隨著寬禁帶材料開(kāi)始在功率電子領(lǐng)域取代硅，氮化鎵在消費(fèi)市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟，這將在今后幾年里帶來(lái)這類材料在功率器件市場(chǎng)的大幅增長(zhǎng)，尤其是在中國(guó)。作為一種仍處于高度創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)階段的第三代材料（首款商用功率器件問(wèn)世還只是 10 年前），氮化鎵在功率電子領(lǐng)域的前景極具潛力。Yole Group旗下的Yole Intelligence在其內(nèi)容全面的市場(chǎng)報(bào)告《Power GaN》中預(yù)測(cè)，截至2027年，氮化鎵功率半導(dǎo)體器件市場(chǎng)規(guī)模將從2021年的1.26億美元增至 20 億美元。Yole Intelligence 的分析師預(yù)計(jì)該市場(chǎng)將出現(xiàn)59%的強(qiáng)勁年均復(fù)合增長(zhǎng)率，而且氮化鎵在汽車和電信/數(shù)據(jù)通信等應(yīng)用領(lǐng)域的滲透不僅將帶來(lái)獨(dú)特的合作伙伴關(guān)系，還可望產(chǎn)生大量并購(gòu)和重磅投資。

消費(fèi)型電子是氮化鎵的最主要市場(chǎng)，尤其是在中國(guó)

由于氮化鎵的成本和效率優(yōu)勢(shì)，消費(fèi)領(lǐng)域至今一直都是原始設(shè)備制造商們（OEM）采用這種材料的主要?jiǎng)恿?，而且這一趨勢(shì)預(yù)計(jì)還將保持。據(jù) Yole 預(yù)測(cè)，功率氮化鎵市場(chǎng)中的消費(fèi)應(yīng)用預(yù)計(jì)將以 52% 的年均復(fù)合增長(zhǎng)率從 2021 年的 7960 萬(wàn)美元增至 2027 年的 9.647 億美元。到 2027 年，消費(fèi)板塊在整個(gè)產(chǎn)業(yè)中的占比將達(dá)到 48%。

快速充電一直是推動(dòng)氮化鎵材料采用的主要應(yīng)用，這得益于以更快、更廉價(jià)且更環(huán)保的方式對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行充電的需求。

采用氮化鎵，智能手機(jī)制造商能制造出外殼尺寸更小且單位功率價(jià)格更優(yōu)的充電器。盡管基于氮化鎵的器件單價(jià)比硅基器件貴，但考慮到其更高的頻率和更高的功率密度值，每瓦特的價(jià)格其實(shí)是低于硅基器件的。我們可以通過(guò)比較三星生產(chǎn)的基于硅和基于氮化鎵的充電器來(lái)闡釋：三星的 45W 硅快速充電器的功率密度為 0.55W/cm3；而其 45W 氮化鎵充電器則擁有0.76W/cm3 的功率密度，而尺寸縮小了近 30%。Yole 在其報(bào)告中對(duì)硅和氮化鎵產(chǎn)品還進(jìn)行了其他方面的比較。

這份報(bào)告中提到了多家在過(guò)去兩年中發(fā)布過(guò)快速充電器的公司，小米、Vivo、聯(lián)想、一加科技和努比亞等中國(guó)  OEM  只是其中的一部分。

雖然其他地區(qū)的電子 OEM 也有氮化鎵快充產(chǎn)品，如蘋(píng)果（美國(guó)）和三星（韓國(guó)），但在中國(guó)出色的制造產(chǎn)能和專用供應(yīng)鏈支持下產(chǎn)生的 OEM 要多得多，使該地區(qū)在功率氮化鎵消費(fèi)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。自 2021 年以來(lái)，中國(guó)的國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈已經(jīng)能夠以自下而上的方式支持大批量發(fā)貨。中國(guó)地區(qū)是全球最大的消費(fèi)型產(chǎn)品市場(chǎng)之一，這樣的需求量促進(jìn)了集成器件制造商（IDM）、代工廠和封裝廠/外包半導(dǎo)體組裝與測(cè)試廠（OSAT）的發(fā)展。

英諾賽科和三安光電是氮化鎵功率半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)中兩家重要的中國(guó)企業(yè)，它們都在進(jìn)一步推進(jìn)中國(guó)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。英諾賽科是全球最大的專注于氮化鎵工藝的 8 寸晶圓 IDM；而三安光電是一家化合物半導(dǎo)體晶圓代工廠，為高功效電源設(shè)計(jì)提供氮化鎵代工服務(wù)。

消費(fèi)領(lǐng)域中還有其他應(yīng)用蓄勢(shì)待發(fā)，包括音頻器件，如 D 類音頻放大器，它們?cè)谖磥?lái)幾年中或可發(fā)展出少量業(yè)務(wù)。然而，在預(yù)測(cè)期內(nèi)，快速充電器預(yù)計(jì)將成為消費(fèi)市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。

自 2017 年以來(lái)，VCSEL 生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了巨大變化。當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)上一家獨(dú)大，盡管也有另外幾家企業(yè)占據(jù)著顯著市場(chǎng)份額，但主要由 Lumentum 主導(dǎo)。截至 2022 年，VCSEL 生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)變成了雙峰并立的局面。Lumentum 和 II-VI（高意集團(tuán)）是當(dāng)前最大的企業(yè)，它們擁有 VCSEL 市場(chǎng) 80％ 的份額。

那么，這五年里發(fā)生了什么？Lumentum 是當(dāng)時(shí)唯一獲得蘋(píng)果認(rèn)證的供應(yīng)商。而Finisar 仍處在研發(fā)階段，還在努力讓產(chǎn)品獲得蘋(píng)果認(rèn)證。其他企業(yè)都與其他智能手機(jī)制造商合作，或是為接近傳感器提供微型 VCSEL。隨后，Coherent（更名前的高意集團(tuán)）收購(gòu)了 Finisar。如今依然只有 Lumentum 和高意集團(tuán)這兩家公司擁有蘋(píng)果的 3D 傳感資格認(rèn)證。同時(shí)，這兩家業(yè)界領(lǐng)袖還收購(gòu)了其他公司，其中包括 Oclaro 和 Coherent。這鞏固了他們?cè)诠馔ㄐ攀袌?chǎng)中的地位，實(shí)現(xiàn)了從 VCSEL 器件到整個(gè)收發(fā)器模塊的垂直整合。

圖片來(lái)源：《Power GaN》編號(hào)：YINTR23355 - Yole Intelligence, 2023

OEM 著眼高功率電器

有一股新的趨勢(shì)青睞功率高于 75W 的智能手機(jī)快速充電器，這一趨勢(shì)可能會(huì)在不久的將來(lái)推動(dòng)智能手機(jī) OEM 采用氮化鎵。在大多數(shù)國(guó)家，高于 75W 的功率需要功率因數(shù)校正（PFC）電路，這種電路需要使用更多的氮化鎵元件。

目前市場(chǎng)上大多數(shù)基于氮化鎵的充電器功率都在 65W 或以下，這是實(shí)現(xiàn)價(jià)格與性能比的最佳點(diǎn)。但隨著對(duì)更快充電速度的需求不斷增長(zhǎng)，OEM 廠商正在重新考慮，在消費(fèi)者帶來(lái)的額外利益（充電速度顯著提升，以及可以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。

目前的高電量設(shè)備并不多，例如小米的 210W 快速充電器讓用戶只需 9 分鐘就能將一臺(tái)紅米（Redmi）Note 12 Discovery 手機(jī)的 4,300mAh 電池從空電量充滿。對(duì)充電更快、功能更強(qiáng)的充電器的渴望會(huì)讓這股趨勢(shì)持續(xù)下去嗎?

氮化鎵的新興應(yīng)用

在消費(fèi)領(lǐng)域中發(fā)展了 10 年后，氮化鎵技術(shù)正日趨成熟，也因此開(kāi)始向工業(yè)應(yīng)用滲透。舉例來(lái)說(shuō)，它目前在汽車和電信/數(shù)據(jù)通信產(chǎn)業(yè)目前的存在感并不強(qiáng)，但預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將迎來(lái)高速增長(zhǎng)。Yole 預(yù)測(cè)其在汽車和移動(dòng)細(xì)分領(lǐng)域的規(guī)模將以 97% 的驚人年均復(fù)合增長(zhǎng)率從 2021 年的 530 萬(wàn)美元增長(zhǎng)到 2027 年的 3.089 億美元。電信/數(shù)據(jù)通信板塊將以 69％ 的年增速增長(zhǎng)，到 2027 年可達(dá) 6.178 億美元。

從 2024 年到 2025 年，汽車市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿⑹请妱?dòng)汽車的車載充電器（交流-直流電轉(zhuǎn)換），以及直流/直流轉(zhuǎn)換器（電壓范圍從 48V 到 400V）。更長(zhǎng)遠(yuǎn)一些，到接近 2030 年的時(shí)候，OEM 將會(huì)開(kāi)始考慮在主逆變器（650-800V）中集成氮化鎵。

中國(guó)是最大的汽車（特別是電動(dòng)汽車）市場(chǎng)之一，這有助于讓該地區(qū)的市場(chǎng)獨(dú)立于國(guó)際貿(mào)易問(wèn)題。小型電動(dòng)出行會(huì)成為這里的一類重要應(yīng)用，緊湊型都市汽車、輕便型摩托車、電動(dòng)滑板車和電動(dòng)自行車裝配的小型電機(jī)使用的是 48V 和 96V 電池，它們變得越來(lái)越受歡迎。

汽車/電信產(chǎn)業(yè)的需求不同于消費(fèi)產(chǎn)業(yè)，這可以解釋迄今為止氮化鎵器件進(jìn)入這些市場(chǎng)的速度為何較慢?？煽啃詫?duì)汽車和電信產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要，但對(duì)消費(fèi)應(yīng)用來(lái)說(shuō)則不那么重要，因?yàn)橛脩敉ǔＣ扛魩啄昃蜁?huì)更換設(shè)備。此外，在較為保守的汽車和電信產(chǎn)業(yè)，認(rèn)證新技術(shù)和建立供應(yīng)鏈安全所需的時(shí)間要長(zhǎng)得多，就像碳化硅在汽車應(yīng)用中的發(fā)展經(jīng)歷一樣。不過(guò)既然這種材料的可靠性已經(jīng)在消費(fèi)領(lǐng)域得到了一定程度的證明， OEM 廠商現(xiàn)在對(duì)電信產(chǎn)業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)出了極大的興趣，尤其是汽車產(chǎn)業(yè)。

中國(guó)的“新基建”框架可能會(huì)幫助中國(guó)實(shí)體在這些新興工業(yè)應(yīng)用中更快地發(fā)展。在實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步技術(shù)獨(dú)立的愿望驅(qū)使下，該政策旨在通過(guò)政府支持私營(yíng)部門(mén)參與供應(yīng)鏈，在供應(yīng)鏈的各個(gè)層級(jí)發(fā)展本國(guó)能力。

通過(guò)這種方式可以更快地開(kāi)發(fā)應(yīng)用，以便在為數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施提供支持的市場(chǎng)中獲得“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”——例如電動(dòng)汽車、可再生能源和由數(shù)據(jù)中心支持的 AI，而氮化鎵就是此類數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施中的關(guān)鍵技術(shù)。

圖片來(lái)源：《Compound Semiconductor Market Monitor》編號(hào)：YINTM22237Q4 - Yole Intelligence, Q4 2022

獨(dú)特的合作伙伴關(guān)系

在過(guò)去幾年中，越來(lái)越多的汽車制造商與氮化鎵器件供應(yīng)商開(kāi)始合作。氮化鎵系統(tǒng)（GaN Systems）是一家專注于氮化鎵功率半導(dǎo)體的創(chuàng)新型加拿大公司，他們與豐田達(dá)成了合作關(guān)系，最近又與寶馬聯(lián)手，提供基于氮化鎵的功率晶體管。Yole 的報(bào)告中提到了雷諾、邁凱輪、布加迪和其他汽車制造商也在不露聲色地投資這項(xiàng)技術(shù)。

此外，德國(guó)汽車系統(tǒng)制造商采埃孚已與以色列氮化鎵公司 VisIC 達(dá)成合作，而意大利汽車零部件制造商瑪涅蒂馬瑞利（Marelli）則與氮化鎵器件公司 Transphorm 合作。

氮化鎵在汽車市場(chǎng)上的發(fā)展有其獨(dú)特之處，即成熟的汽車企業(yè)與創(chuàng)新公司合作，以獲得氮化鎵制造能力。除了氮化鎵系統(tǒng)這家公司，VisIC 和 Transphorm 創(chuàng)立都不到 15 年。

這表明，在汽車制造商為實(shí)現(xiàn)電氣化目標(biāo)而努力的過(guò)程中，他們正在推動(dòng)新材料的采用。但這也可能是從碳化硅吸取的教訓(xùn)，碳化硅是另一種新興材料，在電動(dòng)汽車的功率電子系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。特斯拉得益于與意法半導(dǎo)體的合作，在這方面占得先機(jī)，在其 Model 3 車型中集成了全碳化硅功率模塊，成為首家實(shí)現(xiàn)這一創(chuàng)舉的高端汽車制造商。其他車企現(xiàn)在或許應(yīng)該學(xué)習(xí)特斯拉早期采用碳化硅的策略，確保自己不要錯(cuò)過(guò)氮化鎵這個(gè)機(jī)遇。

氮化鎵有望讓充電設(shè)備變得更小巧、更廉價(jià)和更環(huán)保，因此它在汽車、電信/數(shù)據(jù)通信和其他工業(yè)應(yīng)用中的采用必將進(jìn)一步拓展。它會(huì)如何在這些應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，以及它與碳化硅一起會(huì)發(fā)揮何種作用，這些都是非常有趣的問(wèn)題，值得拭目以待。Yole 將對(duì)這一新興市場(chǎng)保持追蹤，歡迎關(guān)注我們以獲取最新資訊。

圖片來(lái)源：《Power GaN》編號(hào)：YINTR23355 - Yole Intelligence, 2023

（來(lái)源：Yole）