氮化镓产业的新变局：新一轮功率半导体竞争要地.pdf

电力电子专栏GaN芯片氮化家产业的新变局：新一轮功率半导体竞争要地随着新能源汽车的需求增加，市场对碳化硅的关注度逐渐提高，而与碳化硅同为宽禁带半导体的氮化镓也同样受到企业青睐。2024年1月，瑞萨电子收购估值约为3.5亿美元的全球氮化镓（GaN）功率半导体供应商Transphorm。在更早些时候，功率半导体头部企业英飞凌斥资8.3亿美元收购氮化镓企业GaNSystems，企业的种种举措，搭建起了氮化镓新一轮的竞争要地。功率器件将成为新的增长点根据氮化镓延长层所生长的衬底（碳化硅衬底、硅衬底、蓝宝石衬底）不同，氮化镓主要有三大应用领域。碳化硅衬底+氮化镓外延层可制成射频器件，应用于卫星通信、5G等领域；硅衬底+氮化外延层所制成的功率器件则可应用在工业、新能源汽车以及数据中心当中；蓝宝石衬底+氮化镓外延层可制成光电器件，被应用于传统LED照明、MiniLED和MicroLED领域。数据显示，在2 0 2 1年时，氮化镓光电器件市场份额占比约为6 5%；其次为射频器件，占比约为30%。而功率器件则受制于其产品可靠性、设计工艺以及后续测试等多个环节的发展状况，再加上验证周期较长，其市场规模仅有约1.3亿美元。然而，功率器件的增速却被产业界所看好，有机构预测，氮化镓功率器件的市场规模在2028年有望达到2 0.4亿美元。这一态度的转变或许能够从Cree公司的调整中得以感知。成立于19 8 7 年的Cree曾是LED的知名品牌之一，主要产品有LED芯片和封装器件。2 0 17 年，由于公司LED和照明业务部门的利润下降，负责碳化硅、氮化镓等材料制造业务的Wolfspeed部门增速较高，使得Cree调整公司战略，并于2 0 2 0 年将公司LED业务打包出售给了SMARTGlobalHolding。2 0 2 1年底，Cree完成了从照明业务到半导体业务的转型，同时正式更名为Wolfspeed，专注于功率器件和材料业务。氮化家“上车”之路具体到氮化镓器件的应用领域，新能源汽车也为氮化带来不小的增量。预测数据显示，2 0 2 8 年，氮化镓功率器件在新能源汽车中的市场规模将达5.0 4亿美元，年复合增长率将达到110%。2022年-2 0 2 8 年（预测）氮化缘功率器件各细分领域市场营收数据$30.7M消费电子CACR信息通信、基础设施26%2028汽车能源工业国防、航天共他$9.2M$7.6M$3M$746.1M$1OM$3.1M$6M汽车在氮化功率器件中的市场占比正在增大(图片来源：YOLE)同为宽禁带半导体，氮化镓的材料特性与碳化硅类似，凭借更高的击穿电压和开关频率，以及更低的导通电阻和导通损耗，氮化和碳化硅逐渐成为了汽车中替代传统硅基器件的新型方案。在GaNSystems被英飞凌收购之前，该公司曾接受宝马汽车的投资，并且在高性能车载标准的氮化镓功率器件方面签署了全面产能协议。早在PCIMEurope2020上，GaNSystems首席执行官JimWitham就介绍了All-$33.5M$2.04B/CAGR24%$7,307M$33-3M2022$712.2MCAGR50%$784.9MCAGR2-28:49%CACR44%$504MCAGR110%CAGR50%$12.4MCAGR26%36THEWORLDOFINVERTERSTHEWORLDOFINVERTERS变频器世界February2024GaN（全氮化镓）汽车，以展示氮化镓在汽车里的多种应用场景，到了PCIMEurope2023，Ji m W i t h a m 宣布了向汽车品牌Canoo提供氮化镓车载电源（OBC）。宜普电源转换公司首席执行官AlexLidow表示，氮化镓技术在以下四个方面推动车载系统的发展，分别是：车载信息娱乐系统DC-DC转换器、无刷直流（BLDC）汽车电机、自主导航光检测和测距（即激光雷达）以及48 V轻混动力(MHEV)汽车。有生产氮化晶圆能力的公司，并且外延片已通过车规级品质体系认证。相比在碳化硅领域还需要依赖与Wolfspeed的十年协议获取晶圆，瑞萨电子率先在氮化镓业务补足了晶圆和衬底供应的重要环节。另据Transphorm介绍，其电力电子技术的创新实现了“9 9%的效率提升、50%功率密度的提升并降低了2 0%的系统成本”。CanooGONNTransphorm CEO Primit Parikh（左）及瑞萨电子CEO柴田英利GaN Syestems为Canoo提供的氮化镓车载电源(图片来源:GaN Systems)同时，氮化镓与碳化硅在新能源汽车上的用途也有所互补。根据英飞凌公开资料，氮化镓与碳化硅虽然在性能上有相近之处，但是优势领域有所差异。碳化硅侧重于高压应用，氮化镓则侧重于高频。因此，两种材料的“上车”路径略有不同，碳化硅随着40 0 V以及8 0 0 V高压平台的逐渐普及，其高耐压性为整车动力系统带来的优势得以体现；而氮化镓的高频性能可以转换为无线充电的优势，JimWitham表示，座舱内的无线充电功能允许对多部手机进行高功率、快速充电，且对手机摆放位置要求不高，充电过程也不受异物干扰，这些都能提升车主在座舱内的驾驶体验。垂直整合成为重要目标氮化正在被更多功率半导体公司重视，其生产制作流程涵盖了衬底、外延层生长、工艺设计、测试等多道工序，因此，对制造链条的补足也成为了许多公司关注的目标。据了解，瑞萨电子所收购的Transphorm是少数拥（右）（图片来源：瑞萨电子）与瑞萨电子不同，英飞凌具备内部生产氮化镓的能力。GaNSystems属于Fabless模式，专注氮化镓的研发应用与创新，因此，英飞凌收购GaNSystems的侧重点则在于强化工艺设计能力以及丰富产品线。数据显示，完成收购后，英飞凌在氮化镓功率器件中的市场占有率将从约4%提升至约15%，为全球第四。早在2 0 18 年，意法半导体与法国CEATech下属研究所Leti进行合作，共同研制硅基氮化功率器件制造技术，重点是创新功率器件二极管和晶体管的架构。2 0 2 0年，意法半导体与台积电合作，加速开发氮化工艺技术。意法半导体前汽车与离散事业部总裁MarcoMonti表示：“（与台积电）合作补充了我们与CEALeti开展的有关功率GaN的现有活动，氮化代表了功率电子产品和工艺技术的下一个重大创新。”回顾几家企业的收并购与合作事件，有机构推测，未来IDM模式将会成为氮化功率器件生态的主导力量一一与碳化硅行业类似，具有垂直整合能力、并能保障自身生产链条完整性的企业，会在竞争中具有更大优势。WWW.CA168.COM37