前言

氮化鎵器件在快充等小功率應(yīng)用上，已經(jīng)充分驗(yàn)證了器件的可靠性和壽命。使用第三代半導(dǎo)體在快充上，可以提升功率密度，減小充電器體積，提供更多接口，對(duì)消費(fèi)者更加友好。對(duì)于大功率應(yīng)用來說，使用氮化鎵器件能夠顯著降低開關(guān)損耗，提升轉(zhuǎn)換效率，并降低散熱需求和總體成本。

目前新能源汽車，光伏以及儲(chǔ)能的高速發(fā)展，為第三代半導(dǎo)體在大功率場(chǎng)景應(yīng)用鋪平了道路，也為第三代半導(dǎo)體帶來了新的平臺(tái)。目前已經(jīng)有氮化鎵器件應(yīng)用在大功率戶外電源產(chǎn)品上，將氮化鎵低損耗的特性引入，減輕設(shè)備重量，提升消費(fèi)者的使用體驗(yàn)。

(相關(guān)資料圖)

以大功率戶外電源為例，650V耐壓的氮化鎵器件已經(jīng)應(yīng)用在功率為2200W的戶外電源中，提高了PFC工作頻率，減小磁性元件體積。還有多款大功率PC電源也已經(jīng)引入氮化鎵器件到PFC電路中，提高轉(zhuǎn)換效率，沖擊更高能效標(biāo)準(zhǔn)。

通過充電頭網(wǎng)的拆解文章，發(fā)現(xiàn)了氮化鎵已經(jīng)在大功率場(chǎng)合中展露頭角，拋磚引玉，氮化鎵未來的發(fā)展還需要整個(gè)行業(yè)的共同努力。

世界氮化鎵日由來

氮化鎵是一種由氮和鎵結(jié)合而來的化合物，其中氮在元素周期表排序第7位，鎵排序第31位，7月31日世界氮化鎵日因此得名，同時(shí)也以英文名GaN Day傳播到全球，并獲得行業(yè)廣泛認(rèn)可。自2020年充電頭網(wǎng)聯(lián)合多家第三代半導(dǎo)體企業(yè)首次提出GaN Day這一紀(jì)念日，到目前已經(jīng)有3年多的市場(chǎng)沉淀。

每年GaN Day前后，第三代半導(dǎo)體行業(yè)都將舉辦相關(guān)活動(dòng)用于紀(jì)念氮化鎵新技術(shù)在眾多領(lǐng)域的革新應(yīng)用，今年也不例外。7月31日是世界氮化鎵日，本次充電頭網(wǎng)以世界氮化鎵日為契機(jī)，收集眾多行業(yè)大咖對(duì)第三代半導(dǎo)體行業(yè)未來展望，共同探討行業(yè)的現(xiàn)在與未來。

大咖說

Innoscience 英諾賽科

CEO 吳金剛

氮化鎵是第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域的明星材料，2020年在手機(jī)快充領(lǐng)域得到爆發(fā)性應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了氮化鎵產(chǎn)業(yè)的第一個(gè)小高峰。2022年，除了龐大的消費(fèi)電子市場(chǎng)，在AI、通信、自動(dòng)駕駛、儲(chǔ)能等新技術(shù)的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心、汽車電子、新能源等領(lǐng)域?qū)Φ壍男枨笠仓饾u顯現(xiàn)。2023年上半年，氮化鎵廠商新品頻發(fā)，行業(yè)并購、出貨猛增等眾多利好消息接踵而來，呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。

英諾賽科作為氮化鎵行業(yè)的領(lǐng)先代表，出貨量已突破2.7億顆，2023年上半年銷售額相比去年同期增長了500%，產(chǎn)品應(yīng)用也從消費(fèi)類電子逐步拓展到數(shù)據(jù)中心、汽車電子、新能源與儲(chǔ)能領(lǐng)域。相較于其他氮化鎵公司，英諾賽科擁有更為先進(jìn)的8英寸硅基氮化鎵研發(fā)和制造平臺(tái)，覆蓋高、中、低壓全系列氮化鎵產(chǎn)品，當(dāng)前產(chǎn)能已達(dá)到每月15000片，具備大規(guī)模量產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)集設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)與銷售于一體，能夠快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的更新迭代，推進(jìn)終端應(yīng)用。未來氮化鎵市場(chǎng)還將持續(xù)增長，英諾賽科也希望與上下游企業(yè)共同攜手，逐步引領(lǐng)氮化鎵產(chǎn)業(yè)鏈走向規(guī)范化，加速行業(yè)生態(tài)的構(gòu)建。

Power Integrations

市場(chǎng)營銷副總裁 Doug Bailey

Power Integrations發(fā)現(xiàn)，對(duì)于高性能的緊湊型電源而言，氮化鎵是成本最低的方案。這是因?yàn)榈壭矢撸蓽p少或消除對(duì)散熱片的需求，并允許設(shè)計(jì)人員使用簡(jiǎn)單的反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而省去LLC或非對(duì)稱半橋(AHB)等復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所需的額外開關(guān)。

但是，要優(yōu)化氮化鎵的潛力，就需要新的系統(tǒng)級(jí)思維。由于氮化鎵更接近于理想開關(guān)，因此已無需使用當(dāng)初為彌補(bǔ)硅開關(guān)的缺點(diǎn)而發(fā)明的舊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。具體而言，氮化鎵器件的開關(guān)切換速度非常快，柵極電容和輸出電容COSS非常低。但這也帶來了一系列不同的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。Power Integrations發(fā)現(xiàn)，使用氮化鎵的最佳方法是將其與控制器IC集成到一個(gè)封裝中。我們開發(fā)了氮化鎵子系統(tǒng)，如InnoSwitch?反激式電源IC、功率因數(shù)校正HiperPFS-5?器件和LytSwitch-6? LED驅(qū)動(dòng)器。我們已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品在筆記本電腦適配器、手機(jī)充電器、小型電源、LED照明等方面表現(xiàn)出色，但還有許多應(yīng)用有待我們?nèi)ラ_發(fā)，因此最大的挑戰(zhàn)是完成這些系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)并將其推向市場(chǎng)。

由于氮化鎵接近理想開關(guān)，我認(rèn)為“應(yīng)選盡選”：只要能上，就應(yīng)該使用氮化鎵。我認(rèn)為氮化鎵基本上會(huì)取代較低電壓的產(chǎn)品 - 從市電電壓到1200V；大體而言，氮化鎵將在一定功率范圍內(nèi)占據(jù)整個(gè)市場(chǎng)，尤其是可變功率應(yīng)用。這與氮化鎵的技術(shù)發(fā)展有關(guān)：隨著氮化鎵電壓的提高，它將取代碳化硅；隨著其載流能力的提高，氮化鎵將取代IGBT。

CorEnergy 能華

創(chuàng)始人兼總經(jīng)理 朱廷剛

在又一個(gè)國際氮化鎵日到來之際，作為一名長期耕耘在氮化鎵領(lǐng)域的老兵，我很高興看到使用氮化鎵材料制備的芯片及其應(yīng)用方案被越來越多的客戶認(rèn)可和使用。今年上半年在深圳舉辦的充電頭展會(huì)，參展的廠商和參觀的客戶數(shù)量之多，就說明了氮化鎵這個(gè)行業(yè)目前有多火熱。在“雙碳”的背景下，幾乎所有的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將面臨深刻的低碳轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)，新的半導(dǎo)體材料技術(shù)將會(huì)引領(lǐng)能源產(chǎn)業(yè)變革，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展。氮化鎵芯片能夠給電源功率模塊帶來在性能、尺寸和重量等方面的優(yōu)勢(shì)，意味著GaN可以為可持續(xù)性的減少碳排放做出重大貢獻(xiàn)。

能華半導(dǎo)體的愿景就是用GaN塑造一個(gè)更綠色的世界。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，氮化鎵在消費(fèi)電子領(lǐng)域還會(huì)有很大的成長空間。因?yàn)樵絹碓蕉嗟南M(fèi)者已經(jīng)崇尚于使用體積小、重量輕、速度快的快充充電頭，這給氮化鎵充電頭提供了一個(gè)很好的市場(chǎng)機(jī)遇。同時(shí)PD 3.1快充標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，對(duì)于充電行業(yè)而言是一次里程碑的升級(jí)，突破了長期以來的100W限制，實(shí)現(xiàn)了240W的翻倍式增長，同時(shí)輸出電壓也實(shí)現(xiàn)了最高48V的覆蓋，可滿足消費(fèi)類、工業(yè)類等多領(lǐng)域產(chǎn)品的應(yīng)用，使得快充可適用市場(chǎng)得到進(jìn)一步擴(kuò)大。

同時(shí)，PD標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和升級(jí)，有利于消費(fèi)者在更多的產(chǎn)品品牌和類型中選擇符合自己需求的充電頭，推動(dòng)需求的進(jìn)一步增長。另外，氮化鎵在儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)中心和新能源領(lǐng)域，未來2-3年將會(huì)出現(xiàn)爆發(fā)性的增長。比如，氮化鎵可以助力新型電動(dòng)車充電樁的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)充電數(shù)分鐘，續(xù)航數(shù)百公里這樣的目標(biāo)，從而消除電動(dòng)車車主的里程焦慮，助推電動(dòng)車的發(fā)展。

我相信，未來幾年，氮化鎵會(huì)比當(dāng)下的碳化硅還要火熱。因此，能華半導(dǎo)體的研發(fā)、產(chǎn)品和應(yīng)用開發(fā)，也在從消費(fèi)電子走向工業(yè)級(jí)的應(yīng)用。在行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局方面，歐美企業(yè)在基礎(chǔ)技術(shù)、創(chuàng)新和專利積累等方面仍然具有較大優(yōu)勢(shì)，而國內(nèi)在應(yīng)用、市場(chǎng)和制造方面有優(yōu)勢(shì)，并且在技術(shù)創(chuàng)新上正迎頭趕上。在自主國產(chǎn)替代的背景下，在再全球化的趨勢(shì)下，中國的企業(yè)包括能華半導(dǎo)體已經(jīng)，也將會(huì)繼續(xù)取得長足的進(jìn)步，為低碳綠色的世界做出自己的一份貢獻(xiàn)。

DGCX 成希電子

CEO 劉愿新

從手機(jī)、筆記本充電器到戶外移動(dòng)電源、智慧照明、車載充電/電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，氮化鎵技術(shù)具有非常高的市場(chǎng)規(guī)模和技術(shù)上升空間，代表了新一代充電技術(shù)發(fā)展方向。可以預(yù)見未來氮化鎵充電領(lǐng)域，產(chǎn)品將重點(diǎn)圍繞低損耗、高穩(wěn)定性、高功率密度。而隨著氮化鎵技術(shù)的不斷發(fā)展，氮化鎵技術(shù)也就改變我們的生活，未來很多新興領(lǐng)域比如電力傳輸，醫(yī)療設(shè)備，光伏儲(chǔ)能，電動(dòng)汽車，航空電源等新場(chǎng)景上又一次新的能源轉(zhuǎn)換“革命”。

GaN Systems

業(yè)務(wù)開發(fā)副總裁 莊淵棋

以氮化鎵、碳化硅為首的第三代半導(dǎo)體發(fā)展，對(duì)支撐國家雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、并實(shí)現(xiàn)高度智能化、數(shù)字化及電氣化的社會(huì)上，扮演舉足輕重的角色。氮化鎵功率半導(dǎo)體尤其正處應(yīng)用爆發(fā)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域正從手機(jī)快充快速向數(shù)據(jù)中心、再生能源、工業(yè)及電動(dòng)車領(lǐng)域擴(kuò)展，對(duì)這些應(yīng)用領(lǐng)域中電力系統(tǒng)效率優(yōu)化做出貢獻(xiàn)。

電動(dòng)車作為氮化鎵功率半導(dǎo)體的殺手級(jí)應(yīng)用，近年發(fā)展態(tài)勢(shì)猛烈，銷量屢創(chuàng)新高。我國在新能源車發(fā)展上領(lǐng)先全球，不僅銷量水平早已超越其他國家，消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)車選購的態(tài)度也正從購車補(bǔ)貼逐漸轉(zhuǎn)移，進(jìn)而根據(jù)功能與價(jià)格作為衡量指標(biāo)。對(duì)此，繼碳化硅后，氮化鎵功率半導(dǎo)體成為電動(dòng)車廠另一項(xiàng)重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，致力透過氮化鎵功率器件卓越特性，為電動(dòng)車帶來效率、續(xù)航里程、甚至總物料成本上的突破，我們也已觀察到氮化鎵在車載充電器及DC-DC轉(zhuǎn)換器上的應(yīng)用正加速實(shí)現(xiàn)。

利用氮化鎵技術(shù)提高效率、功率密度、與經(jīng)濟(jì)效益的新興應(yīng)用已經(jīng)出現(xiàn)，功率半導(dǎo)體在整體半導(dǎo)體市場(chǎng)景氣下修階段仍維持強(qiáng)勁漲勢(shì)，我們期望看到更多跨產(chǎn)業(yè)鏈合作及人才投入，為氮化鎵功率半導(dǎo)體技術(shù)縮短學(xué)習(xí)曲線，并開啟更多應(yīng)用可能。

Vergiga 威兆

董事長 李偉聰

近幾年在全產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力下，氮化鎵功率器件迅速占領(lǐng)快充消費(fèi)類市場(chǎng)，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)硅基器件的市場(chǎng)替代。從最初的65W發(fā)展到如今的18W-300W PD快充，氮化鎵器件向市場(chǎng)證明了其優(yōu)越的性能及帶來的體積和成本優(yōu)勢(shì)，其可靠性也逐步被市場(chǎng)所認(rèn)可。在市場(chǎng)的推動(dòng)及產(chǎn)業(yè)界的努力下，氮化鎵功率器件的成本已逐步下探至接近硅基器件，有望在其余消費(fèi)類市場(chǎng)如家電、適配器等實(shí)現(xiàn)硅基器件的市場(chǎng)替代。同時(shí)，基于氮化鎵器件性能和可靠性的逐步改善及市場(chǎng)認(rèn)可度提升，各大廠商積極布局并推進(jìn)氮化鎵器件在工業(yè)端的應(yīng)用，如微型逆變器、數(shù)據(jù)中心、儲(chǔ)能等。國產(chǎn)化方面，國內(nèi)氮化鎵器件已具備從襯底外延到成品的全國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈，有望在第三代半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)彎道超車。

威兆半導(dǎo)體始終聚焦功率器件研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)研究，憑借十年的攻關(guān)已成為少數(shù)同時(shí)具備硅基低壓、中壓、高壓全系列功率MOSFET / IGBT單管和模塊，以及特殊半導(dǎo)體制程設(shè)計(jì)能力的先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司。同時(shí)，威兆積極布局第三代半導(dǎo)體，研發(fā)多款SiC MOSFET和GaN HEMT系列產(chǎn)品，加速功率器件國產(chǎn)自主化進(jìn)程。

TI 德州儀器

氮化鎵產(chǎn)品線經(jīng)理 Abhi Muppiri

在數(shù)據(jù)中心、通信電源、光伏逆變器、電力輸送等應(yīng)用中，氮化鎵 (GaN) 正成為提高功率密度和電源效率的關(guān)鍵技術(shù)。使用 GaN 替代硅的公司數(shù)量也在迅速增長。在德州儀器看來，以下三個(gè)原因解釋了 GaN 如何帶來電源管理變革：

首先，雖然 GaN 被認(rèn)為是一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)技術(shù)，德州儀器通過在芯片中集成柵極驅(qū)動(dòng)器和多種保護(hù)功能，簡(jiǎn)化了 GaN 設(shè)計(jì)，可使設(shè)計(jì)人員更大程度地利用這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

其次， GaN已發(fā)展了多年，具有一定的可靠性。德州儀器 GaN 芯片通過了 4,000 萬小時(shí)以上的可靠性測(cè)試及車規(guī)級(jí)認(rèn)證，在要求嚴(yán)苛的工業(yè)領(lǐng)域也已有超過五年的應(yīng)用。

最后，盡管目前 GaN 芯片比硅芯片價(jià)格高，但 GaN 帶來的系統(tǒng)成本優(yōu)勢(shì)、效率和功率密度的提升能超過初始投資的價(jià)值。例如，在 100 兆瓦數(shù)據(jù)中心中，使用基于 GaN 的電源管理系統(tǒng)，即使效率增益是 0.8%，也能在 10 年間節(jié)約近 5000 萬元的能源成本。

LIHOMICRO 力宏微

CEO 鐘惠生

隨著半導(dǎo)體器件的飛速發(fā)展，目前第三代半導(dǎo)體已經(jīng)進(jìn)入了新能源汽車，光伏逆變，5G基站，PD快充等領(lǐng)域，SIC器件主要應(yīng)用在新能源汽車和工控等領(lǐng)域，Gan器件主要應(yīng)用在5G基站及消費(fèi)電源等領(lǐng)域。相較于傳統(tǒng)硅器件，SIC MOS是高壓大電流的導(dǎo)通電阻小，開關(guān)速度快,特別適用于新能源汽車的逆變應(yīng)用。隨著新一輪的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，這對(duì)第三代半導(dǎo)體器件意味著一個(gè)巨大的市場(chǎng)前景。LIHOMICRO的SIC器件針對(duì)客戶群體的不同需求及越來越多客戶的使用，將會(huì)在SIC器件上完善技術(shù)的升級(jí)和產(chǎn)品的迭代，有望催生新一輪成長。

TAGOR 泰高

市場(chǎng)拓展副總 潘秋雄

在討論氮化鎵材料（GaN）的特性時(shí)，我們不能僅僅把它局限于電源產(chǎn)品上的應(yīng)用。因?yàn)镚aN具有眾多出色的性能，尤其在無線通信市場(chǎng)方面，它的應(yīng)用非常適合。泰高技術(shù)有限公司是一家專注于氮化鎵射頻前端芯片的半導(dǎo)體公司。憑借著在氮化鎵射頻領(lǐng)域的發(fā)明專利，該公司成功研發(fā)了一系列高功率氮化鎵射頻前端芯片。

這些創(chuàng)新的芯片能夠顯著提升無線通信距離并提高圖像傳輸質(zhì)量。采用泰高技術(shù)的氮化鎵設(shè)計(jì)，這些芯片具有更高的功率密度和更低的能耗。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)不僅提升了產(chǎn)品的整體性能，而且對(duì)無線通信領(lǐng)域帶來了革命性的突破。泰高技術(shù)的氮化鎵射頻器件的關(guān)鍵技術(shù)，使得在城市密集區(qū)域的覆蓋范圍增加了4.5倍。此外，在視線受限的環(huán)境中，傳輸距離擴(kuò)大了2倍，并且傳輸速率提高了2-4倍。同時(shí)，功率損失減少了10倍以上，但保持了相同的通信范圍和傳輸量。

充電頭網(wǎng)總結(jié)

第三代半導(dǎo)體的廣泛應(yīng)用，改寫了傳統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換方式，通過降低的開關(guān)損耗，提升電源的開關(guān)頻率，一方面減小電源體積，另一方面提升轉(zhuǎn)換效率，為消費(fèi)者帶來可感知的科技進(jìn)步。展望未來，氮化鎵器件將在更高功率的應(yīng)用中發(fā)揮價(jià)值，提升電源系統(tǒng)的效率，減少電能的浪費(fèi)，貫徹綠色低碳理念。

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