氮化镓大举上车!将与碳化硅同场竞技?

来源:爱集微 #氮化镓# #碳化硅# #新能源汽车#
2.9w

氮化镓功率器件市场主要由消费电子所驱动,关键应用包括快速充电器、音频、无线充电等。然而氮化镓的应用不止于此,目前其正在从低功率消费电子市场延伸至高功率数据中心、光伏逆变器、通信电源、新能源汽车等领域,其中又以汽车行业最具成长潜力。那么,当前氮化镓在汽车中的主要应用是什么?未来还有哪些新增长点?是否会面临与同在汽车市场发展的碳化硅的竞争?

看好车载充电器、车载激光雷达市场潜力!

当前,氮化镓商业化最好的应用是消费电子快充赛道。在大功率、小体积、高性能成为消费类电源产品主要发展趋势的情况下,具备更大禁带宽度、更低导通电阻,以及更高转换效率的氮化镓器件在快充市场拥有了更高的适用度。根据Market and Market、Yole等机构的数据,预计2026年中国氮化镓充电器市场规模将突破50亿元,展现了良好的发展前景。

然而,氮化镓并不局限于快充,而是不断在向LED照明、数据中心、工业,以及新能源汽车等领域延伸拓展。去年,Transphorm便推出支持高功率的氮化镓器件,面向数据中心、光伏逆变器以及工业伺服电机等场景。大恒能源则宣称其采用氮化镓平台,设计全球首个全集成化的微型逆变器光伏系统。英诺赛科产品应用总监邹艳波此前接受媒体采访时便表示,“从目前来看,氮化镓在消费类已经大批量使用了,不管是快充还是TV电源。但经过三到四年的培育,氮化镓在数据中心、光伏储能、汽车上也实现了0到1的突破,接下来数据中心这些领域应该会开始大批量使用氮化镓。”

在新兴应用领域中,以汽车的受关注度最高。随着新能源汽车的高速发展,节能和高效的需求随之增加,各大车企纷纷研究将氮化镓用于汽车的可能性。而氮化镓的低开关损耗能够显著提高新能源汽车的运行效率,进而减轻车载散热系统的负担,使得电动汽车的续航里程得以增加。此外,氮化镓还可以缩小功率磁性器件的尺寸,降低系统成本,提高整体功率密度,为新能源汽车的发展开辟新的可能性。

这些优势都有助力氮化镓拓展在汽车市场的应用潜力,特别是在车载充电器和高压直流转换器等部位。GaN Systems此前就推出了11kW/800V 氮化镓车载充电器,在系统尺寸、功率密度、成本效益、能源效率、热性能等各方面展现优化。车载激光雷达的应用也值得关注。激光雷达是自动驾驶技术的关键组成,与早期激光雷达产品相比,氮化镓器件的开关速度大幅提升,脉冲宽度缩小至原来的1/5。在自动驾驶中,L2辅助驾驶的识别距离受限于MOS方案,仅为100m,而L2+/L3辅助驾驶则需要达到200m/300m的中远距离识别。采用窄脉冲、大峰值电流、高功率的氮化镓可以为激光雷达提供更优越的性能支持。

登陆新能源汽车主驱的机会有多大?

在车载充电器、DC/DC转换器以及车载激光雷达等领域的应用“渐入佳境”之后,氮化镓能否上到新能源汽车的主逆变器之中呢?根据研究机构的统计,一辆新能源汽车当中氮化镓器件的总潜在市场(TAM)超过250美元,其中车载充电器近50美元,DC/DC转换器约15亿美元,而主驱动应用接近200美元。如果能够有所突破,氮化镓将获得更大的发展空间。

消息显示,许多企业也进行着相关产品的开发。数年前,以色列 VisIC Technologies公司便与德国汽车零部件供应商采埃孚合作开发用于400 V传动系统的氮化镓器件。去年,VisIC又在与化合物半导体材料供应商IQE合作开发用于新能源汽车逆变器的高可靠D型氮化镓功率器件。安世Nexperia半导体也与Ricardo合作开发基于氮化镓的新能源汽车逆变器。集邦咨询化合物半导体分析师表示,氮化镓的汽车应用目前还处于早期的阶段,预计到2030年,OEM或会考虑将氮化镓引入到逆变器当中。

英飞凌科技高级副总裁、汽车业务大中华区负责人曹彦飞在接受采访时也表示,目前氮化镓的主体市场还在车载充电器OBC、DC/DC方面。在高压主逆变器领域还处于相对探索期,还有较多问题有待解决。但曹彦飞也强调,英飞凌也已经在布局。

氮化镓器件目前有两种主流器件,一种是平面器件,一种是垂直器件。平面器件利用铝+氮形成二维电子器,它的电子迁移率更高,因此适合高导通频率的应用。垂直器件则利用碳化硅衬底的优良导热性能,达到更好的导通频率和节温,因此适合开发高功率环境下的功率器件,包括新能源汽车主驱等高功率应用。

并购!行业优势资源在集中

目前,全球氮化镓领域的行业整合之势愈发明显。去年10月,英飞凌完成对氮化镓头部厂商GaN Systems的收购。GaN Systems以650V和100V 氮化镓器件为主,是业界少数同时提供高压、低压氮化镓产品线的原厂。通过并购,英飞凌不仅将GaN Systems丰富的产品线和客户群收入囊中,还能将双方的技术进行整合,提升产品竞争力。

今年1月,瑞萨电子宣布与Transphorm达成收购协议,以3.39亿美元并购Transphorm。Transphorm在业内最早通过车规级认证,拥有丰富的车规级氮化镓产品线。通过收购将有利于瑞萨提供汽车级的氮化镓解决方案。今年5月,PI公司宣布收购垂直型氮化镓公司Odyssey,交易预计将于7月完成。通过收购,PI将引入垂直氮化镓技术,有助于完善PI公司专有的PowiGaN技术路线图的开发。

其他值得关注的案例还包括纳微半导体收购Elevation合封氮化镓公司,晶方科技入股VisIC公司,Wolfspeed将射频业务出售给MACOM等。对此,相关分析师指出,通过横向并购整合,氮化镓企业能够形成更具规模的经济效应,在减少竞争对手的同时,提升市场占有率,集中氮化镓市场优势资源,拓展汽车等新市场与新应用。

与碳化硅竞争或在未来展开?

碳化硅与氮化镓同为近年来新兴半导体器件。得益于率先被新能源汽车采用,碳化硅在汽车市场已形成较高占有率。未来随着氮化镓器件耐压能力的进一步提升,甚至可能承受1200V超高电压,其在新能源市场的应用之势也将不断拓展,与碳化硅的竞争将会如何演变,也开始受到关注。

Odyssey表示,垂直GaN技术将提供硅、碳化硅和横向GaN无法提供的更大改进。650 V市场预计将以20%的年复合增长率增长。未来的1200V市场甚至将达到63%的增长率。罗姆则指出,氮化镓与碳化硅均在功率器件的应用中存在巨大潜力。其中,氮化镓器件作为高频工作中出色的器件,在中等耐压范围的应用中备受期待。

不过,氮化镓在新能源汽车领域的应用也面临挑战。由于车规级认证过程较慢,对器件的可靠性和安全性有着更高的要求,氮化镓在新能源汽车领域的应用将有一个较长的过程,并不会一蹴而就。与此同时,氮化镓面临的竞争并不仅止于碳化硅,硅器件同样具有价格优势。因此只有将氮化镓器件性能做得足够好,成本足够低,才有可能形成较强的竞争力,在汽车端形成一股新势力。

责编: 张轶群
来源:爱集微 #氮化镓# #碳化硅# #新能源汽车#
THE END

*此内容为集微网原创,著作权归集微网所有,爱集微,爱原创

关闭
加载

PDF 加载中...