汽車軟板廠之車規級氮化鎵普及面臨哪些難點？

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人氣：917發布日期：2023-06-30 09:48【大中小】

汽車軟板廠問從消費級到車規級，氮化鎵（GaN）技術有何優勢？

作為電力電子領域的核心技術之一，基于GaN的電能轉換技術在消費電子、數據中心等領域有廣泛應用，這對提高電能的高效利用及實現節能減排起著關鍵作用。目前，GaN正在從低功率消費電子市場轉向高功率數據中心、光伏逆變器、通信電源等市場。這些應用需要的電源具有更大的功率密度、更高的能效、更高的開關頻率、更出色的熱管理以及更小的尺寸，而GaN正是達成這些目標的關鍵一步。安世半導體副總裁姜克強調，相較于硅元件，氮化鎵（GaN）功率器件的優勢在于更高的電流密度、遷移率以及優秀的耐熱性、導電性和散熱性。

預計在2021年至2027年間，全球GaN功率器件市場的復合年增長率將達到30%，到2027年市場規模有望超過10億美元，據行業預測，從2021年到2027年，全球GaN功率器件市場的復合年增長率（CAGR）預計將達到30%，并預計到2027年，其市場規模將超過10億美元。這種增長的推動力主要源自電力電子設備的小型化和高效率化需求。由于GaN的物理特性，它能夠為電力電子設備提供小型化和高效率化的解決方案。例如，GaN的低開關損耗和高工作頻率能夠顯著提高電源的運行效率和功率密度，這在很大程度上推動了其在電源市場的應用。

目前國內GaN功率元件市場的發展主要由消費電子所驅動，關鍵應用為快速充電器，以及音頻、無線充電、電源和其它消費級產品等應用場景。據預測，到2026年，氮化鎵功率器件市場規模將增長到13.3億美元，復合增長率達到65%。此外，數據中心和汽車市場也是氮化鎵產品的重要潛力領域，它們可以通過應用氮化鎵產品來降低電力消耗和成本。

然而，GaN的應用并不止于此。在眾多的應用領域中，汽車行業無疑是最具潛力的。隨著電動汽車的快速發展，對節能和高效的需求也隨之增加。因此，各大車企開始研發將GaN用于汽車的各個部分，特別是在車載充電器和高壓直流轉換器等關鍵部位。GaN的低開關損耗能夠顯著提高電動汽車的運行效率，進而減輕車載散熱系統的負擔，使得電動汽車的續航里程得以增加。其次，GaN場效應晶體管的高工作頻率可以縮小功率磁性器件的尺寸約60%，降低系統成本，提高整體功率密度，為新能源汽車的發展開辟新的可能性。通過這些優勢，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作為材料取決于應用場景的特定需求，如成本、導熱和導通頻率等。據悉，歐盟已在2021年啟動項目，目標是將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產品已經開始應用于電動汽車等領域，未來，隨著基站的建設，氮化鎵的需求將不斷增長。此外，GaN在電動汽車（EV）中的應用能顯著提高充電速度，減小設備體積，以及增加系統的整體效率。據行業內部人士指出，GaN能夠顯著提高電動汽車的充電效率，使充電時間縮短60%，將充電器的功率從原來的6.6千瓦提高到22千瓦，從而使整個充電速度提升了3倍。此外，GaN在雙向電路中起到關鍵作用，降低5%的電池電量損耗，間接增加5%的續航。

最后，相較于傳統的硅器件，GaN技術可以大大節省制造和加工化學品和能源，減少制造和運輸過程中的二氧化碳排放。每出貨一個氮化鎵電源IC都可以凈減少4公斤的二氧化碳。這就是為什么像電動汽車先驅Brua這樣的公司會公開表示，他們將從SiC轉向GaN，作為進一步減小充電器尺寸和重量的關鍵因素，同時還可以減少二氧化碳排放，以達到他們的環保目標。

就市場規模而言，一輛電動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，而主驅動應用接近200美元。根據行業預測，到2025年，氮化鎵芯片在電動汽車中的市場機會總值將超過25億美元/年。

FPC廠了解到，根據第三代半導體產業聯盟CASA的數據，碳化硅產業的年復合增長率預計將接近37.5%，到2026年將達到245億。根據集邦咨詢化合物半導體分析師龔瑞驕的預測，受到這些市場的推動，氮化鎵功率元件的市場規模將從2022年的1.8億美元增長到2026年的13.3億美元，復合增長率達65%。對于汽車市場，氮化鎵目前處于早期驗證階段，但許多廠商正積極進行研發工作。預計到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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