從手機快充到電動(dòng)汽車(chē)，氮化鎵功率半導體潛力無(wú)限

　　近期，蘋(píng)果“爆料大神”郭明錤透露，蘋(píng)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(guān)設計。

　　與三星、小米、OPPO等廠(chǎng)商積極發(fā)力氮化鎵快充產(chǎn)品相比，蘋(píng)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(píng)果推出了140W USB-C電源適配器（下圖），這是蘋(píng)果首款采用氮化鎵材料的充電器，售價(jià)729元。

圖片來(lái)源：蘋(píng)果

　　如今，蘋(píng)果有望持續加碼氮化鎵充電器，氮化鎵功率半導體市場(chǎng)有望迎來(lái)高歌猛進(jìn)式發(fā)展。

手機等快充需求上升，氮化鎵功率市場(chǎng)規模將達13.2億美元

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

　　與傳統快充相比，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(mǎn)足消費者對于電子產(chǎn)品充電快與輕量化的雙重需求。

　　上述優(yōu)勢下，眾多廠(chǎng)商紛紛涌入氮化鎵快充市場(chǎng)。其中，OPPO是全球首家在手機充電器中導入氮化鎵的廠(chǎng)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、中興等手機廠(chǎng)商加入氮化鎵快充陣營(yíng)。除了手機廠(chǎng)商之外，第三方廠(chǎng)商也在持續推出氮化鎵產(chǎn)品。

　　2020年，氮化鎵快充市場(chǎng)以55W~65W為主流功率段，百瓦級大功率產(chǎn)品市場(chǎng)上較少，但備受期待。隨后，越來(lái)越多廠(chǎng)商不斷推出大功率產(chǎn)品，以滿(mǎn)足消費者日益增長(cháng)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)，功率達到150W，在5分鐘內可為手機的4500 mAh電池充滿(mǎn)50%的電量，氮化鎵快充技術(shù)得到了充分發(fā)揮。

　　受惠于手機等消費性快充產(chǎn)品需求快速上升，氮化鎵功率市場(chǎng)規模也在迅速成長(cháng)。

　　全球市場(chǎng)研究機構TrendForce集邦咨詢(xún)最新調查顯示，第三類(lèi)功率半導體產(chǎn)值將從2021年的9.8億美元，成長(cháng)至2025年的47.1億美元，年復合成長(cháng)率達48%。其中，氮化鎵功率半導體市場(chǎng)規模將在2025年達到13.2億美元。

從消費電子到電動(dòng)汽車(chē)，氮化鎵功率半導體潛力無(wú)限

　　氮化鎵功率半導體從消費電子起步，但它的未來(lái)不會(huì )止步于消費電子市場(chǎng)。

　　隨著(zhù)新能源汽車(chē)市場(chǎng)不斷蓬勃發(fā)展，業(yè)界看好第三代半導體材料在汽車(chē)領(lǐng)域的應用，電動(dòng)汽車(chē)成為氮化鎵功率半導體下一個(gè)潛力市場(chǎng)。

　　目前電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)較為關(guān)注碳化硅這類(lèi)第三代半導體材料發(fā)展，業(yè)界看好碳化硅未來(lái)逐步取代替代部分IGBT、MOSFET等硅基功率半導體，在新能源汽車(chē)領(lǐng)域得到應用。

　　氮化鎵同樣可以在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)揮“用武之地”。

　　以電動(dòng)汽車(chē)續航為例，與消費電子快充一樣，電動(dòng)汽車(chē)也有著(zhù)極高的快充需求?；诘壍奶厥庑阅?，引入氮化鎵技術(shù)可以大幅縮短汽車(chē)充電時(shí)間，同時(shí)車(chē)載充電器的體積和重量不會(huì )對汽車(chē)造成額外的“負擔”。

　　隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)不斷普及，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)“續航焦慮”的痛點(diǎn)亟待解決，氮化鎵功率半導體有望對此助一臂之力。

　　不過(guò)與消費類(lèi)芯片相比，車(chē)規級芯片對于性能指標、使用壽命、可靠性、安全性、質(zhì)量一致性等方面有著(zhù)極高的要求，這也使得氮化鎵功率半導體在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展不如在消費電子市場(chǎng)一樣迅速。

　　業(yè)界認為，電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)通常需要三到四年的時(shí)間，因此至少到2025年才會(huì )出現氮化鎵半導體在電動(dòng)汽車(chē)上的部署。

瞄準氮化鎵功率半導體未來(lái)，這些廠(chǎng)商在行動(dòng)

　　氮化鎵功率半導體在汽車(chē)的應用還處于早期階段，為抓住機遇提前布局，目前已有不少企業(yè)瞄準氮化鎵在汽車(chē)領(lǐng)域的發(fā)展。比如：

　　GaN Systems：2021年9月，加拿大廠(chǎng)商GaN Systems宣布與德國汽車(chē)大廠(chǎng)BMW已就確保氮化鎵(GaN)晶體管產(chǎn)能達成協(xié)議，其產(chǎn)量預期能確保該車(chē)廠(chǎng)的供應鏈穩定，這一合作體現了車(chē)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(chē)市場(chǎng)上發(fā)力，提升其市場(chǎng)份額。

　　意法半導體：2021年12月，意法半導體宣布推出氮化鎵功率半導體PowerGaN系列，應用包括消費類(lèi)電子產(chǎn)品的內置電源，在功率更高的應用中，意法半導體的PowerGaN器件也適用于電信電源、工業(yè)驅動(dòng)電機、太陽(yáng)能逆變器、電動(dòng)汽車(chē)及其充電設施。

　　納微半導體：今年1月，納微半導體宣布開(kāi)設新的電動(dòng)汽車(chē)(EV)設計中心，進(jìn)一步擴展到更高功率的氮化鎵市場(chǎng)。新的設計中心位于中國上海，擁有一支經(jīng)驗豐富的世界級電力系統設計師團隊，在電氣、熱力和機械設計、軟件開(kāi)發(fā)以及完整的仿真和原型設計能力方面具有全面的能力。新團隊將在全球范圍內為電動(dòng)汽車(chē)客戶(hù)提供支持，從概念到原型，再到全面認證和大規模生產(chǎn)。

　　此外，納微半導體為電動(dòng)汽車(chē)應用量身定制的高功率650V GaN IC已于2021年12月向EV客戶(hù)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)機械、汽車(chē)、家用電子等領(lǐng)域的功率控制。隨著(zhù)社會(huì )朝著(zhù)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備和電動(dòng)汽車(chē)這些大型電力設備的功率損失，未來(lái)應用將廣泛落地，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(kāi)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)現更高的生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。

結語(yǔ)

　　第三代半導體材料中，目前電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)碳化硅功率半導體備受青睞，氮化鎵功率半導體則在消費電子快充市場(chǎng)保持優(yōu)勢。未來(lái)，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)一步普及，企業(yè)不斷發(fā)力技術(shù)突破與擴產(chǎn)，氮化鎵會(huì )不會(huì )復制碳化硅在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的成功模式？我們拭目以待！