氮化鎵市場，中國扮演重要角色

來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察

隨著寬帶隙材料開始取代電力電子中的硅，氮化鎵在消費(fèi)領(lǐng)域也逐漸站穩(wěn)了腳跟。尤其是在中國，氮化鎵將在未來幾年助力電力設(shè)備市場的大幅增長。

作為第三代材料，GaN 仍在不斷創(chuàng)新和發(fā)展（第一款商用功率器件僅在 10 年前推出），在電力電子領(lǐng)域有著迷人的前景。

根據(jù)Yole預(yù)測，到2027年，功率 GaN 器件市場的價(jià)值將從 2021 年的 1.26 億美元增長到 20 億美元，預(yù)期的年復(fù)合增長率高達(dá) 59%。Yole預(yù)計(jì)，在此期間會有許多并購、大量投資。在應(yīng)用方面，除了獨(dú)特的合作伙伴關(guān)系，GaN 滲透到汽車和電信/數(shù)據(jù)通信等應(yīng)用中。

消費(fèi)驅(qū)動 GAN，尤其是在中國

到目前為止，消費(fèi)領(lǐng)域一直是 OEM 采用 GaN 的主要驅(qū)動力，這要?dú)w功于材料的成本和效率優(yōu)勢，而且這種趨勢預(yù)計(jì)不會放緩。Yole Intelligence 預(yù)測，功率 GaN 市場的消費(fèi)應(yīng)用預(yù)計(jì)將從 2021 年的 7960 萬美元增長到 2027 年的 9.647 億美元，復(fù)合年增長率為 52%。到 2027 年，消費(fèi)行業(yè)將占整個(gè)行業(yè)的 48%。

由于對更快、更便宜和更環(huán)保的電子設(shè)備供電的需求，快速充電一直是推動這種采用的主要應(yīng)用。

借助 GaN，智能手機(jī)制造商可以制造外殼尺寸更小且性價(jià)比更高的充電器。盡管基于 GaN 的器件的單價(jià)比硅貴，但更高的頻率和更高的功率密度值導(dǎo)致每瓦美元更低。比較三星的硅基和 GaN 基充電器有助于證明這一點(diǎn)：三星的 45W Si 快速充電器的功率密度為 0.55W/cm3；而其 45W 基于 GaN 的充電器擁有 0.76w/cm3的功率密度，占地面積縮小了近 30%。

小米、vivo、聯(lián)想、OnePlus Technology 和 Nubia 等中國 OEM 只是報(bào)告中提到的過去兩年發(fā)布快速充電器的少數(shù)幾家公司。

雖然其他地區(qū)的電子 OEM 擁有 GaN 快速充電產(chǎn)品，例如蘋果（美國）和三星（韓國），但在該地區(qū)卓越的制造能力和專用供應(yīng)鏈的支持下，中國 OEM 的數(shù)量要多得多，這使得該地區(qū)能夠在功率 GaN 消費(fèi)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。自 2021 年以來，中國國內(nèi)供應(yīng)鏈已經(jīng)能夠以自下而上的方式支持氮化鎵大批量出貨。該地區(qū)是最大的消費(fèi)品市場之一，這種需求推動了集成設(shè)備制造商 (IDM) 的發(fā)展，代工廠和包裝商/OSAT。

英諾賽科（Innoscience）和三安集成電路是功率GaN生態(tài)系統(tǒng)中的兩個(gè)重要的中國參與者，有助于推動中國的領(lǐng)先地位。Innoscience是全球最大的專注于GaN技術(shù)的8英寸IDM；而三安集成電路是一家化合物半導(dǎo)體晶圓代工企業(yè)，為高效電源設(shè)計(jì)提供GaN代工服務(wù)。

圍繞氮化鎵消費(fèi)領(lǐng)域，其他即將推出的應(yīng)用包括音頻設(shè)備，例如 D 類音頻放大器，這在未來幾年可能會占用少量業(yè)務(wù)。然而，預(yù)計(jì)快速充電器將成為預(yù)測期內(nèi)消費(fèi)市場的主要驅(qū)動力。

原始設(shè)備制造商考慮大功率充電器

智能手機(jī)快速充電器的目標(biāo)功率高于 75W 的新趨勢可能會在不久的將來推動智能手機(jī) OEM 對 GaN 的采用。大多數(shù)國家超過 75W 的功率需要功率因數(shù)校正 (PFC) 電路，這需要使用更多的 GaN 含量。

目前市場上大多數(shù)基于 GaN 的充電器都在 65W 左右或以下，這是性價(jià)比的“最佳點(diǎn)”。但隨著對更快充電的需求持續(xù)增長，原始設(shè)備制造商正在考慮在為消費(fèi)者帶來的額外好處（充電速度顯著提高以及能夠使用相同的充電器為筆記本電腦充電）與單價(jià)之間進(jìn)行權(quán)衡。

目前存在數(shù)量有限的高功率設(shè)備，例如小米的 210W 快速充電器，它允許用戶在短短 9 分鐘內(nèi)將其 Redmi Note 12 Discovery 的 4,300mAh 電池從空充電至充滿。對更快、功能更強(qiáng)大的充電器的需求是否會延續(xù)這一趨勢？

GAN 的新興應(yīng)用

在消費(fèi)領(lǐng)域 10 年后，GaN 技術(shù)日趨成熟，這也引致該材料開始滲透到工業(yè)應(yīng)用中。例如，汽車和電信/數(shù)據(jù)通信行業(yè)目前的立足點(diǎn)很小，但預(yù)計(jì)在未來幾年將實(shí)現(xiàn)高速增長。

分析師預(yù)測，汽車和移動行業(yè)的氮化鎵需求將從 2021 年的 530 萬美元增長到 2027 年的 3.089 億美元，復(fù)合年增長率達(dá)到驚人的 97%。電信/數(shù)據(jù)通信將以 69% 的年增長率增長，到 2027 年將達(dá)到 6.178 億美元。

從 2024-25 年，汽車市場的主要驅(qū)動力將是電動汽車的車載充電器（AC-DC 轉(zhuǎn)換）以及 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（電壓范圍為 48 V 至 400 V）。從長遠(yuǎn)來看，大概到2030 年左右，OEM 將開始考慮在主逆變器 (650-800V) 中集成 GaN。

中國是汽車（尤其是電動汽車）市場中最大的市場之一，這有助于推動該地區(qū)的市場獨(dú)立于國際貿(mào)易問題。小型電動汽車將成為這里的重要應(yīng)用，緊湊型城市汽車、輕便摩托車、踏板車和電動自行車使用配備 48V 和 96V 電池的小型電動機(jī)越來越受歡迎。

消費(fèi)和汽車/電信行業(yè)的不同要求可以解釋為什么迄今為止對這些市場的滲透速度較慢?？煽啃詫ζ嚭碗娦判袠I(yè)非常重要，但對消費(fèi)者來說就不那么重要了，消費(fèi)者通常每兩年更換一次設(shè)備。此外，在較為保守的汽車和電信行業(yè)內(nèi)，驗(yàn)證新技術(shù)以及建立供應(yīng)鏈安全所需的時(shí)間要長得多，正如碳化硅在汽車應(yīng)用中所見。然而，既然這種材料的可靠性已經(jīng)在一定程度上通過其在消費(fèi)領(lǐng)域的應(yīng)用得到證實(shí)，電信行業(yè)，尤其是汽車行業(yè)的原始設(shè)備制造商現(xiàn)在也表現(xiàn)出極大的興趣。

中國的“新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”框架可能會幫助中國實(shí)體在這些新興工業(yè)應(yīng)用中更快地行動。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)技術(shù)獨(dú)立，該政策旨在通過政府對私營部門參與的支持，發(fā)展供應(yīng)鏈各個(gè)層面的內(nèi)部能力。

通過這種方式，可以更快地開發(fā)應(yīng)用程序，以便在支持?jǐn)?shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的市場中獲得“先行者”優(yōu)勢——例如電動汽車、可再生能源和數(shù)據(jù)中心支持的人工智能——其中 GaN 是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

獨(dú)特的伙伴關(guān)系

過去幾年，越來越多的汽車制造商與 GaN 器件供應(yīng)商合作。GaN Systems （最近被英飛凌收購）是一家專注于功率 GaN 半導(dǎo)體的創(chuàng)新型加拿大公司，它與豐田合作，最近還與寶馬合作供應(yīng)基于 GaN 的功率晶體管。雷諾、邁凱輪、布加迪和 Yole Intelligence 報(bào)告中提到的其他汽車制造商也一直在悄悄地投資這項(xiàng)技術(shù)。

此外，德國汽車系統(tǒng)制造商 ZF 與以色列 GaN 公司 VisIC 合作，而意大利汽車零部件制造商 Marelli 則與 GaN 器件公司 Transphorm 合作。

汽車市場中 GaN 發(fā)展的獨(dú)特之處在于成熟的汽車公司與創(chuàng)新公司合作以提高 GaN 制造能力。除了 GaN Systems，VisIC 和 Transphorm 的歷史還不到 15 年。

隨著汽車制造商努力實(shí)現(xiàn)電氣化目標(biāo)，這表明汽車制造商正在努力采用新材料。但這也可能意味著從碳化硅中吸取了教訓(xùn)，碳化硅是另一種新興材料，在電動汽車的電力電子系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。由于與意法半導(dǎo)體的合作，特斯拉在這方面取得了較早的領(lǐng)先地位，成為第一家在其 Model 3 中集成完整 SiC 功率模塊的高級汽車制造商。其他汽車制造商現(xiàn)在可能希望學(xué)習(xí)特斯拉早期采取的戰(zhàn)略使用 SiC 并確保他們不會錯(cuò)過 GaN 的機(jī)會。

憑借更小、更便宜和更環(huán)保的供電承諾，GaN 在汽車、電信/數(shù)據(jù)通信和其他工業(yè)應(yīng)用中的采用必將擴(kuò)大。它在這些應(yīng)用中如何發(fā)展，以及它與碳化硅一起發(fā)揮的作用，將值得關(guān)注。