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汽車軟板廠之車規(guī)級(jí)氮化鎵普及面臨哪些難點(diǎn)？

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人氣：2249發(fā)布日期：2023-06-30 09:48【大中小】

汽車軟板廠問從消費(fèi)級(jí)到車規(guī)級(jí)，氮化鎵（GaN）技術(shù)有何優(yōu)勢(shì)？

作為電力電子領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，基于GaN的電能轉(zhuǎn)換技術(shù)在消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，這對(duì)提高電能的高效利用及實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排起著關(guān)鍵作用。目前，GaN正在從低功率消費(fèi)電子市場轉(zhuǎn)向高功率數(shù)據(jù)中心、光伏逆變器、通信電源等市場。這些應(yīng)用需要的電源具有更大的功率密度、更高的能效、更高的開關(guān)頻率、更出色的熱管理以及更小的尺寸，而GaN正是達(dá)成這些目標(biāo)的關(guān)鍵一步。安世半導(dǎo)體副總裁姜克強(qiáng)調(diào)，相較于硅元件，氮化鎵（GaN）功率器件的優(yōu)勢(shì)在于更高的電流密度、遷移率以及優(yōu)秀的耐熱性、導(dǎo)電性和散熱性。

預(yù)計(jì)在2021年至2027年間，全球GaN功率器件市場的復(fù)合年增長率將達(dá)到30%，到2027年市場規(guī)模有望超過10億美元，據(jù)行業(yè)預(yù)測，從2021年到2027年，全球GaN功率器件市場的復(fù)合年增長率（CAGR）預(yù)計(jì)將達(dá)到30%，并預(yù)計(jì)到2027年，其市場規(guī)模將超過10億美元。這種增長的推動(dòng)力主要源自電力電子設(shè)備的小型化和高效率化需求。由于GaN的物理特性，它能夠?yàn)殡娏﹄娮釉O(shè)備提供小型化和高效率化的解決方案。例如，GaN的低開關(guān)損耗和高工作頻率能夠顯著提高電源的運(yùn)行效率和功率密度，這在很大程度上推動(dòng)了其在電源市場的應(yīng)用。

目前國內(nèi)GaN功率元件市場的發(fā)展主要由消費(fèi)電子所驅(qū)動(dòng)，關(guān)鍵應(yīng)用為快速充電器，以及音頻、無線充電、電源和其它消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品等應(yīng)用場景。據(jù)預(yù)測，到2026年，氮化鎵功率器件市場規(guī)模將增長到13.3億美元，復(fù)合增長率達(dá)到65%。此外，數(shù)據(jù)中心和汽車市場也是氮化鎵產(chǎn)品的重要潛力領(lǐng)域，它們可以通過應(yīng)用氮化鎵產(chǎn)品來降低電力消耗和成本。

然而，GaN的應(yīng)用并不止于此。在眾多的應(yīng)用領(lǐng)域中，汽車行業(yè)無疑是最具潛力的。隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，對(duì)節(jié)能和高效的需求也隨之增加。因此，各大車企開始研發(fā)將GaN用于汽車的各個(gè)部分，特別是在車載充電器和高壓直流轉(zhuǎn)換器等關(guān)鍵部位。GaN的低開關(guān)損耗能夠顯著提高電動(dòng)汽車的運(yùn)行效率，進(jìn)而減輕車載散熱系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，使得電動(dòng)汽車的續(xù)航里程得以增加。其次，GaN場效應(yīng)晶體管的高工作頻率可以縮小功率磁性器件的尺寸約60%，降低系統(tǒng)成本，提高整體功率密度，為新能源汽車的發(fā)展開辟新的可能性。通過這些優(yōu)勢(shì)，氮化鎵的汽車市場潛力巨大。

柔性電路板廠了解到，選擇硅、碳化硅還是GaN作為材料取決于應(yīng)用場景的特定需求，如成本、導(dǎo)熱和導(dǎo)通頻率等。據(jù)悉，歐盟已在2021年啟動(dòng)項(xiàng)目，目標(biāo)是將GaN的電壓提升到1200V，并將晶圓尺寸從6吋增大到12吋。這意味著GaN產(chǎn)品已經(jīng)開始應(yīng)用于電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，未來，隨著基站的建設(shè)，氮化鎵的需求將不斷增長。此外，GaN在電動(dòng)汽車（EV）中的應(yīng)用能顯著提高充電速度，減小設(shè)備體積，以及增加系統(tǒng)的整體效率。據(jù)行業(yè)內(nèi)部人士指出，GaN能夠顯著提高電動(dòng)汽車的充電效率，使充電時(shí)間縮短60%，將充電器的功率從原來的6.6千瓦提高到22千瓦，從而使整個(gè)充電速度提升了3倍。此外，GaN在雙向電路中起到關(guān)鍵作用，降低5%的電池電量損耗，間接增加5%的續(xù)航。

最后，相較于傳統(tǒng)的硅器件，GaN技術(shù)可以大大節(jié)省制造和加工化學(xué)品和能源，減少制造和運(yùn)輸過程中的二氧化碳排放。每出貨一個(gè)氮化鎵電源IC都可以凈減少4公斤的二氧化碳。這就是為什么像電動(dòng)汽車先驅(qū)Brua這樣的公司會(huì)公開表示，他們將從SiC轉(zhuǎn)向GaN，作為進(jìn)一步減小充電器尺寸和重量的關(guān)鍵因素，同時(shí)還可以減少二氧化碳排放，以達(dá)到他們的環(huán)保目標(biāo)。

就市場規(guī)模而言，一輛電動(dòng)汽車中氮化鎵芯片的總潛在市場空間（TAM）超過250美元，其中包括車載充電器近50美元，DC/DC逆變器約15億美元，而主驅(qū)動(dòng)應(yīng)用接近200美元。根據(jù)行業(yè)預(yù)測，到2025年，氮化鎵芯片在電動(dòng)汽車中的市場機(jī)會(huì)總值將超過25億美元/年。

FPC廠了解到，根據(jù)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟CASA的數(shù)據(jù)，碳化硅產(chǎn)業(yè)的年復(fù)合增長率預(yù)計(jì)將接近37.5%，到2026年將達(dá)到245億。根據(jù)集邦咨詢化合物半導(dǎo)體分析師龔瑞驕的預(yù)測，受到這些市場的推動(dòng)，氮化鎵功率元件的市場規(guī)模將從2022年的1.8億美元增長到2026年的13.3億美元，復(fù)合增長率達(dá)65%。對(duì)于汽車市場，氮化鎵目前處于早期驗(yàn)證階段，但許多廠商正積極進(jìn)行研發(fā)工作。預(yù)計(jì)到2025年，氮化鎵將小批量滲透到低功率的OBC和DC-DC中。

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