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被快充带火的GaN或大规模应用于数据中心、电动汽车

近几年,第三代半导体GaN快速发展,根据衬底材料的不同,GaN主要分为几类:Si基GaN,目前主要应用在功率期间中,也逐渐被部分射频器件采用;蓝宝石衬底GaN,主要应用在LED上,应用已经非常成熟,SiC基GaN,主要应用在基站的射频器件上,比如华为、中兴,GaN基产品则主要用在一些高能量的激光器件上。

目前GaN在充电、快充等消费类的应用比较火爆,并逐渐引入到数据中心等工业领域,以及电动汽车的应用中,未来市场空间无限,根据Yolo的数据,2020年氮化镓功率器件市场大概是46百万美元,预计到2026年将增长到11亿美元,复合年增长率高达69%。

被快充带火之后,GaN应用开始拓展到数据中心、电动汽车等领域

在前不久英诺赛科技举办的硅基氮化镓产业发展峰会上,爱集微副总经理杨建荣谈到,上个世界90年代,其实就有一些企、机构开始研发GaN产品,不过一直到2008年后,丰田宣告准备在汽车上采用GaN和SiC,开始点燃了化合物半导体的热潮,亚洲服务器,GaN的发展热度也直线上升,在2012年左右到达顶点的时候,EPC发布了低压GaN功率器件,Transpherm发布了高压GaN功率器件,台积电也发布6英寸GaN代工,IMEC发布8英寸硅基氮化镓技术,可以看到当时相当多的企业进入这个市场。

然而因为GaN对功率、外延等的要求非常高,而那时候GaN功率器件的稳定性和生态都没有发展完善,后来发展出现极具下滑,在这个阶段其实也有一些动作,2014年左右英飞凌收购IR,2015年左右Navitas推出600V 氮化镓芯片,在2015年底的时候,这一波GaN的发展跌倒谷底。

不过GaN仍然是被认为很有潜力的技术,英诺赛科技正是在谷底的2015年成立的,进过几年缓慢上升的发展,直到2020年2月份,小米10 的发布会把GaN充电器带火,同年9月份,国家把GaN列入十四五规划,今年4月份,IMEC还宣布推出工作典雅可达到1200V的硅基GaN外延片,GaN产业进入即将爆发的前夕。

功率GaN的应用场景主要包括消费类、工业类和电动汽车类。消费类主要是超小型电源适配器,另外还有笔记本、手机等里面都可以采用GaN,比如手机里面有可能会用到10颗以上DC-DC,包括这些所有在内的电源器件都可以转换成GaN;工业类现在已经开始应用在服务器、电源、光伏等产品中;电动汽车上的应用也开始多起来,包括OBC、DC-DC等。

目前来看650V的应用相对来说比较多,比如充电头,900V左右的产品也开始慢慢的被采用,上个IMEC还推出1200VGaN外延片,说明GaN的适用范围在不断的扩大。

目前快充可以说是GaN最为大家熟知的应用产品,2019年4月香港电子展上,就有8款氮化镓充电器新品参展,2020年2月小米10发布会,雷军展示了氮化镓技术,推出65W快充,直接拉升了氮化镓快充的热度,氮化镓快充的热度也深入到消费者心里。据统计,截止到上个月底,国内已经推出近20款30W 氮化镓充电器,代表氮化镓开始向中低端普及。这预示氮化镓已经基本打开了快充市场。

GaN在数据中心的应用可以说相当有优势,传统的Si电源机柜,差不多需要10个电源供应30个服务其,而GaN电源因为能量密度比较高,不仅小,而且6个电源可以带动34个服务器,数据中心本来场地费就非常高,如果能够把能量密度提升,便能腾出更多的空间放置服务器,不仅解决了成本问题,而且还非常节约,GaN在数据中心的应用未来一定有很好的发展。

GaN在电动汽车上的应用也相当被看好,汽车上的48V-12V DC-DC、OBC 、traction Inverter等都可以用到大量的GaN器件,可以看到近几年不少汽车在引入GaN的应用,2019年东京车展,名古屋大学和丰田共同开发了全氮化镓的汽车,牵引逆变器、DC-DC、车载充电器和LED照明等都用的GaN,近期也可以看到不同的机构和厂商针对车推出不少GaN方案,包括意法半导体、安世、IMEC和TI等。

GaN企业的模式主要有IDM和Fabless,比如英飞凌、TI、ST、松下、安森美、PI、英诺赛科等都是IDM,EPC、Dialog、Navitas等则是Fabless模式,从成本和毛利率来看,IDM的经营模式会更具优势,比如6寸硅基氮化镓,不含封装成本下,硅衬底占比比较低,大概是5-8%,外延和衬底占到整个成本的9成,其中氮化镓外延片占比40-50%,氮化镓器件占比45-55%,如果只是Fabless厂商,directadmin安装,器件和外延都需要外包,整个的毛利水平就比较底,所以业界认为,IDM的模式可以有更高的毛利率。

GaN处在爆发前夕,除了快充还有五大杀手级应用

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