GaN 電力電子應用大勢所趨?

GaN (氮化鎵) 在微波射頻方向包含了 5G 通信, 雷達預警, 衛星通訊等應用. 電力電子方向包括了智能電網, 高速軌道交通, 新能源汽車, 消費電子等應用. 光電子方向包括了 LED, 雷射器, 光電探測器等應用.

SiC 在高於 1200V 的高電壓, 大功率應用具有優勢. 而 GaN 器件更適合 40~1200V 的高頻應用. 在微型逆變器, 伺服器, 馬達驅動, UPS 等領域, GaN 可以挑戰傳統 MOSFET 或 IGBT 器件的地位, 產品將更輕薄, 高效.

在 600V 的電壓下, GaN 在晶片面積, 電路效率和開關頻率方面的表現明顯好於矽, 因此在壁式充電器中可以用 GaN 來替代矽. 隨著智慧手機的電池容量的增加, GaN 快充技術可以很好地解決充電時長問題.

矽正在逐漸達到其物理極限, 特別是在功率密度方面,  這反過來限制了配備矽功率組件的設備的緊湊程度. 在非常高的電壓, 溫度和開關頻率下, GaN 與矽相比具有優越的性能, 可顯著提高能源效率.

今年的 CES2020 上包括 Anker 在內的 30 家廠商推出了 66 款氮化鎵快充產品. 小米緊接著推出氮化鎵充電器, 將把這個市場需求進一步擴大. 未來如果蘋果也開始採用, 氮化鎵充電器的滲透率會加速上升.

據 Yole 預測受消費者快速充電器應用推動, 到 2024 年 GaN 電源市場規模將超過 3.5 億美元, CAGR 為 85%. 此外 GaN 還有望進入汽車及工業和電信電源應用中. 制造成本是阻礙市場增長的主要障礙.

OPPO, vivo, 小米等中國手機廠商將帶動 GaN 功率市場快速增長. GaN 功率器件領域一直由 EPC, GaN Systems, Transphorm 和 Navitas 等純 GaN 初創公司主導, 他們的產品主要是 TSMC, Episil (漢磊) 或 X-FAB 代工生產.

在近幾年的激烈競爭中, Infineon 和 Transphorm 掌握了最頂級的功率 GaN 專利. Infineon 的專利最全面, 可在各個 GaN 應用場景進行商業活動. 而 Transphorm 則主攻功率 GaN,暫時領先其他競爭廠商.

氮化鎵產業鏈中襯底生產企業包括日本的住友電工以及中國的蘇州納維, 東莞中鎵等. 外延環節中國主要有晶湛半導體, 台灣有嘉晶. 晶片製造中國有三安, 台灣有台積電, 環宇, 漢磊, 世界先進等.