镓充电器新品参展,2020年2月小米10发布会,雷军展示了氮化镓技术,推出65W快充,直接拉升了氮化镓快充的热度,氮化镓快充的热度也深入到消费者心里。据统计,截止到上个月底,国内已经推出近20款30W 氮化镓充电器,代表氮化镓开始向中低端普及。这预示氮化镓已经基本打开了快充市场。


GaN在数据中心的应用可以说相当有优势,传统的Si电源机柜,差不多需要10个电源供应30个服务其,而GaN电源因为能量密度比较高,不仅小,而且6个电源可以带动34个服务器,数据中心本来场地费就非常高,如果能够把能量密度提升,便能腾出更多的空间放置服务器,不仅解决了成本问题,而且还非常节约,GaN在数据中心的应用未来一定有很好的发展。

GaN在电动汽车上的应用也相当被看好,汽车上的48V-12V DC-DC、OBC 、traction Inverter等都可以用到大量的GaN器件,可以看到近几年不少汽车在引入GaN的应用,2019年东京车展,名古屋大学和丰田共同开发了全氮化镓的汽车,牵引逆变器、DC-DC、车载充电器和LED照明等都用的GaN,近期也可以看到不同的机构和厂商针对车推出不少GaN方案,包括意法半导体、安世、IMEC和TI等。


GaN企业的模式主要有IDM和Fabless,比如英飞凌、TI、ST、松下、安森美、PI、英诺赛科等都是IDM,EPC、Dialog、Navitas等则是Fabless模式,从成本和毛利率来看,IDM的经营模式会更具优势,比如6寸硅基氮化镓,不含封装成本下,硅衬底占比比较低,大概是5-8%,外延和衬底占到整个成本的9成,其中氮化镓外延片占比40-50%,氮化镓器件占比45-55%,如果只是Fabless厂商,器件和外延都需要外包,整个的毛利水平就比较底,所以业界认为,IDM的模式可以有更高的毛利率。

GaN处在爆发前夕,除了快充还有五大杀手级应用

当前GaN投资大热,到底是泡沫还真的是爆发前夕?第三代半导体产业技术创新战略联盟秘书长于坤山表示,可以从两个方面来看,五年前来看,GaN的投资很小,当时很多企业很艰难,处于维持和生存的状态,现在投资很大,去年包括碳化硅和氮化镓在内的整个第三代半导体产业投资,一共有23项投资,总投资额约为694亿,其中碳化硅550亿,氮化镓相关的投资是144亿元。

虽然现在看起来很多,五年之后再回头来看其实并不多,到时候投资可能会增加到10倍,对于GaN的发展,现在建设工厂,投资只是起步,未来还需要更多的投资维持产业的继续发展,于坤山认为,要共建产业生态、打造应用方案、跨越鸿沟,意味着需要巨大的资源投入,而且还需要包括政府的政策支持、产业资本的投入,以及其他更多相应的标准配套等等,整体而言,从发展的眼光来看,GaN未来的发展空间更大,投资人、从业者、以及联盟等未来的发展空间也会更大。

爱思强总裁宋伟从设备厂商的角度分享了GaN功率器件的市场情况,爱思强是全球主流的硅基GaN MOCVD设备的生产厂商,市占率超过90%。宋伟谈到,目前GaN这个市场处于供不应求的状态,据他们了解,现在欧美主流设计公司面临的困境是,没有足够产能支持市场的发展,这些设计厂商严重依赖台积电等代工厂提供产能。硅基GaN实际上正处在爆发的前夕,单从快充这个产品的应用来看就供不应求,因为设计公司产能远远不够,今年年初台积电宣布大规模的扩产计划,并宣布要采购16台MOCVD扩充产能,不过从采购设备到产能能够供应到市场,还需要相当长一段时间。

快充普及,但GaN迎来真的杀手应用了吗?充电头网站长姚伦慧表示,可以肯定,快充是一个非常大的杀手级应用,全球大约有50亿台终端设备需要快充,这是一个非常大的市场,由很多产品组成,比如手机,每年大概出货量有数十亿台,平板电脑,每年有1-2亿台出货量,笔记本电脑,maintain有大约一亿台出货量,现在快充已经融入到生活的方方面面。

除了快充,应该至少还有五大杀手级应用,每个市场没每年大概有千亿颗级别的出货量,总共每年就有上亿颗级的出货量。第一个是PC市场,游戏的充电本和办公用电脑等都是GaN的重要应用市场,每个PC本大概需要用到数十颗以上的GaN;第二个是电单车的充电器,电单车的充电器很大,对体积和效率的要求比较高,这是一个值得关注的市场;第三个是替代燃油发电机的户外电源市场,因为现在国家推行油改电,因为户外的电源通常需要用到逆变的电路,双向逆变市场会是GaN另一个杀手级应用;第四个是锂电池的保护电路;第五个是对体积、厚度有非常高要的显示器。因此这些和快充一起组成了6个杀手级应用。

GaN用于快充仅仅是小试牛刀,未来还有非常大的应用空间,于昆山表示,主要是基于这几个方面的考虑,一是GaN技术还在进步,现在应用比较普遍的是650V,后续700V、800V、1200V的应用也将会逐渐普及,随着电压提升,性能、导通电阻再下降,现在GaN达到的技术还仅仅是第一步,未来GaN的应用空间将会更大。

二是国家正在发力碳达峰、碳中和,国家的战略举措也将会提升新技术的应用过去式,从家电企业来看,根据此前调研的一家家电企业,一年就需要采购100亿元人民币的电源模块,这家企业自己可以提供10亿元的产品,剩下90亿元的电源模块基本由外资提供,这仅仅是一家企业,如果拓展到所有电器行业,包括数据中心、电动汽车、能源互联网等,市场空间可想而知将有多大,两碳战略将会催生巨大的GaN市场。

三是快充的应用相当于是GaN材料技术应用的引领者,正是因为快充的应用,极大的带动了GaN产业链的发展,在这样的引领下,GaN产业生态将会逐渐完善,各方面的应用也会随之走向成熟。

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