隨著寬禁帶材料開始在功率電子領(lǐng)域取代硅，氮化鎵在消費市場站穩(wěn)腳跟，這將在今后幾年里帶來這類材料在功率器件市場的大幅增長，尤其是在中國。作為一種仍處于高度創(chuàng)新和開發(fā)階段的第三代材料（首款商用功率器件問世還只是 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)容全面的市場報告《Power GaN》中預(yù)測，截至2027年，氮化鎵功率半導(dǎo)體器件市場規(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)計該市場將出現(xiàn)59%的強勁年均復(fù)合增長率，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獨特的合作伙伴關(guān)系，還可望產(chǎn)生大量并購和重磅投資。

消費型電子是氮化鎵的最主要市場，尤其是在中國

由于氮化鎵的成本和效率優(yōu)勢，消費領(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動力，而且這一趨勢預(yù)計還將保持。據(jù) Yole 預(yù)測，功率氮化鎵市場中的消費應(yīng)用預(yù)計將以 52% 的年均復(fù)合增長率從 2021 年的 7960 萬美元增至 2027 年的 9.647 億美元。到 2027 年，消費板塊在整個產(chǎn)業(yè)中的占比將達到 48%。

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

采用氮化鎵，智能手機制造商能制造出外殼尺寸更小且單位功率價格更優(yōu)的充電器。盡管基于氮化鎵的器件單價比硅基器件貴，但考慮到其更高的頻率和更高的功率密度值，每瓦特的價格其實是低于硅基器件的。我們可以通過比較三星生產(chǎn)的基于硅和基于氮化鎵的充電器來闡釋：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 在其報告中對硅和氮化鎵產(chǎn)品還進行了其他方面的比較。

這份報告中提到了多家在過去兩年中發(fā)布過快速充電器的公司，小米、Vivo、聯(lián)想、一加科技和努比亞等中國  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，如蘋果（美國）和三星（韓國），但在中國出色的制造產(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)在功率氮化鎵消費領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。自 2021 年以來，中國的國內(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。中國地區(qū)是全球最大的消費型產(chǎn)品市場之一，這樣的需求量促進了集成器件制造商（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)中兩家重要的中國企業(yè)，它們都在進一步推進中國的領(lǐng)先優(yōu)勢。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)計提供氮化鎵代工服務(wù)。

消費領(lǐng)域中還有其他應(yīng)用蓄勢待發(fā)，包括音頻器件，如 D 類音頻放大器，它們在未來幾年中或可發(fā)展出少量業(yè)務(wù)。然而，在預(yù)測期內(nèi)，快速充電器預(yù)計將成為消費市場的主要驅(qū)動力。

自 2017 年以來，VCSEL 生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了巨大變化。當(dāng)時的市場上一家獨大，盡管也有另外幾家企業(yè)占據(jù)著顯著市場份額，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）是當(dāng)前最大的企業(yè)，它們擁有 VCSEL 市場 80％ 的份額。

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

圖片來源：《Power GaN》編號：YINTR23355 - Yole Intelligence, 2023

OEM 著眼高功率電器

有一股新的趨勢青睞功率高于 75W 的智能手機快速充電器，這一趨勢可能會在不久的將來推動智能手機 OEM 采用氮化鎵。在大多數(shù)國家，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，這是實現(xiàn)價格與性能比的最佳點。但隨著對更快充電速度的需求不斷增長，OEM 廠商正在重新考慮，在消費者帶來的額外利益（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）與單價之間進行權(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 分鐘就能將一臺紅米（Redmi）Note 12 Discovery 手機的 4,300mAh 電池從空電量充滿。對充電更快、功能更強的充電器的渴望會讓這股趨勢持續(xù)下去嗎?

氮化鎵的新興應(yīng)用

在消費領(lǐng)域中發(fā)展了 10 年后，氮化鎵技術(shù)正日趨成熟，也因此開始向工業(yè)應(yīng)用滲透。舉例來說，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，但預(yù)計未來幾年將迎來高速增長。Yole 預(yù)測其在汽車和移動細(xì)分領(lǐng)域的規(guī)模將以 97% 的驚人年均復(fù)合增長率從 2021 年的 530 萬美元增長到 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，到 2027 年可達 6.178 億美元。

從 2024 年到 2025 年，汽車市場增長的主要動力將是電動汽車的車載充電器（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）。更長遠一些，到接近 2030 年的時候，OEM 將會開始考慮在主逆變器（650-800V）中集成氮化鎵。

中國是最大的汽車（特別是電動汽車）市場之一，這有助于讓該地區(qū)的市場獨立于國際貿(mào)易問題。小型電動出行會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、電動滑板車和電動自行車裝配的小型電機使用的是 48V 和 96V 電池，它們變得越來越受歡迎。

汽車/電信產(chǎn)業(yè)的需求不同于消費產(chǎn)業(yè)，這可以解釋迄今為止氮化鎵器件進入這些市場的速度為何較慢?？煽啃詫ζ嚭碗娦女a(chǎn)業(yè)至關(guān)重要，但對消費應(yīng)用來說則不那么重要，因為用戶通常每隔幾年就會更換設(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)鏈安全所需的時間要長得多，就像碳化硅在汽車應(yīng)用中的發(fā)展經(jīng)歷一樣。不過既然這種材料的可靠性已經(jīng)在消費領(lǐng)域得到了一定程度的證明， OEM 廠商現(xiàn)在對電信產(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)。

中國的“新基建”框架可能會幫助中國實體在這些新興工業(yè)應(yīng)用中更快地發(fā)展。在實現(xiàn)進一步技術(shù)獨立的愿望驅(qū)使下，該政策旨在通過政府支持私營部門參與供應(yīng)鏈，在供應(yīng)鏈的各個層級發(fā)展本國能力。

通過這種方式可以更快地開發(fā)應(yīng)用，以便在為數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施提供支持的市場中獲得“先發(fā)優(yōu)勢”——例如電動汽車、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)。

圖片來源：《Compound Semiconductor Market Monitor》編號：YINTM22237Q4 - Yole Intelligence, Q4 2022

獨特的合作伙伴關(guān)系

在過去幾年中，越來越多的汽車制造商與氮化鎵器件供應(yīng)商開始合作。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技術(shù)。

此外，德國汽車系統(tǒng)制造商采埃孚已與以色列氮化鎵公司 VisIC 達成合作，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。

氮化鎵在汽車市場上的發(fā)展有其獨特之處，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，在汽車制造商為實現(xiàn)電氣化目標(biāo)而努力的過程中，他們正在推動新材料的采用。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，在其 Model 3 車型中集成了全碳化硅功率模塊，成為首家實現(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，確保自己不要錯過氮化鎵這個機遇。

氮化鎵有望讓充電設(shè)備變得更小巧、更廉價和更環(huán)保，因此它在汽車、電信/數(shù)據(jù)通信和其他工業(yè)應(yīng)用中的采用必將進一步拓展。它會如何在這些應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，以及它與碳化硅一起會發(fā)揮何種作用，這些都是非常有趣的問題，值得拭目以待。Yole 將對這一新興市場保持追蹤，歡迎關(guān)注我們以獲取最新資訊。

圖片來源：《Power GaN》編號：YINTR23355 - Yole Intelligence, 2023

（來源：Yole）