氮化镓第三代半导体材料,在消费电源市场得到广泛应用
随着各大手机和笔记本电脑品牌纷纷进入氮化镓快充市场,氮化镓功率器件的性能得到进一步验证,同时也加速了氮化镓技术在快充市场的普及。
目前,快充源市场上氮化镓主要以三种形式使用,即GaN单管功率器件、内置驱动器的GaN功率芯片以及内置控制器、驱动器和GaN功率器件的封装芯片。其中,GaN单管功率器件发展最快。尤其是“十四五”规划出台以来,国家加大了对第三代半导体的扶持力度。越来越多的氮化镓工厂进入了市场。基于不同品牌开发的GaN器件有快充产品也已投入批量生产。
KeepTops氮化镓功率芯片的市场机会之一是消费类电子产品。手机的充电功率越来越大。适配器和充电器的功率从5瓦、10瓦到65瓦、125瓦的变化时,便携性就变得越来越差。然而,使用氮化镓芯片的充电器体积小,充电速度快。
什么是GaN
数据显示,氮化镓(GaN)主要是指一种合成的半导体材料。是第三代半导体材料的典型代表,用于开发微电子器件和光电子器件的新材料。氮化镓有着广泛的应用。作为支撑“新基础设施”建设的关键核心器件,其下游应用已触及“新基础设施”中的5G****、特高压、新能源充电桩、城际高铁等主要领域。此外,氮化镓的高效功率转换特性可帮助实现光伏、风电(电能生产)、直流特高压输电(电能传输)、新能源汽车、工业电源、机车牵引、消费电源(电能使用)等领域。电能的高效转换有助于实现“碳峰值和碳中和”的目标。
从技术角度来看,氮化镓的关键技术主要包括三大方面:GaN衬底技术、氮化镓基FET器件技术、MicroLED显示技术。
数据显示,目前全球GaN衬底技术专利超过1.3万项,其中有效专利4800多项,占比35.2%。其中,在审专利占比很小,这说明未来专利有效增长的空间不大。此外,日本和美国拥有更多的专利分布在这两大市场。
氮化镓技术下的“芯片荒”。
氮化镓芯片的设计和批量生产还存在哪些挑战?在高频应用系统中,硅从几赫兹发展到65kHz用了三四十年的时间。这一漫长的过程,使配套的硅芯片生产系统和应用系统进行了改进。氮化镓作为一种高频器件,需要提高频率才能充分发挥其优势。“如果配套厂家和生产过程跟不上,要解决这个问题需要很长的时间。这也是氮化镓在高频下使用时遇到的问题。困难”。
从氮化镓芯片的工艺成熟度来看,台积电的良品率超过90%,氮化镓功率半导体已经是“非常成熟的器件”。降低供应链成本、提高产量仍需要一个过程。
提到氮化镓技术是否受到“芯片短缺”的影响。芯片短缺和芯片价格上涨对整个供应链的影响是一样的。不过,从氮化镓供应链的角度来看,氮化镓芯片目前占硅芯片市场的0.5%。由于可以在单个芯片上生产更多的氮化镓管芯,与硅芯片相比,“生产能力可以提高5倍。
此外,半导体原材料的价格都在提高,但“氮化镓材料并没有相应调整,成本也没有太大变化。”KeepTops采用台积电的6英寸工厂工艺,产能充裕,不占用目前稀缺的8英寸产能。
从迭代速度的角度来看,未来纳微米半导体氮化镓芯片的迭代周期有望从两年变为9个月,成本可降低约20%—30%。同时,随着客户对系统的积极反馈,“们集成了越来越多的电路,使整个外围电路变得越来越简单,从而降低了系统成本”。
从手机充电器到电动汽车
KeepTops作为一家领先的氮化镓(GaN)半导体公司,电动汽车是其下一个重点。
Navitas首席执行官Gene Sheridan在接受CNBC采访时说:“而不是快速充电手机或平板电脑50瓦,我们将做它在5,000瓦或20,000瓦。电动车快速充电”。通过Navitas的技术,电动汽车可以在消费者家中完成充电,所需时间仅为目前的三分之一。
如果将同样的新技术应用在电动汽车上,车辆的续航里程可以提高近30%,或者电池体积可以减小30%。两种方法各有优点。但我们可能至少要等到2025年,才能在新车上看到这种技术。电动汽车的开发通常需要两到三年的时间。因此,基于GaN技术的电动汽车可能要到2025年以后才能实现。
GaN在电动汽车充电之外的好处
GaN超导体技术将给电动汽车带来更快的充电以外的好处。一旦电力进入电动汽车的电池,它必须连接到车轮。这就是今天的硅半导体的样子。当电能从电池传输到车轮时,有30%甚至更多的能量在传输过程中损失。如果在转换器中使用GaN超导体,可以使用更小的电池,或者使用同样大小的电池,进一步提高电动汽车的续航里程。
可以通过GaN技术使电动汽车的内部效率更高。这可能有助于缓解“范围焦虑”。当然,你会觉得它充电很慢,不会很快充满油箱。
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