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低压|集微咨询：千呼万唤始出来的苹果GaN快充，拉开下一个GaN爆点的序幕( 二 )


此前，GaN功率晶体管产品的耐压多为200V以下，耐压600V产品达到实用水平的只有美国Transphorm公司一家。随着松下和夏普宣布全新涉足GaN功率器件业务，并发布了使用6英寸硅基板的新产品，松下于2013年3月，夏普于4月15日已经分别开始样品供货耐压600V产品。
在技术成熟度曲线中，这一时期正是行业对GaN技术寄予过高期望的高峰期。随着越来越多的GaN功率器件面市，下游终端客户的反馈却是可靠性差、良率低、成本高，需要重新设计周边电路等。期望值和现实的落差，使得这一轮GaN投资热潮很快开始下滑。2014年AZZURRO倒闭、三星关闭GaN部门、Transphorm估值大幅缩水；2016年，IR被英飞凌收购……GaN技术进入泡沫化的低谷期。
直到2018年后期，智能手机厂商开始率先推出GaN快充，一举将GaN功率器件带出了泡沫化的低谷期，进入了稳步爬升的光明期，2020年更是被视为GaN产品和技术起飞的元年。
低压|集微咨询：千呼万唤始出来的苹果GaN快充，拉开下一个GaN爆点的序幕
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2020年，国际上有超过10家公司量产GaN功率器件。击穿电压主要集中在300V以下和650V，导通电流最高90A(EPC，40V/80V；GaN System，100V)。半导体分销商Mouser数据显示，2020年共有约150款GaN HEMT系列产品在售，较2019年新增30款左右。EPC推出的产品最多(61款)，Transphorm的产品最高耐压值达到900V，GaN Systems的产品耐压集中在100V和650V。安世在推出了650V工业级的GaN产品后，也将GaN芯片引入散热更好、寄生电感更低的新型封装，打造完全符合车规要求的产品。
低压|集微咨询：千呼万唤始出来的苹果GaN快充，拉开下一个GaN爆点的序幕
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国内650V高压GaN功率器件的性能和出货量已与国际厂商处于同等水平，国内新锐英诺赛科与纳微半导体、PI（Power Integrations）在国际上形成了三足鼎立的局势。在工业和汽车应用领域，国际厂商投入时间长，技术积累丰富，处于暂时领先地位，国内GaN企业相对而言起步稍晚，但发展之势迅猛，有望在未来几年内赶超。
以高压器件兴起，GaN将在中低压市场率先接近“甜蜜点”
众所周知，硅材料适用于低压(60V及以下)和低功率器件，GaN适用于中电压(60-1200V)和中等范围功率器件，SiC适用于高电压(1200V及以上)和高功率器件。而GaN功率器件又可以分为低压应用（30-150V）和高压应用（650V以上），以高压电网到低压SoC的供电系统举例，高压在前级，低压在后级，越接近低压的SoC端，GaN功率器件的应用场景和需求就越多。发展至今，GaN已经在从快充到电动汽车、激光雷达、数据中心的很多领域取得了长足的进步，而这些应用多数都是650V及以上的高压功率器件。
为何氮化镓器件会从应用相对没那么广泛的高压器件开始兴起？
集微咨询（JW insights）认为，首先，高压GaN器件对晶圆制造工艺要求不高，6英寸的工艺制程完全可以满足制造需求，因此GaN最早就脱胎于6英寸晶圆厂，直到现在制造仍然以6英寸晶圆为主。其次，由于当前的技术限制，GaN器件在高压应用上的性能优势比低压应用要明显得多。但是随着8英寸晶圆厂先进工艺的投入和关键技术如0.18um，0.35um工艺、外延生长技术和金属互连等技术的攻克，低压GaN器件元胞pitch size急剧缩减，器件性能参数指标FOM值已优于同电压规格的硅MOS器件数倍，低压GaN技术日趋成完善。
低压GaN可以分为两个技术平台。一是80V-150V平台，主要应用场景是48-72V的电源系统，包括汽车、工业通讯和数据中心等等。GaN-base的第一级DC/DC功率密度可提升三倍；应用于第二级DC/DC高密度GaN Sip/IC解决方案的功率密度可达80W/in^3，对数据中心而言，电源体积可因此减少50%，容量可提升10%左右。二是30-60V平台，主要应用场景是12-48V电源系统，包括消费电子、移动电子设备等等。

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