隨著寬帶隙材料開(kāi)始取代電力電子中的硅，氮化鎵在消費(fèi)領(lǐng)域也逐漸站穩(wěn)了腳跟。尤其是在中國(guó)，氮化鎵將在未來(lái)幾年助力電力設(shè)備市場(chǎng)的大幅增長(zhǎng)。
作為第三代材料，GaN 仍在不斷創(chuàng)新和發(fā)展（第一款商用功率器件僅在 10 年前推出），在電力電子領(lǐng)域有著迷人的前景。
根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，到2027年，功率 GaN 器件市場(chǎng)的價(jià)值將從 2021 年的 1.26 億美元增長(zhǎng)到 20 億美元，預(yù)期的年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 59%。Yole預(yù)計(jì)，在此期間會(huì)有許多并購(gòu)、大量投資。在應(yīng)用方面，除了獨(dú)特的合作伙伴關(guān)系，GaN 滲透到汽車(chē)和電信/數(shù)據(jù)通信等應(yīng)用中。
消費(fèi)驅(qū)動(dòng) GAN，尤其是在中國(guó)
到目前為止，消費(fèi)領(lǐng)域一直是 OEM 采用 GaN 的主要驅(qū)動(dòng)力，這要?dú)w功于材料的成本和效率優(yōu)勢(shì)，而且這種趨勢(shì)預(yù)計(jì)不會(huì)放緩。Yole Intelligence 預(yù)測(cè)，功率 GaN 市場(chǎng)的消費(fèi)應(yīng)用預(yù)計(jì)將從 2021 年的 7960 萬(wàn)美元增長(zhǎng)到 2027 年的 9.647 億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為 52%。到 2027 年，消費(fèi)行業(yè)將占整個(gè)行業(yè)的 48%。
由于對(duì)更快、更便宜和更環(huán)保的電子設(shè)備供電的需求，快速充電一直是推動(dòng)這種采用的主要應(yīng)用。
借助 GaN，智能手機(jī)制造商可以制造外殼尺寸更小且性?xún)r(jià)比更高的充電器。盡管基于 GaN 的器件的單價(jià)比硅貴，但更高的頻率和更高的功率密度值導(dǎo)致每瓦美元更低。比較三星的硅基和 GaN 基充電器有助于證明這一點(diǎn)：三星的 45W Si 快速充電器的功率密度為 0.55W/cm?；而其 45W 基于 GaN 的充電器擁有 0.76w/cm?的功率密度，占地面積縮小了近 30%。
小米、vivo、聯(lián)想、OnePlus Technology 和 Nubia 等中國(guó) OEM 只是報(bào)告中提到的過(guò)去兩年發(fā)布快速充電器的少數(shù)幾家公司。
雖然其他地區(qū)的電子 OEM 擁有 GaN 快速充電產(chǎn)品，例如蘋(píng)果（美國(guó)）和三星（韓國(guó)），但在該地區(qū)卓越的制造能力和專(zhuān)用供應(yīng)鏈的支持下，中國(guó) OEM 的數(shù)量要多得多，這使得該地區(qū)能夠在功率 GaN 消費(fèi)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。自 2021 年以來(lái)，中國(guó)國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈已經(jīng)能夠以自下而上的方式支持氮化鎵大批量出貨。該地區(qū)是最大的消費(fèi)品市場(chǎng)之一，這種需求推動(dòng)了集成設(shè)備制造商 (IDM) 的發(fā)展，代工廠和包裝商/OSAT。
英諾賽科（Innoscience）和三安集成電路是功率GaN生態(tài)系統(tǒng)中的兩個(gè)重要的中國(guó)參與者，有助于推動(dòng)中國(guó)的領(lǐng)先地位。Innoscience是全球最大的專(zhuān)注于GaN技術(shù)的8英寸IDM；而三安集成電路是一家化合物半導(dǎo)體晶圓代工企業(yè)，為高效電源設(shè)計(jì)提供GaN代工服務(wù)。
圍繞氮化鎵消費(fèi)領(lǐng)域，其他即將推出的應(yīng)用包括音頻設(shè)備，例如 D 類(lèi)音頻放大器，這在未來(lái)幾年可能會(huì)占用少量業(yè)務(wù)。然而，預(yù)計(jì)快速充電器將成為預(yù)測(cè)期內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。
原始設(shè)備制造商考慮大功率充電器
智能手機(jī)快速充電器的目標(biāo)功率高于 75W 的新趨勢(shì)可能會(huì)在不久的將來(lái)推動(dòng)智能手機(jī) OEM 對(duì) GaN 的采用。大多數(shù)國(guó)家超過(guò) 75W 的功率需要功率因數(shù)校正 (PFC) 電路，這需要使用更多的 GaN 含量。
目前市場(chǎng)上大多數(shù)基于 GaN 的充電器都在 65W 左右或以下，這是性?xún)r(jià)比的“最佳點(diǎn)”。但隨著對(duì)更快充電的需求持續(xù)增長(zhǎng)，原始設(shè)備制造商正在考慮在為消費(fèi)者帶來(lái)的額外好處（充電速度顯著提高以及能夠使用相同的充電器為筆記本電腦充電）與單價(jià)之間進(jìn)行權(quán)衡。
目前存在數(shù)量有限的高功率設(shè)備，例如小米的 210W 快速充電器，它允許用戶在短短 9 分鐘內(nèi)將其 Redmi Note 12 Discovery 的 4,300mAh 電池從空充電至充滿。對(duì)更快、功能更強(qiáng)大的充電器的需求是否會(huì)延續(xù)這一趨勢(shì)？
GAN 的新興應(yīng)用
在消費(fèi)領(lǐng)域 10 年后，GaN 技術(shù)日趨成熟，這也引致該材料開(kāi)始滲透到工業(yè)應(yīng)用中。例如，汽車(chē)和電信/數(shù)據(jù)通信行業(yè)目前的立足點(diǎn)很小，但預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年將實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)。
分析師預(yù)測(cè)，汽車(chē)和移動(dòng)行業(yè)的氮化鎵需求將從 2021 年的 530 萬(wàn)美元增長(zhǎng)到 2027 年的 3.089 億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)到驚人的 97%。電信/數(shù)據(jù)通信將以 69% 的年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到 2027 年將達(dá)到 6.178 億美元。
從 2024-25 年，汽車(chē)市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力將是電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電器（AC-DC 轉(zhuǎn)換）以及 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（電壓范圍為 48 V 至 400 V）。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，大概到2030 年左右，OEM 將開(kāi)始考慮在主逆變器 (650-800V) 中集成 GaN。
中國(guó)是汽車(chē)（尤其是電動(dòng)汽車(chē)）市場(chǎng)中最大的市場(chǎng)之一，這有助于推動(dòng)該地區(qū)的市場(chǎng)獨(dú)立于國(guó)際貿(mào)易問(wèn)題。小型電動(dòng)汽車(chē)將成為這里的重要應(yīng)用，緊湊型城市汽車(chē)、輕便摩托車(chē)、踏板車(chē)和電動(dòng)自行車(chē)使用配備 48V 和 96V 電池的小型電動(dòng)機(jī)越來(lái)越受歡迎。
消費(fèi)和汽車(chē)/電信行業(yè)的不同要求可以解釋為什么迄今為止對(duì)這些市場(chǎng)的滲透速度較慢。可靠性對(duì)汽車(chē)和電信行業(yè)非常重要，但對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)就不那么重要了，消費(fèi)者通常每?jī)赡旮鼡Q一次設(shè)備。此外，在較為保守的汽車(chē)和電信行業(yè)內(nèi)，驗(yàn)證新技術(shù)以及建立供應(yīng)鏈安全所需的時(shí)間要長(zhǎng)得多，正如碳化硅在汽車(chē)應(yīng)用中所見(jiàn)。然而，既然這種材料的可靠性已經(jīng)在一定程度上通過(guò)其在消費(fèi)領(lǐng)域的應(yīng)用得到證實(shí)，電信行業(yè)，尤其是汽車(chē)行業(yè)的原始設(shè)備制造商現(xiàn)在也表現(xiàn)出極大的興趣。
中國(guó)的“新基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”框架可能會(huì)幫助中國(guó)實(shí)體在這些新興工業(yè)應(yīng)用中更快地行動(dòng)。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)技術(shù)獨(dú)立，該政策旨在通過(guò)政府對(duì)私營(yíng)部門(mén)參與的支持，發(fā)展供應(yīng)鏈各個(gè)層面的內(nèi)部能力。
通過(guò)這種方式，可以更快地開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，以便在支持?jǐn)?shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的市場(chǎng)中獲得“先行者”優(yōu)勢(shì)——例如電動(dòng)汽車(chē)、可再生能源和數(shù)據(jù)中心支持的人工智能——其中 GaN 是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
獨(dú)特的伙伴關(guān)系
過(guò)去幾年，越來(lái)越多的汽車(chē)制造商與 GaN 器件供應(yīng)商合作。GaN Systems （最近被英飛凌收購(gòu)）是一家專(zhuān)注于功率 GaN 半導(dǎo)體的創(chuàng)新型加拿大公司，它與豐田合作，最近還與寶馬合作供應(yīng)基于 GaN 的功率晶體管。雷諾、邁凱輪、布加迪和 Yole Intelligence 報(bào)告中提到的其他汽車(chē)制造商也一直在悄悄地投資這項(xiàng)技術(shù)。
此外，德國(guó)汽車(chē)系統(tǒng)制造商 ZF 與以色列 GaN 公司 VisIC 合作，而意大利汽車(chē)零部件制造商 Marelli 則與 GaN 器件公司 Transphorm 合作。
汽車(chē)市場(chǎng)中 GaN 發(fā)展的獨(dú)特之處在于成熟的汽車(chē)公司與創(chuàng)新公司合作以提高 GaN 制造能力。除了 GaN Systems，VisIC 和 Transphorm 的歷史還不到 15 年。
隨著汽車(chē)制造商努力實(shí)現(xiàn)電氣化目標(biāo)，這表明汽車(chē)制造商正在努力采用新材料。但這也可能意味著從碳化硅中吸取了教訓(xùn)，碳化硅是另一種新興材料，在電動(dòng)汽車(chē)的電力電子系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。由于與意法半導(dǎo)體的合作，特斯拉在這方面取得了較早的領(lǐng)先地位，成為第一家在其 Model 3 中集成完整 SiC 功率模塊的高級(jí)汽車(chē)制造商。其他汽車(chē)制造商現(xiàn)在可能希望學(xué)習(xí)特斯拉早期采取的戰(zhàn)略使用 SiC 并確保他們不會(huì)錯(cuò)過(guò) GaN 的機(jī)會(huì)。
憑借更小、更便宜和更環(huán)保的供電承諾，GaN 在汽車(chē)、電信/數(shù)據(jù)通信和其他工業(yè)應(yīng)用中的采用必將擴(kuò)大。它在這些應(yīng)用中如何發(fā)展，以及它與碳化硅一起發(fā)揮的作用，將值得關(guān)注。
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