從手機(jī)快充到電動(dòng)汽車，氮化鎵功率半導(dǎo)體潛力無限

　　近期，蘋果“爆料大神”郭明錤透露，蘋果可能年某個(gè)時(shí)候推出下一款氮化鎵充電器，最高支持30W快充，同時(shí)采用新的外觀設(shè)計(jì)。

　　與三星、小米、OPPO等廠商積極發(fā)力氮化鎵快充產(chǎn)品相比，蘋果在充電功率方面一直較為“保守”。去年10月，伴隨新款MacBook Pro的發(fā)布，蘋果推出了140W USB-C電源適配器（下圖），這是蘋果首款采用氮化鎵材料的充電器，售價(jià)729元。

圖片來源：蘋果

　　如今，蘋果有望持續(xù)加碼氮化鎵充電器，氮化鎵功率半導(dǎo)體市場有望迎來高歌猛進(jìn)式發(fā)展。

手機(jī)等快充需求上升，氮化鎵功率市場規(guī)模將達(dá)13.2億美元

　　氮化鎵是第三代半導(dǎo)體核心材料之一，具備開關(guān)頻率高、禁帶寬度大、更低的導(dǎo)通電阻等優(yōu)勢，這種材料通常應(yīng)用于LED（照明、顯示）、射頻通訊與高頻功率器件領(lǐng)域，手機(jī)快充是氮化鎵在高頻功率器件領(lǐng)域的代表應(yīng)用之一。

　　與傳統(tǒng)快充相比，氮化鎵快充具備更大的功率密度，充電速度更快，而且體積更小、便于攜帶，可以滿足消費(fèi)者對于電子產(chǎn)品充電快與輕量化的雙重需求。

　　上述優(yōu)勢下，眾多廠商紛紛涌入氮化鎵快充市場。其中，OPPO是全球首家在手機(jī)充電器中導(dǎo)入氮化鎵的廠商，2019年該公司推出了65W超級閃充氮化鎵充電器，隨后三星、小米、中興等手機(jī)廠商加入氮化鎵快充陣營。除了手機(jī)廠商之外，第三方廠商也在持續(xù)推出氮化鎵產(chǎn)品。

　　2020年，氮化鎵快充市場以55W~65W為主流功率段，百瓦級大功率產(chǎn)品市場上較少，但備受期待。隨后，越來越多廠商不斷推出大功率產(chǎn)品，以滿足消費(fèi)者日益增長的充電需求。今年MWC 2022期間亮相的realme GT Neo 3配備了氮化鎵閃充技術(shù)，功率達(dá)到150W，在5分鐘內(nèi)可為手機(jī)的4500 mAh電池充滿50%的電量，氮化鎵快充技術(shù)得到了充分發(fā)揮。

　　受惠于手機(jī)等消費(fèi)性快充產(chǎn)品需求快速上升，氮化鎵功率市場規(guī)模也在迅速成長。

　　全球市場研究機(jī)構(gòu)TrendForce集邦咨詢最新調(diào)查顯示，第三類功率半導(dǎo)體產(chǎn)值將從2021年的9.8億美元，成長至2025年的47.1億美元，年復(fù)合成長率達(dá)48%。其中，氮化鎵功率半導(dǎo)體市場規(guī)模將在2025年達(dá)到13.2億美元。

從消費(fèi)電子到電動(dòng)汽車，氮化鎵功率半導(dǎo)體潛力無限

　　氮化鎵功率半導(dǎo)體從消費(fèi)電子起步，但它的未來不會止步于消費(fèi)電子市場。

　　隨著新能源汽車市場不斷蓬勃發(fā)展，業(yè)界看好第三代半導(dǎo)體材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，電動(dòng)汽車成為氮化鎵功率半導(dǎo)體下一個(gè)潛力市場。

　　目前電動(dòng)汽車市場較為關(guān)注碳化硅這類第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展，業(yè)界看好碳化硅未來逐步取代替代部分IGBT、MOSFET等硅基功率半導(dǎo)體，在新能源汽車領(lǐng)域得到應(yīng)用。

　　氮化鎵同樣可以在電動(dòng)汽車市場發(fā)揮“用武之地”。

　　以電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航為例，與消費(fèi)電子快充一樣，電動(dòng)汽車也有著極高的快充需求。基于氮化鎵的特殊性能，引入氮化鎵技術(shù)可以大幅縮短汽車充電時(shí)間，同時(shí)車載充電器的體積和重量不會對汽車造成額外的“負(fù)擔(dān)”。

　　隨著電動(dòng)汽車不斷普及，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)“續(xù)航焦慮”的痛點(diǎn)亟待解決，氮化鎵功率半導(dǎo)體有望對此助一臂之力。

　　不過與消費(fèi)類芯片相比，車規(guī)級芯片對于性能指標(biāo)、使用壽命、可靠性、安全性、質(zhì)量一致性等方面有著極高的要求，這也使得氮化鎵功率半導(dǎo)體在電動(dòng)汽車市場發(fā)展不如在消費(fèi)電子市場一樣迅速。

　　業(yè)界認(rèn)為，電動(dòng)汽車的開發(fā)通常需要三到四年的時(shí)間，因此至少到2025年才會出現(xiàn)氮化鎵半導(dǎo)體在電動(dòng)汽車上的部署。

瞄準(zhǔn)氮化鎵功率半導(dǎo)體未來，這些廠商在行動(dòng)

　　氮化鎵功率半導(dǎo)體在汽車的應(yīng)用還處于早期階段，為抓住機(jī)遇提前布局，目前已有不少企業(yè)瞄準(zhǔn)氮化鎵在汽車領(lǐng)域的發(fā)展。比如：

　　GaN Systems：2021年9月，加拿大廠商GaN Systems宣布與德國汽車大廠BMW已就確保氮化鎵(GaN)晶體管產(chǎn)能達(dá)成協(xié)議，其產(chǎn)量預(yù)期能確保該車廠的供應(yīng)鏈穩(wěn)定，這一合作體現(xiàn)了車企對氮化鎵的重視。

　　2021年11月，GaN Systems宣布完成了1.5億美元最新一輪融資，將在電動(dòng)汽車市場上發(fā)力，提升其市場份額。

　　意法半導(dǎo)體：2021年12月，意法半導(dǎo)體宣布推出氮化鎵功率半導(dǎo)體PowerGaN系列，應(yīng)用包括消費(fèi)類電子產(chǎn)品的內(nèi)置電源，在功率更高的應(yīng)用中，意法半導(dǎo)體的PowerGaN器件也適用于電信電源、工業(yè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、太陽能逆變器、電動(dòng)汽車及其充電設(shè)施。

　　納微半導(dǎo)體：今年1月，納微半導(dǎo)體宣布開設(shè)新的電動(dòng)汽車(EV)設(shè)計(jì)中心，進(jìn)一步擴(kuò)展到更高功率的氮化鎵市場。新的設(shè)計(jì)中心位于中國上海，擁有一支經(jīng)驗(yàn)豐富的世界級電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)，在電氣、熱力和機(jī)械設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)以及完整的仿真和原型設(shè)計(jì)能力方面具有全面的能力。新團(tuán)隊(duì)將在全球范圍內(nèi)為電動(dòng)汽車客戶提供支持，從概念到原型，再到全面認(rèn)證和大規(guī)模生產(chǎn)。

　　此外，納微半導(dǎo)體為電動(dòng)汽車應(yīng)用量身定制的高功率650V GaN IC已于2021年12月向EV客戶提供樣品。

　　豐田合成：今年3月15日，豐田合成宣布與日本大阪大學(xué)成功研制出尺寸超6英寸的氮化鎵籽晶，有助于氮化鎵功率器件的低成本化。豐田合成表示，功率器件廣泛用于工業(yè)機(jī)械、汽車、家用電子等領(lǐng)域的功率控制。隨著社會朝著碳中和的方向發(fā)展，下一代功率器件因能夠幫助減少可再生能源設(shè)備和電動(dòng)汽車這些大型電力設(shè)備的功率損失，未來應(yīng)用將廣泛落地，而氮化鎵功率器件是有助于減少功率損失的方法之一，且開發(fā)下一代功率器件需要更高質(zhì)量和更大尺寸的氮化鎵襯底，以實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。

結(jié)語

　　第三代半導(dǎo)體材料中，目前電動(dòng)汽車市場碳化硅功率半導(dǎo)體備受青睞，氮化鎵功率半導(dǎo)體則在消費(fèi)電子快充市場保持優(yōu)勢。未來，隨著電動(dòng)汽車進(jìn)一步普及，企業(yè)不斷發(fā)力技術(shù)突破與擴(kuò)產(chǎn)，氮化鎵會不會復(fù)制碳化硅在電動(dòng)汽車市場的成功模式？我們拭目以待！