近幾年，第三代半導(dǎo)體GaN快速發(fā)展，根據(jù)襯底材料的不同，GaN主要分為幾類：Si基GaN，目前主要應(yīng)用在功率期間中，也逐漸被部分射頻器件采用；藍(lán)寶石襯底GaN，主要應(yīng)用在LED上，應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，SiC基GaN，主要應(yīng)用在基站的射頻器件上，比如華為、中興，GaN基產(chǎn)品則主要用在一些高能量的激光器件上。

目前GaN在充電、快充等消費(fèi)類的應(yīng)用比較火爆，并逐漸引入到數(shù)據(jù)中心等工業(yè)領(lǐng)域，以及電動(dòng)汽車的應(yīng)用中，未來市場空間無限，根據(jù)Yolo的數(shù)據(jù)，2020年氮化鎵功率器件市場大概是46百萬美元，預(yù)計(jì)到2026年將增長到11億美元，復(fù)合年增長率高達(dá)69%。

被快充帶火之后，GaN應(yīng)用開始拓展到數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域

在前不久英諾賽科技舉辦的硅基氮化鎵產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會(huì)上，愛集微副總經(jīng)理?xiàng)罱s談到，上個(gè)世界90年代，其實(shí)就有一些企、機(jī)構(gòu)開始研發(fā)GaN產(chǎn)品，不過一直到2008年后，豐田宣告準(zhǔn)備在汽車上采用GaN和SiC，開始點(diǎn)燃了化合物半導(dǎo)體的熱潮，GaN的發(fā)展熱度也直線上升，在2012年左右到達(dá)頂點(diǎn)的時(shí)候，EPC發(fā)布了低壓GaN功率器件，Transpherm發(fā)布了高壓GaN功率器件，臺(tái)積電也發(fā)布6英寸GaN代工，IMEC發(fā)布8英寸硅基氮化鎵技術(shù)，可以看到當(dāng)時(shí)相當(dāng)多的企業(yè)進(jìn)入這個(gè)市場。

然而因?yàn)镚aN對功率、外延等的要求非常高，而那時(shí)候GaN功率器件的穩(wěn)定性和生態(tài)都沒有發(fā)展完善，后來發(fā)展出現(xiàn)極具下滑，在這個(gè)階段其實(shí)也有一些動(dòng)作，2014年左右英飛凌收購IR，2015年左右Navitas推出600V 氮化鎵芯片，在2015年底的時(shí)候，這一波GaN的發(fā)展跌倒谷底。

不過GaN仍然是被認(rèn)為很有潛力的技術(shù)，英諾賽科技正是在谷底的2015年成立的，進(jìn)過幾年緩慢上升的發(fā)展，直到2020年2月份，小米10 的發(fā)布會(huì)把GaN充電器帶火，同年9月份，國家把GaN列入十四五規(guī)劃，今年4月份，IMEC還宣布推出工作典雅可達(dá)到1200V的硅基GaN外延片，GaN產(chǎn)業(yè)進(jìn)入即將爆發(fā)的前夕。

功率GaN的應(yīng)用場景主要包括消費(fèi)類、工業(yè)類和電動(dòng)汽車類。消費(fèi)類主要是超小型電源適配器，另外還有筆記本、手機(jī)等里面都可以采用GaN，比如手機(jī)里面有可能會(huì)用到10顆以上DC-DC，包括這些所有在內(nèi)的電源器件都可以轉(zhuǎn)換成GaN；工業(yè)類現(xiàn)在已經(jīng)開始應(yīng)用在服務(wù)器、電源、光伏等產(chǎn)品中；電動(dòng)汽車上的應(yīng)用也開始多起來，包括OBC、DC-DC等。

目前來看650V的應(yīng)用相對來說比較多，比如充電頭，900V左右的產(chǎn)品也開始慢慢的被采用，上個(gè)IMEC還推出1200VGaN外延片，說明GaN的適用范圍在不斷的擴(kuò)大。

目前快充可以說是GaN最為大家熟知的應(yīng)用產(chǎn)品，2019年4月香港電子展上，就有8款氮化鎵充電器新品參展，2020年2月小米10發(fā)布會(huì)，雷軍展示了氮化鎵技術(shù)，推出65W快充，直接拉升了氮化鎵快充的熱度，氮化鎵快充的熱度也深入到消費(fèi)者心里。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到上個(gè)月底，國內(nèi)已經(jīng)推出近20款30W 氮化鎵充電器，代表氮化鎵開始向中低端普及。這預(yù)示氮化鎵已經(jīng)基本打開了快充市場。

GaN在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用可以說相當(dāng)有優(yōu)勢，傳統(tǒng)的Si電源機(jī)柜，差不多需要10個(gè)電源供應(yīng)30個(gè)服務(wù)其，而GaN電源因?yàn)槟芰棵芏缺容^高，不僅小，而且6個(gè)電源可以帶動(dòng)34個(gè)服務(wù)器，數(shù)據(jù)中心本來場地費(fèi)就非常高，如果能夠把能量密度提升，便能騰出更多的空間放置服務(wù)器，不僅解決了成本問題，而且還非常節(jié)約，GaN在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用未來一定有很好的發(fā)展。

GaN在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用也相當(dāng)被看好，汽車上的48V-12V DC-DC、OBC 、traction Inverter等都可以用到大量的GaN器件，可以看到近幾年不少汽車在引入GaN的應(yīng)用，2019年東京車展，名古屋大學(xué)和豐田共同開發(fā)了全氮化鎵的汽車，牽引逆變器、DC-DC、車載充電器和LED照明等都用的GaN，近期也可以看到不同的機(jī)構(gòu)和廠商針對車推出不少GaN方案，包括意法半導(dǎo)體、安世、IMEC和TI等。

GaN企業(yè)的模式主要有IDM和Fabless，比如英飛凌、TI、ST、松下、安森美、PI、英諾賽科等都是IDM，EPC、Dialog、Navitas等則是Fabless模式，從成本和毛利率來看，IDM的經(jīng)營模式會(huì)更具優(yōu)勢，比如6寸硅基氮化鎵，不含封裝成本下，硅襯底占比比較低，大概是5-8%，外延和襯底占到整個(gè)成本的9成，其中氮化鎵外延片占比40-50%，氮化鎵器件占比45-55%，如果只是Fabless廠商，器件和外延都需要外包，整個(gè)的毛利水平就比較底，所以業(yè)界認(rèn)為，IDM的模式可以有更高的毛利率。

GaN處在爆發(fā)前夕，除了快充還有五大殺手級應(yīng)用

當(dāng)前GaN投資大熱，到底是泡沫還真的是爆發(fā)前夕？第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長于坤山表示，可以從兩個(gè)方面來看，五年前來看，GaN的投資很小，當(dāng)時(shí)很多企業(yè)很艱難，處于維持和生存的狀態(tài)，現(xiàn)在投資很大，去年包括碳化硅和氮化鎵在內(nèi)的整個(gè)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)投資，一共有23項(xiàng)投資，總投資額約為694億，其中碳化硅550億，氮化鎵相關(guān)的投資是144億元。

雖然現(xiàn)在看起來很多，五年之后再回頭來看其實(shí)并不多，到時(shí)候投資可能會(huì)增加到10倍，對于GaN的發(fā)展，現(xiàn)在建設(shè)工廠，投資只是起步，未來還需要更多的投資維持產(chǎn)業(yè)的繼續(xù)發(fā)展，于坤山認(rèn)為，要共建產(chǎn)業(yè)生態(tài)、打造應(yīng)用方案、跨越鴻溝，意味著需要巨大的資源投入，而且還需要包括政府的政策支持、產(chǎn)業(yè)資本的投入，以及其他更多相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)配套等等，整體而言，從發(fā)展的眼光來看，GaN未來的發(fā)展空間更大，投資人、從業(yè)者、以及聯(lián)盟等未來的發(fā)展空間也會(huì)更大。

愛思強(qiáng)總裁宋偉從設(shè)備廠商的角度分享了GaN功率器件的市場情況，愛思強(qiáng)是全球主流的硅基GaN MOCVD設(shè)備的生產(chǎn)廠商，市占率超過90%。宋偉談到，目前GaN這個(gè)市場處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，據(jù)他們了解，現(xiàn)在歐美主流設(shè)計(jì)公司面臨的困境是，沒有足夠產(chǎn)能支持市場的發(fā)展，這些設(shè)計(jì)廠商嚴(yán)重依賴臺(tái)積電等代工廠提供產(chǎn)能。硅基GaN實(shí)際上正處在爆發(fā)的前夕，單從快充這個(gè)產(chǎn)品的應(yīng)用來看就供不應(yīng)求，因?yàn)樵O(shè)計(jì)公司產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，今年年初臺(tái)積電宣布大規(guī)模的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，并宣布要采購16臺(tái)MOCVD擴(kuò)充產(chǎn)能，不過從采購設(shè)備到產(chǎn)能能夠供應(yīng)到市場，還需要相當(dāng)長一段時(shí)間。

快充普及，但GaN迎來真的殺手應(yīng)用了嗎？充電頭網(wǎng)站長姚倫慧表示，可以肯定，快充是一個(gè)非常大的殺手級應(yīng)用，全球大約有50億臺(tái)終端設(shè)備需要快充，這是一個(gè)非常大的市場，由很多產(chǎn)品組成，比如手機(jī)，每年大概出貨量有數(shù)十億臺(tái)，平板電腦，每年有1-2億臺(tái)出貨量，筆記本電腦，maintain有大約一億臺(tái)出貨量，現(xiàn)在快充已經(jīng)融入到生活的方方面面。

除了快充，應(yīng)該至少還有五大殺手級應(yīng)用，每個(gè)市場沒每年大概有千億顆級別的出貨量，總共每年就有上億顆級的出貨量。第一個(gè)是PC市場，游戲的充電本和辦公用電腦等都是GaN的重要應(yīng)用市場，每個(gè)PC本大概需要用到數(shù)十顆以上的GaN；第二個(gè)是電單車的充電器，電單車的充電器很大，對體積和效率的要求比較高，這是一個(gè)值得關(guān)注的市場；第三個(gè)是替代燃油發(fā)電機(jī)的戶外電源市場，因?yàn)楝F(xiàn)在國家推行油改電，因?yàn)閼敉獾碾娫赐ǔＰ枰玫侥孀兊碾娐罚p向逆變市場會(huì)是GaN另一個(gè)殺手級應(yīng)用；第四個(gè)是鋰電池的保護(hù)電路；第五個(gè)是對體積、厚度有非常高要的顯示器。因此這些和快充一起組成了6個(gè)殺手級應(yīng)用。

GaN用于快充僅僅是小試牛刀，未來還有非常大的應(yīng)用空間，于昆山表示，主要是基于這幾個(gè)方面的考慮，一是GaN技術(shù)還在進(jìn)步，現(xiàn)在應(yīng)用比較普遍的是650V，后續(xù)700V、800V、1200V的應(yīng)用也將會(huì)逐漸普及，隨著電壓提升，性能、導(dǎo)通電阻再下降，現(xiàn)在GaN達(dá)到的技術(shù)還僅僅是第一步，未來GaN的應(yīng)用空間將會(huì)更大。

二是國家正在發(fā)力碳達(dá)峰、碳中和，國家的戰(zhàn)略舉措也將會(huì)提升新技術(shù)的應(yīng)用過去式，從家電企業(yè)來看，根據(jù)此前調(diào)研的一家家電企業(yè)，一年就需要采購100億元人民幣的電源模塊，這家企業(yè)自己可以提供10億元的產(chǎn)品，剩下90億元的電源模塊基本由外資提供，這僅僅是一家企業(yè)，如果拓展到所有電器行業(yè)，包括數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車、能源互聯(lián)網(wǎng)等，市場空間可想而知將有多大，兩碳戰(zhàn)略將會(huì)催生巨大的GaN市場。

三是快充的應(yīng)用相當(dāng)于是GaN材料技術(shù)應(yīng)用的引領(lǐng)者，正是因?yàn)榭斐涞膽?yīng)用，極大的帶動(dòng)了GaN產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，在這樣的引領(lǐng)下，GaN產(chǎn)業(yè)生態(tài)將會(huì)逐漸完善，各方面的應(yīng)用也會(huì)隨之走向成熟。

本文由電子發(fā)燒友原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請注明以上來源。如需入群交流，請?zhí)砑游⑿舉lecfans999，投稿爆料采訪需求，請發(fā)郵箱huangjingjing@elecfans.com。