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GaN 良率受限,難以取代 IGBT

作者: 時(shí)間:2023-03-17 來(lái)源:半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫 收藏

氮化鎵()主要是指一種由人工合成的半導(dǎo)體材料,是第三代半導(dǎo)體材料的典型代表, 研制微電子器件、光電子器件的新型材料。氮化鎵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成,相關(guān)器件快速發(fā)展。第三代半導(dǎo)體氮化鎵產(chǎn)業(yè)范圍涵蓋氮化鎵單晶襯底、半導(dǎo)體器件芯片設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)以及芯片等主要應(yīng)用場(chǎng)景。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202303/444571.htm

氮化鎵應(yīng)用范圍廣泛,作為支撐「新基建」建設(shè)的關(guān)鍵核心器件,其下游應(yīng)用切入了「新基建」中 5G 基站、特高壓、新能源充電樁、城際高鐵等主要領(lǐng)域。此外,氮化鎵的高效電能轉(zhuǎn)換特性,能夠幫助實(shí)現(xiàn)光伏、風(fēng)電(電能生產(chǎn)),直流特高壓輸電(電能傳輸),新能源汽車、工業(yè)電源、機(jī)車牽引、消費(fèi)電源(電能使用)等領(lǐng)域的電能高效轉(zhuǎn)換,助力「碳達(dá)峰,碳中和」目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看,全球氮化鎵產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。據(jù)分析機(jī)構(gòu) Yole 研究顯示,在氮化鎵功率器件方面,2020 年的整體市場(chǎng)規(guī)模為 0.46 億美元,受消費(fèi)類電子、電信及數(shù)據(jù)通信、電動(dòng)汽車應(yīng)用的驅(qū)動(dòng),預(yù)計(jì)到 2026 年增長(zhǎng)至 11 億美元,復(fù)合年均增長(zhǎng)率為 70%。值得一提的是,電動(dòng)汽車領(lǐng)域的年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 185%。在氮化鎵射頻器件方面,2020 年的整體市場(chǎng)規(guī)模為 8.91 億美元,預(yù)計(jì)到 2026 年增長(zhǎng)至 24 億美元,復(fù)合年均增長(zhǎng)率為 18%。

是否能乘勝追擊?

近日,全球電動(dòng)車大廠特斯拉突然宣布,下一代的電動(dòng)車傳動(dòng)系統(tǒng)碳化硅用量大減 75%,因借創(chuàng)新技術(shù)找到下一代電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)減少使用碳化硅的方法,也不會(huì)犧牲效能。這消息直接沖擊全球第三代半導(dǎo)體廠商股價(jià),牽動(dòng)廠商布局。

Systems 全球業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁莊淵棋分析,以 Tesla 欲砍 SiC 達(dá) 75% 目標(biāo)來(lái)看,可從其第一、二、三代用量減少幅度來(lái)評(píng)估,第三代就有機(jī)會(huì)較第一代減少約 75% 用量,因此,單純通過(guò) SiC 尺寸縮小來(lái)達(dá)到目標(biāo)是有機(jī)會(huì)的。

Tesla 是率先采用 SiC 的車廠,如今為減少 SiC 用量、若欲混搭成本具競(jìng)爭(zhēng)力的 IGBT,必須要考量到散熱、功率損耗表現(xiàn)遞減問(wèn)題,可能得再添加上冷卻系統(tǒng)(Cooling System)才能達(dá)到原有的水準(zhǔn)。

為了不受 SiC 缺料影響及總成本降低五成的考量,Tesla 說(shuō)不定也會(huì)參考其他車廠的解決方案。例如四驅(qū)電動(dòng)車,前兩輪可采 IGBT 或非 SiC,而后兩輪維持使用 SiC,同樣可以達(dá)到降低 SiC 用量。

至于 GaN 是否可乘勝追擊,快速顛覆工業(yè)、拿下車用領(lǐng)域?莊淵棋說(shuō),顛覆的速度難從單一元件廠商視野來(lái)評(píng)估,尤其車用器件的決定權(quán),在于各不同車廠的設(shè)計(jì)、成本規(guī)劃以及車款定位等。


GaN 市場(chǎng)動(dòng)態(tài)整理

目前部分 GaN 廠商宣稱已達(dá)到九成生產(chǎn)良率,但被客戶或競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手私下檢測(cè)時(shí),產(chǎn)品良率僅五成。因此,就整個(gè) GaN 的供應(yīng)鏈來(lái)說(shuō),各供應(yīng)商產(chǎn)品良莠不齊明顯,短期要全面發(fā)展起來(lái)仍有難度。

莊淵棋分析,SiC、GaN 要在 DC-DC 取代 IGBT 也有一定難度,因?yàn)榄h(huán)境要求沒(méi)有 OBC、馬達(dá)逆變器端來(lái)得嚴(yán)苛,用成本最具競(jìng)爭(zhēng)力的 IGBT 可以展現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)越的性價(jià)比。

同樣在充電樁領(lǐng)域,因?yàn)閷?duì)重量及空間不需錙銖必較,要拔掉成本最具優(yōu)勢(shì)的 IGBT 難度也高。

中、高電壓的 GaN,相較于小電壓的 3C 充電頭,在制程上也有不同的挑戰(zhàn)仍待克服。簡(jiǎn)單地說(shuō),不同工作環(huán)境要求,對(duì)元件量產(chǎn)就是新挑戰(zhàn),耐用、穩(wěn)定性需要完全符合應(yīng)用端客戶要求。
在電動(dòng)車上目前 GaN 以主流 400V 系統(tǒng)為主,若未來(lái)要跨入 800V,也得通過(guò)不同層面的認(rèn)證,整體來(lái)看,GaN 要快速擴(kuò)散至各應(yīng)用領(lǐng)域,仍有層層關(guān)卡待突破。
以此來(lái)看,GaN 生產(chǎn)良率、形同 SiC 長(zhǎng)晶般難掌控嗎?莊淵棋解釋,得視個(gè)別 GaN 廠商的實(shí)力而定。就 GaN 市場(chǎng)來(lái)看,不少產(chǎn)品暗藏的缺陷難以立即找到,常在一段時(shí)間后才被發(fā)現(xiàn)。

所以,供給愈來(lái)愈多好的晶粒(Good die)是 GaN 廠商的關(guān)鍵,不論用測(cè)試、篩檢或任何可行方法來(lái)運(yùn)作,目前多方都在絞盡腦汁尋求最佳解方,以達(dá)到不同應(yīng)用端的要求。



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