汽车软板厂之车规级氮化镓普及面临哪些难点？

汽车软板厂问从消费级到车规级，氮化镓（GaN）技术有何优势？

作为电力电子领域的核心技术之一，基于GaN的电能转换技术在消费电子、数据中心等领域有广泛应用，这对提 高电能的高效利用及实现节能减排起着关键作用。目前，GaN正在从低功率消费电子市场转向高功率数据中心、光伏逆变器、通信电源等市场。这些应用需要的电源具有更大的功率密度、更高的能效、更高的开关频率、更出色的热管理以及更小的尺寸，而GaN正是达成这些目标的关键一步。安世半导体副总裁姜克强调，相较于硅元件，氮化镓（GaN）功率器件的优势在于更高的电流密度、迁移率以及优秀的耐热性、导电性和散热性。

预计在2021年至2027年间，全球GaN功率器件市场的复合年增长率将达到30%，到2027年市场规模有望超过10亿美元，据行业预测，从2021年到2027年，全球GaN功率器件市场的复合年增长率（CAGR）预计将达到30%，并预计到2027年，其市场规模将超过10亿美元。这种增长的推动力主要源自电力电子设备的小型化和高效率化需求。由于GaN的物理特性，它能够为电力电子设备提供小型化和高效率化的解决方案。例如，GaN的低开关损耗和高工作频率能够显著提高电源的运行效率和功率密度，这在很大程度上推动了其在电源市场的应用。

目前国内GaN功率元件市场的发展主要由消费电子所驱动，关键应用为快速充电器，以及音频、无线充电、电源和其它消费级产品等应用场景。据预测，到2026年，氮化镓功率器件市场规模将增长到13.3亿美元，复合增长率达到65%。此外，数据中心和汽车市场也是氮化镓产品的重要潜力领域，它们可以通过应用氮化镓产品来降低电力消耗和成本。

然而，GaN的应用并不止于此。在众多的应用领域中，汽车行业无疑是最具潜力的。随着电动汽车的快速发展，对节能和高效的需求也随之增加。因此，各大车企开始研发将GaN用于汽车的各个部分，特别是在车载充电器和高压直流转换器等关键部位。GaN的低开关损耗能够显著提高电动汽车的运行效率，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。其次，GaN场效应晶体管的高工作频率可以缩小功率磁性器件的尺寸约60%，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。通过这些优势，氮化镓的汽车市场潜力巨大。

柔性电路板厂了解到，选择硅、碳化硅还是GaN作为材料取决于应用场景的特定需求，如成本、导热和导通频率等。据悉，欧盟已在2021年启动项目，目标是将GaN的电压提升到1200V，并将晶圆尺寸从6吋增大到12吋。这意味着GaN产品已经开始应用于电动汽车等领域，未来，随着基站的建设，氮化镓的需求将不断增长。此外，GaN在电动汽车（EV）中的应用能显著提高充电速度，减小设备体积，以及增加系统的整体效率。据行业内部人士指出，GaN能够显著提高电动汽车的充电效率，使充电时间缩短60%，将充电器的功率从原来的6.6千瓦提高到22千瓦，从而使整个充电速度提升了3倍。此外，GaN在双向电路中起到关键作用，降低5%的电池电量损耗，间接增加5%的续航。

最后，相较于传统的硅器件，GaN技术可以大大节省制造和加工化学品和能源，减少制造和运输过程中的二氧化碳排放。每出货一个氮化镓电源IC都可以净减少4公斤的二氧化碳。这就是为什么像电动汽车先驱Brua这样的公司会公开表示，他们将从SiC转向GaN，作为进一步减小充电器尺寸和重量的关键因素，同时还可以减少二氧化碳排放，以达到他们的环保目标。

就市场规模而言，一辆电动汽车中氮化镓芯片的总潜在市场空间（TAM）超过250美元，其中包括车载充电器近50美元，DC/DC逆变器约15亿美元，而主驱动应用接近200美元。根据行业预测，到2025年，氮化镓芯片在电动汽车中的市场机会总值将超过25亿美元/年。

FPC厂了解到，根据第三代半导体产业联盟CASA的数据，碳化硅产业的年复合增长率预计将接近37.5%，到2026年将达到245亿。根据集邦咨询化合物半导体分析师龚瑞骄的预测，受到这些市场的推动，氮化镓功率元件的市场规模将从2022年的1.8亿美元增长到2026年的13.3亿美元，复合增长率达65%。对于汽车市场，氮化镓目前处于早期验证阶段，但许多厂商正积极进行研发工作。预计到2025年，氮化镓将小批量渗透到低功率的OBC和DC-DC中。