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称雄快充市场是起点,氮化镓(GaN)潜力不可限量

2022/2/6 11:47:56 来源:爱集微 作者:李延 责编:远洋

据咨询机构 TrendForce 研究,GaN 功率元件市场规模至 2025 年将达 8.5 亿美元,2020-2025 年复合成长率 (CAGR) 高达 78%。前三大应用占比分别为消费性电子 60%、新能源汽车 20%、通讯及数据中心 15%。在 2021 年,手机快充的惊人增长继续拉动市场的不断成长,让身为“三代半”双星之一的 GaN 交出了一份漂亮的成绩单。

快充市场持续爆发

GaN 市场在 2021 的惊喜依然来自快充市场。由于苹果亲自下场,发布了 140W GaN 快充产品,过去持观望态度的厂商也开始纷纷跟进。

将 GaN 用在手机快充中主要是因为手机充电功率在增长,适配器和充电器功率从 5W、10W 变成 65W、125W 时便携性越来越差。而采用 GaN 芯片的充电器体积小,充电速度快。同时,USB 标准化组织推广 Type-C 接口和 USB 功率传输协议(USB Power Delivery,USB PD)后导致配件市场爆发,一个标准适配器,手机能快充,笔记本电脑也能用,需求就变大了。

除了 OPPO、realme、小米、努比亚、三星、联想、中兴等手机厂商推出的产品之外,第三方厂商也是不遗余力地跟进,市场上 20W-120W GaN 快充产品已多达数百款。苹果配合新款 MacBook Pro 笔记本发布的 140W 充电器,更是将 GaN 的市场应用推向了新高度。

厂商们还在研究将 GaN 器件直接放入手机中,OPPO 在去年 7 月举行的闪充开放日交流活动上,首次将低压 GaN 应用在了手机内部电路上,用一颗 GaN 开关管取代两颗串联的硅 MOSFET,实现快充充电的路径管理。

TrendForce 最近的研究显示,受惠于消费性快充产品需求快速上升,如手机品牌小米、OPPO、vivo 自 2018 年起率先推出快速充电头,凭借高散热效能与体积小的产品优势获得消费者青睐,截至目前笔电厂商也有意跟进,使 GaN 功率市场成为第三代半导体产业中产值上升最快速的类别,预估 2021 年营收将达 8,300 万美元,年增高达 73%。

促成 GaN 在快充领域的大量应用,还有一个重要的原因就是 GaN 器件的价格大幅下降。在 2021 年初,GaN 功率晶体管的重要厂商 GaN Systems 就宣布,其低电流,大批量 GaN 晶体管的价格已跌至 1 美元以下,这些晶体管通常用于智能手机和笔记本电脑以及各种消费品和工业应用的 GaN 充电器和 AC 适配器。

厂商竞争激烈

因为快充市场的快速崛起,GaN 功率器件厂商排名也发生了变化。根据 TrendForce 发布的 2021 全球 GaN 功率厂商出货市占率排名,纳微半导体(Navitas)将以 29% 的出货量市占率超越 Power Integrations(PI),拿下今年全球 GaN 功率市场第一名。

凭借其特色 GaN Fast power ICs 设计方案和良好供应链合作关系,纳微进而成为消费市场 GaN 功率芯片第一大供应商,目前已与全球顶级手机 OEM 厂商及 PC 设备制造商展开合作,包括戴尔、联想、LG、小米、OPPO 等。2021 年其快充 IC 订单持续增加,此前在台积电(TSMC)Fab2 的 6 英寸投片,下半年将转进至 8 英寸厂,以缓解产能紧缺问题;三安集成也是其意向代工厂。另外,对于其他 GaN 应用市场,数据中心也可能成为纳微半导体的优先切入点,预计 2022 年会投入相应产品。

PI 作为老牌电源芯片厂商,在 GaN 功率市场长期作为绝对主导地位,今年 PI 推出了基于 PowiGaN 技术的新一代 InnoSwitch4-CZ 系列芯片,搭载至 Anker 65W 快充等产品,取得市场一致好评。另外,近期发布的首款集成 AC-DC 控制器和 USB PD 协定控制的单晶片产品,或成为推升 PI 今年营收成长的又一大关键动能,预估将以 24% 市占率位居全球第二。

值得一提的是,中国厂商英诺赛科(Innoscience)今年市占一举攀升至 20%,跃升为全球第三,主要受惠于其高、低压 GaN 产品出货量大幅增长,其中,快充产品更首次进入一线笔电厂商供应链。与此同时,苏州 8 英寸晶圆厂已步入量产阶段,IDM 模式优势将在 GaN 产业高速发展中逐步显现。

企业忙布局

GaN 在 2021 年红红火火,产业界自然也是一派忙碌景象,尤其在国内,重大项目纷纷开工上马。

2021 年 1 月,苏州纳维科技有限公司举行总部大楼奠基仪式,项目占地面积超 1.4 万平方米,总建筑面积超 3.4 万平方米,建成后,年产氮化镓单晶衬底及外延片可达 5 万片

2021 年 4 月 29 日,汉磊(Episil)宣布将投资 50 亿新台币(约 11.6 亿人民币),全力发展氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)外延和器件代工。

2021 年 6 月 5 日,英诺赛科(苏州)半导体有限公司举行量产暨研发楼奠基仪式,全球最大的氮化镓生产基地正式投产。

此前,英诺赛科表示,项目一期投资总额预计 80 亿元人民币。投产后产能将逐步爬坡,到 2021 年底产能达 6000 片 / 月。2022 年底项目全部达产后,苏州工厂将实现年产能 78 万片 8 英寸硅基氮化镓晶圆,预计年产值 150 亿元,利税超 15 亿元。

除去新项目开工,产业链之间的合作也越发紧密。2021 年 3 月,闻泰科技全资子公司、全球功率半导体领先企业安世半导体宣布,其与国内汽车行业龙头公司联合汽车电子有限公司达成合作,双方将在功率半导体氮化镓 (GaN) 领域展开深度合作,以满足未来新能源汽车电源系统对技术不断提升的需求,并共同致力于推动 GaN 工艺技术在中国汽车市场的研发和应用。

8 月,电力电子行业封装材料的全球供应商贺利氏电子(Heraeus Electronics ),已加入美国电力研究所 (PowerAmerica Institute),以推进宽带隙 (WBG) 半导体的使用。Heraeus Electronics 的技术专长和 Power America Institute 的行业联系将加速新材料的开发并支持电力电子行业的扩张。此次合作将使下一代碳化硅和氮化镓电力电子产品更快地推向市场,降低与新一代技术相关的成本和风险因素。

11 月,加拿大公司 GaN Systems 宣布与德国汽车大厂 BMW 已就确保氮化镓 (GaN) 晶体管产能达成协议,其产量预期能确保该车厂的供应链稳定;该公司首席执行官 Jim Witham 在接受访问时表示,GaN Systems 将会为多种应用提供一系列产能。

最后,GaN 技术本身也在不断取得突破。8 月,Novel Crystal Technology, Inc 宣布已成功将其高质量 Ga2O3 外延片制造技术扩大到 100mm。这意味着 Ga2O3 功率器件现在可以在 100mm 的量产线上生产。

11 月,纳微发布的新品是将电路感知技术加入到氮化镓功率芯片中,是业界内首款集成了智能感知技术的氮化镓功率芯片。通过传感器与芯片的融合,让电路的保护功能也朝着智能化发展,保证了系统的安全与稳定。

总结

在异常耀眼的手机快充之外,GaN 也开始渗透进电动车、无线充电、5G 基础设施等领域,而 SiC 等其他半导体材料也在朝这些领域扩展。所以,与其他第三代材料构成竞争或互补的关系,将是 GaN 未来几年的发展走向。

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关键词:半导体氮化镓

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