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GaN要快速擴(kuò)散至各應(yīng)用領(lǐng)域仍有層層關(guān)卡待突破

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫 ? 來源:半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫 ? 2023-03-20 09:56 ? 次閱讀
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氮化鎵(GaN)主要是指一種由人工合成的半導(dǎo)體材料,是第三代半導(dǎo)體材料的典型代表,研制微電子器件、光電子器件的新型材料。氮化鎵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)初步形成,相關(guān)器件快速發(fā)展。第三代半導(dǎo)體氮化鎵產(chǎn)業(yè)范圍涵蓋氮化鎵單晶襯底、半導(dǎo)體器件芯片設(shè)計(jì)、制造、封測以及芯片等主要應(yīng)用場景。

氮化鎵應(yīng)用范圍廣泛,作為支撐“新基建”建設(shè)的關(guān)鍵核心器件,其下游應(yīng)用切入了 “新基建”中5G基站、特高壓新能源充電樁、城際高鐵等主要領(lǐng)域。此外,氮化鎵的高效電能轉(zhuǎn)換特性,能夠幫助實(shí)現(xiàn)光伏、風(fēng)電(電能生產(chǎn)),直流特高壓輸電(電能傳輸),新能源汽車、工業(yè)電源、機(jī)車牽引、消費(fèi)電源(電能使用)等領(lǐng)域的電能高效轉(zhuǎn)換 ,助力“碳達(dá)峰,碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看,全球氮化鎵產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。據(jù)分析機(jī)構(gòu)Yole研究顯示,在氮化鎵功率器件方面,2020年的整體市場規(guī)模為0.46億美元,受消費(fèi)類電子、電信及數(shù)據(jù)通信、電動(dòng)汽車應(yīng)用的驅(qū)動(dòng),預(yù)計(jì)到2026年增長至11億美元,復(fù)合年均增長率為70%。值得一提的是,電動(dòng)汽車領(lǐng)域的年復(fù)合增長率高達(dá)185%。在氮化鎵射頻器件方面,2020年的整體市場規(guī)模為8.91億美元,預(yù)計(jì)到2026年增長至24億美元,復(fù)合年均增長率為18%。

GaN是否能乘勝追擊?

近日,全球電動(dòng)車大廠特斯拉突然宣布,下一代的電動(dòng)車傳動(dòng)系統(tǒng)碳化硅用量大減75%,因借創(chuàng)新技術(shù)找到下一代電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)減少使用碳化硅的方法,也不會(huì)犧牲效能。這消息直接沖擊全球第三代半導(dǎo)體廠商股價(jià),牽動(dòng)廠商布局。

GaN Systems全球業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁莊淵棋分析,以Tesla欲砍SiC達(dá)75%目標(biāo)來看,可從其第一、二、三代用量減少幅度來評(píng)估,第三代就有機(jī)會(huì)較第一代減少約75%用量,因此,單純通過SiC尺寸縮小來達(dá)到目標(biāo)是有機(jī)會(huì)的。

Tesla是率先采用SiC的車廠,如今為減少SiC用量、若欲混搭成本具競爭力的IGBT,必須要考量到散熱、功率損耗表現(xiàn)遞減問題,可能得再添加上冷卻系統(tǒng)(Cooling System)才能達(dá)到原有的水準(zhǔn)。

為了不受SiC缺料影響及總成本降低五成的考量,Tesla說不定也會(huì)參考其他車廠的解決方案。例如四驅(qū)電動(dòng)車,前兩輪可采IGBT或非SiC,而后兩輪維持使用SiC,同樣可以達(dá)到降低SiC用量。

至于GaN是否可乘勝追擊,快速顛覆工業(yè)、拿下車用領(lǐng)域?莊淵棋說,顛覆的速度難從單一元件廠商視野來評(píng)估,尤其車用器件的決定權(quán),在于各不同車廠的設(shè)計(jì)、成本規(guī)劃以及車款定位等。

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GaN市場動(dòng)態(tài)整理

目前部分GaN廠商宣稱已達(dá)到九成生產(chǎn)良率,但被客戶或競爭對手私下檢測時(shí),產(chǎn)品良率僅五成。因此,就整個(gè)GaN的供應(yīng)鏈來說,各供應(yīng)商產(chǎn)品良莠不齊明顯,短期要全面發(fā)展起來仍有難度。

莊淵棋分析,SiC、GaN要在DC-DC取代IGBT也有一定難度,因?yàn)榄h(huán)境要求沒有OBC、馬達(dá)逆變器端來得嚴(yán)苛,用成本最具競爭力的IGBT可以展現(xiàn)相當(dāng)優(yōu)越的性價(jià)比。

同樣在充電樁領(lǐng)域,因?yàn)閷χ亓考翱臻g不需錙銖必較,要拔掉成本最具優(yōu)勢的IGBT難度也高。

中、高電壓的GaN,相較于小電壓的3C充電頭,在制程上也有不同的挑戰(zhàn)仍待克服。簡單地說,不同工作環(huán)境要求,對元件量產(chǎn)就是新挑戰(zhàn),耐用、穩(wěn)定性需要完全符合應(yīng)用端客戶要求。

在電動(dòng)車上目前GaN以主流400V系統(tǒng)為主,若未來要跨入800V,也得通過不同層面的認(rèn)證,整體來看,GaN要快速擴(kuò)散至各應(yīng)用領(lǐng)域,仍有層層關(guān)卡待突破。

以此來

看,GaN生產(chǎn)良率、形同SiC長晶般難掌控嗎?莊淵棋解釋,得視個(gè)別GaN廠商的實(shí)力而定。就GaN市場來看,不少產(chǎn)品暗藏的缺陷難以立即找到,常在一段時(shí)間后才被發(fā)現(xiàn)。

所以,供給愈來愈多好的晶粒(Good die)是GaN廠商的關(guān)鍵,不論用測試、篩檢或任何可行方法來運(yùn)作,目前多方都在絞盡腦汁尋求最佳解方,以達(dá)到不同應(yīng)用端的要求。






審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:GaN良率受限,難以取代IGBT

文章出處:【微信號(hào):ICViews,微信公眾號(hào):半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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