據(jù)咨詢機(jī)構(gòu) TrendForce 研究，GaN 功率元件市場(chǎng)規(guī)模至 2025 年將達(dá) 8.5 億美元，2020-2025 年復(fù)合成長(zhǎng)率 (CAGR) 高達(dá) 78%。前三大應(yīng)用占比分別為消費(fèi)性電子 60%、新能源汽車 20%、通訊及數(shù)據(jù)中心 15%。在 2021 年，手機(jī)快充的驚人增長(zhǎng)繼續(xù)拉動(dòng)市場(chǎng)的不斷成長(zhǎng)，讓身為“三代半”雙星之一的 GaN 交出了一份漂亮的成績(jī)單。
快充市場(chǎng)持續(xù)爆發(fā)
GaN 市場(chǎng)在 2021 的驚喜依然來(lái)自快充市場(chǎng)。由于蘋果親自下場(chǎng)，發(fā)布了 140W GaN 快充產(chǎn)品，過(guò)去持觀望態(tài)度的廠商也開(kāi)始紛紛跟進(jìn)。
將 GaN 用在手機(jī)快充中主要是因?yàn)槭謾C(jī)充電功率在增長(zhǎng)，適配器和充電器功率從 5W、10W 變成 65W、125W 時(shí)便攜性越來(lái)越差。而采用 GaN 芯片的充電器體積小，充電速度快。同時(shí)，USB 標(biāo)準(zhǔn)化組織推廣 Type-C 接口和 USB 功率傳輸協(xié)議（USB Power Delivery，USB PD）后導(dǎo)致配件市場(chǎng)爆發(fā)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)適配器，手機(jī)能快充，筆記本電腦也能用，需求就變大了。
除了 OPPO、realme、小米、努比亞、三星、聯(lián)想、中興等手機(jī)廠商推出的產(chǎn)品之外，第三方廠商也是不遺余力地跟進(jìn)，市場(chǎng)上 20W-120W GaN 快充產(chǎn)品已多達(dá)數(shù)百款。蘋果配合新款 MacBook Pro 筆記本發(fā)布的 140W 充電器，更是將 GaN 的市場(chǎng)應(yīng)用推向了新高度。
廠商們還在研究將 GaN 器件直接放入手機(jī)中，OPPO 在去年 7 月舉行的閃充開(kāi)放日交流活動(dòng)上，首次將低壓 GaN 應(yīng)用在了手機(jī)內(nèi)部電路上，用一顆 GaN 開(kāi)關(guān)管取代兩顆串聯(lián)的硅 MOSFET，實(shí)現(xiàn)快充充電的路徑管理。
TrendForce 最近的研究顯示，受惠于消費(fèi)性快充產(chǎn)品需求快速上升，如手機(jī)品牌小米、OPPO、vivo 自 2018 年起率先推出快速充電頭，憑借高散熱效能與體積小的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)獲得消費(fèi)者青睞，截至目前筆電廠商也有意跟進(jìn)，使 GaN 功率市場(chǎng)成為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中產(chǎn)值上升最快速的類別，預(yù)估 2021 年?duì)I收將達(dá) 8,300 萬(wàn)美元，年增高達(dá) 73%。
促成 GaN 在快充領(lǐng)域的大量應(yīng)用，還有一個(gè)重要的原因就是 GaN 器件的價(jià)格大幅下降。在 2021 年初，GaN 功率晶體管的重要廠商 GaN Systems 就宣布，其低電流，大批量 GaN 晶體管的價(jià)格已跌至 1 美元以下，這些晶體管通常用于智能手機(jī)和筆記本電腦以及各種消費(fèi)品和工業(yè)應(yīng)用的 GaN 充電器和 AC 適配器。
廠商競(jìng)爭(zhēng)激烈
因?yàn)榭斐涫袌?chǎng)的快速崛起，GaN 功率器件廠商排名也發(fā)生了變化。根據(jù) TrendForce 發(fā)布的 2021 全球 GaN 功率廠商出貨市占率排名，納微半導(dǎo)體（Navitas）將以 29% 的出貨量市占率超越 Power Integrations（PI），拿下今年全球 GaN 功率市場(chǎng)第一名。
憑借其特色 GaN Fast power ICs 設(shè)計(jì)方案和良好供應(yīng)鏈合作關(guān)系，納微進(jìn)而成為消費(fèi)市場(chǎng) GaN 功率芯片第一大供應(yīng)商，目前已與全球頂級(jí)手機(jī) OEM 廠商及 PC 設(shè)備制造商展開(kāi)合作，包括戴爾、聯(lián)想、LG、小米、OPPO 等。2021 年其快充 IC 訂單持續(xù)增加，此前在臺(tái)積電（TSMC）Fab2 的 6 英寸投片，下半年將轉(zhuǎn)進(jìn)至 8 英寸廠，以緩解產(chǎn)能緊缺問(wèn)題；三安集成也是其意向代工廠。另外，對(duì)于其他 GaN 應(yīng)用市場(chǎng)，數(shù)據(jù)中心也可能成為納微半導(dǎo)體的優(yōu)先切入點(diǎn)，預(yù)計(jì) 2022 年會(huì)投入相應(yīng)產(chǎn)品。
PI 作為老牌電源芯片廠商，在 GaN 功率市場(chǎng)長(zhǎng)期作為絕對(duì)主導(dǎo)地位，今年 PI 推出了基于 PowiGaN 技術(shù)的新一代 InnoSwitch4-CZ 系列芯片，搭載至 Anker 65W 快充等產(chǎn)品，取得市場(chǎng)一致好評(píng)。另外，近期發(fā)布的首款集成 AC-DC 控制器和 USB PD 協(xié)定控制的單晶片產(chǎn)品，或成為推升 PI 今年?duì)I收成長(zhǎng)的又一大關(guān)鍵動(dòng)能，預(yù)估將以 24% 市占率位居全球第二。
值得一提的是，中國(guó)廠商英諾賽科（Innoscience）今年市占一舉攀升至 20%，躍升為全球第三，主要受惠于其高、低壓 GaN 產(chǎn)品出貨量大幅增長(zhǎng)，其中，快充產(chǎn)品更首次進(jìn)入一線筆電廠商供應(yīng)鏈。與此同時(shí)，蘇州 8 英寸晶圓廠已步入量產(chǎn)階段，IDM 模式優(yōu)勢(shì)將在 GaN 產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展中逐步顯現(xiàn)。
企業(yè)忙布局
GaN 在 2021 年紅紅火火，產(chǎn)業(yè)界自然也是一派忙碌景象，尤其在國(guó)內(nèi)，重大項(xiàng)目紛紛開(kāi)工上馬。
2021 年 1 月，蘇州納維科技有限公司舉行總部大樓奠基儀式，項(xiàng)目占地面積超 1.4 萬(wàn)平方米，總建筑面積超 3.4 萬(wàn)平方米，建成后，年產(chǎn)氮化鎵單晶襯底及外延片可達(dá) 5 萬(wàn)片
2021 年 4 月 29 日，漢磊（Episil）宣布將投資 50 億新臺(tái)幣（約 11.6 億人民幣），全力發(fā)展氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）外延和器件代工。
2021 年 6 月 5 日，英諾賽科（蘇州）半導(dǎo)體有限公司舉行量產(chǎn)暨研發(fā)樓奠基儀式，全球最大的氮化鎵生產(chǎn)基地正式投產(chǎn)。
此前，英諾賽科表示，項(xiàng)目一期投資總額預(yù)計(jì) 80 億元人民幣。投產(chǎn)后產(chǎn)能將逐步爬坡，到 2021 年底產(chǎn)能達(dá) 6000 片 / 月。2022 年底項(xiàng)目全部達(dá)產(chǎn)后，蘇州工廠將實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)能 78 萬(wàn)片 8 英寸硅基氮化鎵晶圓，預(yù)計(jì)年產(chǎn)值 150 億元，利稅超 15 億元。
除去新項(xiàng)目開(kāi)工，產(chǎn)業(yè)鏈之間的合作也越發(fā)緊密。2021 年 3 月，聞泰科技全資子公司、全球功率半導(dǎo)體領(lǐng)先企業(yè)安世半導(dǎo)體宣布，其與國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)龍頭公司聯(lián)合汽車電子有限公司達(dá)成合作，雙方將在功率半導(dǎo)體氮化鎵 (GaN) 領(lǐng)域展開(kāi)深度合作，以滿足未來(lái)新能源汽車電源系統(tǒng)對(duì)技術(shù)不斷提升的需求，并共同致力于推動(dòng) GaN 工藝技術(shù)在中國(guó)汽車市場(chǎng)的研發(fā)和應(yīng)用。
8 月，電力電子行業(yè)封裝材料的全球供應(yīng)商賀利氏電子（Heraeus Electronics ），已加入美國(guó)電力研究所 (PowerAmerica Institute），以推進(jìn)寬帶隙 (WBG) 半導(dǎo)體的使用。Heraeus Electronics 的技術(shù)專長(zhǎng)和 Power America Institute 的行業(yè)聯(lián)系將加速新材料的開(kāi)發(fā)并支持電力電子行業(yè)的擴(kuò)張。此次合作將使下一代碳化硅和氮化鎵電力電子產(chǎn)品更快地推向市場(chǎng)，降低與新一代技術(shù)相關(guān)的成本和風(fēng)險(xiǎn)因素。
11 月，加拿大公司 GaN Systems 宣布與德國(guó)汽車大廠 BMW 已就確保氮化鎵 (GaN) 晶體管產(chǎn)能達(dá)成協(xié)議，其產(chǎn)量預(yù)期能確保該車廠的供應(yīng)鏈穩(wěn)定；該公司首席執(zhí)行官 Jim Witham 在接受訪問(wèn)時(shí)表示，GaN Systems 將會(huì)為多種應(yīng)用提供一系列產(chǎn)能。
最后，GaN 技術(shù)本身也在不斷取得突破。8 月，Novel Crystal Technology, Inc 宣布已成功將其高質(zhì)量 Ga2O3 外延片制造技術(shù)擴(kuò)大到 100mm。這意味著 Ga2O3 功率器件現(xiàn)在可以在 100mm 的量產(chǎn)線上生產(chǎn)。
11 月，納微發(fā)布的新品是將電路感知技術(shù)加入到氮化鎵功率芯片中，是業(yè)界內(nèi)首款集成了智能感知技術(shù)的氮化鎵功率芯片。通過(guò)傳感器與芯片的融合，讓電路的保護(hù)功能也朝著智能化發(fā)展，保證了系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。
總結(jié)
在異常耀眼的手機(jī)快充之外，GaN 也開(kāi)始滲透進(jìn)電動(dòng)車、無(wú)線充電、5G 基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域，而 SiC 等其他半導(dǎo)體材料也在朝這些領(lǐng)域擴(kuò)展。所以，與其他第三代材料構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)或互補(bǔ)的關(guān)系，將是 GaN 未來(lái)幾年的發(fā)展走向。
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