從手機快充到電動汽車，氮化鎵功率半導體潛力無限

　　近期，蘋果“爆料大神”郭明錤透露，蘋果可能年某個時候推出下一款氮化鎵充電器，最高支持30W快充，同時采用新的外觀設計。

　　與三星、小米、OPPO等廠商積極發(fā)力氮化鎵快充產品相比，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，氮化鎵功率半導體市場有望迎來高歌猛進式發(fā)展。

手機等快充需求上升，氮化鎵功率市場規(guī)模將達13.2億美元

　　氮化鎵是第三代半導體核心材料之一，具備開關頻率高、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域，手機快充是氮化鎵在高頻功率器件領域的代表應用之一。

　　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，可以滿足消費者對于電子產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是全球首家在手機充電器中導入氮化鎵的廠商，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、中興等手機廠商加入氮化鎵快充陣營。除了手機廠商之外，第三方廠商也在持續(xù)推出氮化鎵產品。

　　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品，以滿足消費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，功率達到150W，在5分鐘內可為手機的4500 mAh電池充滿50%的電量，氮化鎵快充技術得到了充分發(fā)揮。

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

　　全球市場研究機構TrendForce集邦咨詢最新調查顯示，第三類功率半導體產值將從2021年的9.8億美元，成長至2025年的47.1億美元，年復合成長率達48%。其中，氮化鎵功率半導體市場規(guī)模將在2025年達到13.2億美元。

從消費電子到電動汽車，氮化鎵功率半導體潛力無限

　　氮化鎵功率半導體從消費電子起步，但它的未來不會止步于消費電子市場。

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

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

　　氮化鎵同樣可以在電動汽車市場發(fā)揮“用武之地”。

　　以電動汽車續(xù)航為例，與消費電子快充一樣，電動汽車也有著極高的快充需求。基于氮化鎵的特殊性能，引入氮化鎵技術可以大幅縮短汽車充電時間，同時車載充電器的體積和重量不會對汽車造成額外的“負擔”。

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

　　不過與消費類芯片相比，車規(guī)級芯片對于性能指標、使用壽命、可靠性、安全性、質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體在電動汽車市場發(fā)展不如在消費電子市場一樣迅速。

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

瞄準氮化鎵功率半導體未來，這些廠商在行動

　　氮化鎵功率半導體在汽車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)瞄準氮化鎵在汽車領域的發(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)晶體管產能達成協(xié)議，其產量預期能確保該車廠的供應鏈穩(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，將在電動汽車市場上發(fā)力，提升其市場份額。

　　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，應用包括消費類電子產品的內置電源，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)驅動電機、太陽能逆變器、電動汽車及其充電設施。

　　納微半導體：今年1月，納微半導體宣布開設新的電動汽車(EV)設計中心，進一步擴展到更高功率的氮化鎵市場。新的設計中心位于中國上海，擁有一支經驗豐富的世界級電力系統(tǒng)設計師團隊，在電氣、熱力和機械設計、軟件開發(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汽車客戶提供支持，從概念到原型，再到全面認證和大規(guī)模生產。

　　此外，納微半導體為電動汽車應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、家用電子等領域的功率控制。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備和電動汽車這些大型電力設備的功率損失，未來應用將廣泛落地，而氮化鎵功率器件是有助于減少功率損失的方法之一，且開發(fā)下一代功率器件需要更高質量和更大尺寸的氮化鎵襯底，以實現(xiàn)更高的生產效率和降低生產成本。

結語

　　第三代半導體材料中，目前電動汽車市場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保持優(yōu)勢。未來，隨著電動汽車進一步普及，企業(yè)不斷發(fā)力技術突破與擴產，氮化鎵會不會復制碳化硅在電動汽車市場的成功模式？我們拭目以待！