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新兴市场加速渗透,氮化镓产业链存在哪些挑战?

以碳化硅、氮化镓为代表的第三代半导体被视为后摩尔时代材料创新的关键角色,凭借高温、高耐压及承受大电流等多方面显著优势,氮化镓材料被广泛应用于功率元件、微波射频元件、光电子元件,氮化镓功率元件于消费电子市场率先放量。

近日召开的2022亚洲充电展上,小米、OPPO、联想、安克创新等品牌的多款氮化镓功率芯片充电器集中展示,超20家氮化镓芯片厂商亮相,纳微半导体、Power Integrations、英诺赛科等市占率靠前氮化镓功率器件厂商的展台则分外热闹。DYQesmc

多位从业者和分析人士告诉财联社记者,除了火热的电源适配器领域,如今氮化镓功率器件已开始被引入手机内部,数据中心、新能源汽车市场等领域应用亦潜力巨大。不过,氮化镓从材料、器件到应用的全产业链虽已初步形成,其供应链生态和产能、技术相比碳化硅仍不够成熟。DYQesmc

消费快充率先放量DYQesmc

氮化镓元件于消费电子快充领域率先放量,氮化镓功率芯片充电器具有充电效率高、散热快、体积小巧等明显优势,引发近几年众多终端厂商、充电器厂商密集布局。“消费这一块,氮化镓从去年开始其实已经爆发了”,一位氮化镓行业人士告诉财联社记者。DYQesmc

据悉,纳微半导体在全球氮化镓功率市场中排名领先,目前已跟全球90%以上的一线适配器OEM/ODM厂商合作,今年5月交付了第5000万颗氮化镓芯片。前不久iQOO发布的200W氮化镓闪充引发业界热议,其PFC升压开关管便采用了纳微半导体氮化镓功率芯片NV6136A。DYQesmc

一位纳微半导体展台的工作人员告诉财联社记者,碳化硅主要用在汽车等领域,氮化镓则弥补了消费类市场的缺口,解决了传统充电器效率上不去、发热的问题。其进一步称,“200W快充已将充电时间压缩到了10分钟,接下来速度可能不会再有特别大的提升,应该要向更环保、更稳定的方向发展。”DYQesmc

值得注意,不久前另一大头部厂商英诺赛科则将氮化镓技术直接引入手机主板。前有OPPO量产机型采用了英诺赛科BiGaN系列产品中的INN40W08氮化镓开关管,成为全球首个内置氮化镓充电保护的手机厂商,随后realme亦在手机端引入BiGaN产品。DYQesmc

财联社记者从英诺赛科展台工作人员处获悉,BiGaN可以节省手机主板珍贵的空间、提升充电速率并减少发热,应该推广起来会很快,vivo、华为、小米、努比亚等品牌均在做相关的探索,当前还处于前期阶段。DYQesmc

不仅是BiGaN,安克创新上月曾公布其全氮化镓技术,首次在AC和DC端同时采用氮化镓功率芯片。有业内人士认为,氮化镓要发挥其潜力,除了其本身,也要靠拓扑结构。DYQesmc

集邦咨询化合物半导体分析师龚瑞骄亦告诉财联社记者,快充方面,氮化镓与其他器件的搭配方案是很重要的技术演进方向。DYQesmc

新兴市场加速渗透DYQesmc

日前龚瑞骄在2022集邦咨询第三代半导体前沿趋势研讨会上表示,氮化镓功率元件应用市场将由当前的消费电子逐步延伸到数据中心、再到汽车领域。在全球疫情反复等客观因素的影响下,消费电子等终端市场需求有所下滑,但应用于功率元件的第三代半导体在各领域的渗透率仍然呈现持续攀升之势。DYQesmc

财联社记者通过多家氮化镓功率器件公司获悉,当前行业正加速布局相关细分赛道,数据中心方面当前已开始渗透,接下来将在激光雷达驱动、车载充电器方面做出布局。DYQesmc

前述纳微半导体人士亦告诉财联社记者,“未来工业、汽车是公司主要的产品应用方向,9月份可能会有工业类的芯片出来。”DYQesmc

值得一提,氮化镓亦被视为解决当下数据中心能耗痛点的一条思路。英诺赛科产品应用总监邹艳波认为,传统硅器件的性能到了极限,演进速度特别慢。而氮化镓基于材料优势,可以带来器件优势的大幅度提升。数据中心的供电架构,从前端到DC/DC到芯片供电,可以通过全链路氮化镓解决方案提升功率密度和效率,整体效率可以达到五个点的提升。DYQesmc

产业链仍存挑战DYQesmc

实际上除功率元件,氮化镓亦可被用于光电子领域(如LED、高端激光)、射频领域(如5G基站中的射频放大器)。功率半导体领域主流的衬底类型是硅基氮化镓,代表厂商有纳微半导体、英诺赛科、Transphorm等;而射频元件方面主要以碳化硅基氮化镓为主流结构,代表厂商有住友电工、恩智浦半导体、Wolfspeed等。DYQesmc

当前A股上市公司中,华润微、三安光电、士兰微、闻泰科技、赛微电子、海特高新、京泉华、华灿光电等均在积极布局氮化镓产业链。DYQesmc

即便如此,氮化镓要大规模推广,仍面临诸多难题。成本方面,多位从业者告诉财联社记者,氮化镓成本已经在快速下降,不过龚瑞骄表示“目前氮化镓材料的成本还非常高,可以看到4英寸的氮化镓单晶衬底大概是1500美金,折算回同尺寸的碳化硅大概是四倍的价格。”DYQesmc

产能的保障亦是厂商无法回避的问题。此前纳微半导体在台积电Fab2的6英寸投片,去年下半年转进至8英寸厂,以缓解产能紧缺问题。DYQesmc

供应链方面,财联社记者从几位业内人士处获悉,基于复杂的国际形势,不论外延器件或其他应用都有一些局限,而半导体产业的设备供应紧张情况较为普遍,近几年由于厂商扩产、建设新产线的动作非常频繁,对于第三代半导体来说这一矛盾或更为尖锐。DYQesmc

近期第三代半导体产业技术创新战略联盟副理事长兼秘书长杨富华则在2022世界5G大会期间指出,各国在第三代半导体方面均加紧布局,当前我国第三代半导体具备了全创新链的研发能力,初步形成了从材料、器件到应用的全产业链,但整体竞争力不强,特别是核心材料和关键装备成为瓶颈。DYQesmc

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