GaN市场与公司分析

GaN市场与公司分析GaN特性及市场应用氮化镓（GaN、Galliumnitride）是氮和镓的化合物，。氮化镓的能隙很宽，为3.4电子伏特。GaN材料具有3倍于Si材料的禁带宽度、10倍于Si的临界击穿电场和2.5倍于Si的饱和漂移速度，特别是基于GaN的AlGaN/GaN结构具有更高的电子迁移率，使得GaN器件具有低导通电阻、高工作频率，能满足下一代电子装备对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣高温工作的要求。相对于硅器件，GaN在开关速度方面优势和更高的带宽可以实现更高的开关频率，减小功率级损耗和体积，，同时解决发热问题。GAN功率器件是平面架构，可以把外围驱动和控制电路集成在一起，这样IC可以做得非常小而成本便宜。但GaN器件需要适合生态系统(合适驱动器和控制器)，才能发挥GaN的优势，所以GaN的控制器、驱动器和功率拓扑的应同步发展，才能获得最大的价值。GaN功率器件结构图GaN的特性可用于自动驾驶车辆激光雷达驱动器、无线充电、5G基站中的高效功率放大器、工业电机驱动、并网储能系统的逆变器、配电系统、风力/太阳能逆变器等。GaN产品可以使功率损耗和电源尺寸几乎减半，这对消费电子适配器非常重要，也是智能手机和笔记本电脑等移动通信设备强烈需要的。相对于SiC，GaN更适用于中低压/高频领域，功率GaN技术凭借其高速转换性能，由高压驱动电池和DC-AC工厂自备辅助电源的充电，以及DC-DCbuck向12V和未来48V电池的转变所带来的未来市场，都为GaN带来了无限可能。由于GaN是基于硅的基础来生长材料，从成本角度比碳化硅更便宜。此外碳化硅更适用于50千瓦以上更大功率的应用场景，如汽车、火车等，对于成本并不敏感。相对来说GaN在电动汽车领域会和碳化硅有一定的竞争。50千瓦以上毫无疑问是碳化硅的市场，从20千瓦到50千瓦之间，碳化硅和氮化镓都可以扮演重要角色，而20千瓦以下则主要是GaN的市场。碳化硅的热导率3.5W/m-K高于氮化镓1.5W/m-K，因此较适用于高功率应用。市场2016年，GaN功率电子市场达到了1400万美元。虽然与硅功率半导体市场总额的300亿美元相比仍是个小市场，但因其适用于高性能和高频率解决方案，已显示出巨大的增长潜力。按照EV和HEV从2018年或2019年开始采用GaN的设想来看，GaN器件的数量将从2016年开始显著增加，一直到2020年都将以80％的年均增长率（CAGR）增长，市场产值将在2022年底达到4.5亿美元。GaN基功率半导体市场将飞速增长，这种形势已吸引许多公司进入这个市场。根据报道，EPC、GaN系统、英飞凌、松下和Transphorm已经开始出货这种器件。此外，Dialog、恩智浦、安森美半导体、TI等公司正在开发GaN基功率半导体器件.。目前基于GaN的功率开关器件主要包括AlGaN/GaNHEMT（HFET）、GaN基MOSFET和MIS-HEMT等结构。其中，AlGaN/GaNHEMT具有工艺简单、技术成熟、优良的正向导通特性和高的工作频率等优点，成为GaN功率开关器件中最受关注的结构。目前基于6英寸硅基GaN平台，IR公司和EPC公司分别推出了30V和100V/200V的GaN场效应电力电子器件，600V-900VGaN器件在近期也将推向市场。已应用GaN功率器件的产品各厂商GaN器件不同类型及工艺产业链：衬底材料：住友电工（Sumitomo）、日立电线、古河机械金属和三菱化学等日本公司已可以出售标准2-3英寸HVPE制备的GaN衬底，具备4英寸衬底（位错密度106cm-2）的小批量供应能力。日本信越、富士电机和台湾汉磊等在衬底和外延表现突出。外延材料：美国Nitronex，德国Azzuro和日本企业开始提供6英寸制备600V以上电力电子器件的Si上GaN外延材料，IQE、EpiworksIDM公司：TI、松下、Onsemi、英飞凌、恩智浦、ST、Fabless：Navitas、Dialog、GaNSystems、Powerex、Skyworks、EPC、Transphorm、IR、ExaganFundry：TSMC、三星、东芝、X-FAB、世界先进、稳懋半导体、Wolfspeed、UMS（UnitedMonolithicSemiconductors封装：Amkor、日月光、硅品、长电GaN产业链公司GaN功率电源细分市场1.无线充电苹果和Starbucks，开始提供无线充电解决方案。此外，从2016年开始，EPC与中国台湾地区的JJPlus公司共同加速无线充电市场的增长。2.服务器电源数据中心正在以惊人的速度接纳GaN解决方案，将在2022年对电源带来一个114%的CGAR。现有来自美国德州仪器公司和EPC公司为数据中心提供的解决方案将推动市场，包括一个DC/DC转换器和电压载荷点，能够在单芯片中将电压从48V降为1.2V。3.汽车电子GaN需要迅速在电动/混动汽车市场获得采纳，因为碳化硅(SiC)mosFET已经在主要的转换器中替代硅IGBT。但对于48V电池的DC/DC转换器的未来市场仍然可能是GaN的，因为GaN所具备的高速开关能力。一些主要的生产商，如Transphorm已经获取了汽车的资质，这将有助于加速GaN在电动/混动汽车中的应用。Transphorm公司等市场主要厂商已经获得了汽车应用产品认证，这将使EV/HEV（电动汽车/混合动力汽车）领域的GaN应用最终获得放量。第一个符合汽车AEC-Q101规范的GaN晶体管在2017年由Transphorm发布，Transphorm公司一直专注于将高压（HV）GaNFET（场效应晶体管）推向市场。致力于为电力电子市场（数据中心服务器、PV转换器、感应/伺服电机、工业及汽车等商业供电市场）设计、制造和销售业内顶级品质和可靠性的GaN技术产品。2013年，Transphorm公司推出了业内唯一经过JEDEC认证的GaN器件。2017年3月，我们又继续引领产业，推出了市场上仅有的一款经过AEC-Q101认证的650V车用GaN器件。4.电源适配器适用于笔记本和智能手机的AC/DC功率适配器同样也可采用GaN功率集成电路解决方案，能够进一步减少系统的尺寸和成本。美国的Navitas半导体和Innergie等厂商已经交付了基于GaN的65W适配器。USBPD是在一条线缆中同时支持高达100W电力传输和数据通信的协议规范。如果在USBType-C端口中实现了USBPD，它就能支持USBPD规范中定义的100W功率（20V5A）。NAVITAS是世界上唯一一家将Driver和IC高度集成到PowerIC的公司。纳微(Navitas)半导体宣布推出世界上最小的65WUSB-PD(Type-C)电源适配器参考设计。这高频及高效的AllGaN功率IC，可缩小变压器、滤波器和散热器的尺寸、减轻重量和降低成本。相比现有的基于硅类功率器件的设计，需要98-115cc（或6-7in3）和重量达300g，基于AllGaN功率IC的65W新设计体积仅为45cc（或2.7in3），而重量仅为60g。用GaN功率IC设计的65W参考设计NVE028A采用有源钳位反激(ACF)拓扑结构的，开关速度比典型的转换器设计快了3至4倍，损耗降低40%，从而实现更小的尺寸和更低的成本。该设计完全符合欧盟CoCTier2及美国能源部6级(DoEVI)所规范的能效标准，更在满负载下实现超过94%的最高尖峰效率。国内厂商衬底环节国内GaN衬底生产企业主要包括苏州纳维和东莞中镓。1、苏州纳维苏州纳维科技有限公司成立于2007年5月，公司以中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所为技术依托，专注于从事氮化镓衬底晶片及相关设备的研发和产业化，提供各类氮化镓材料，目前公司拥有核心技术专利近三十项，是中国首家氮化镓衬底晶片供应商。2、东莞中镓东莞市中镓半导体科技有限公司成立于2009年，总部位于广东省东莞市，拥有17000多平方米的厂房和办公区，是国内领先的专业从事第三代半导体材料研发和制造的高新技术企业。中镓公司创造性地采用MOCVD技术、激光剥离技术、HVPE技术相结合的方法，开发出系列氮化镓衬底产品。公司主营产品有：GaN基衬底材料，包括自支撑GaN衬底，GaN/Al2O3复合衬底等；生产上述产品的设备，包括激光剥离设备、HVPE设备等。外延环节电力电子应用领域，大陆GaN外延企业主要包括晶湛半导体、江苏能华、华功半导体、英诺赛科和大连芯冠。射频应用领域，大陆GaN外延企业主要包括晶湛半导体和苏州能讯。上述企业中，晶湛半导体是专业的GaN外延代工企业，其他企业为IDM模式的GaN器件生产企业。苏州晶湛半导体有限公司成立于2012年3月，坐落于江苏省苏州工业园区纳米城。公司致力于为微波射频和电力电子器件应用领域提供高品质氮化镓外延材料，产品包括Si基、蓝宝石基和SiC基氮化镓外延片。器件、模组环节目前，GaN器件的生产已经开始出现分工，但目前仍以IDM模式为主。水平分工层面，GaN器件的生产分为芯片设计、芯片制造和封装测试环节。国内芯片设计企业包括安谱隆半导体、海思和中兴微电子等，代工企业包括三安集成和海威华芯。电力电子应用领域，国内GaN器件和模组IDM生产企业主要包括江苏能华、华功半导体、英诺赛科和大连芯冠。射频应用领域，目前大陆GaN器件和模组IDM生产企业是苏州能讯。1、安谱隆半导体2015年5月，建广资产以18亿美元收购NXP旗下的RFPower部门成立安谱隆半导体，主要业务包括LDMOS、SiC基GaN功率放大器等射频器件的设计。公司总部位于荷兰奈梅根，2016年安谱隆半导体落户合肥高新区。安谱隆半导体（合肥）有限公司作为荷兰Ampleon公司在中国区的研发和销售中心，致力于在射频技术等领域的创新和研发。2、三安集成三安集成注册成立于2014年，目前在第三代半导体领域定位做代工服务。公司成功收购瑞典SiC衬底和外延生产企业Norstel，并与美国代工企业GCS设立合资公司三安环宇，三安持股51%。3、海威华芯2015年，四川海特高新技术股份有限公司收购中电科29所旗下成都嘉石科技，控股53%，成立海威华芯。2016年4月，海威华芯第一条6英吋第二代化合物半导体集成电路生产线贯通，该生产线同时具有砷化镓、氮化镓以及相关高端光电产品的生产能力。同时公司在GaN、SiC等化合物半导体领域已逐渐展开布局。4、江苏能华公司成立于2010年6月，是由国家千人计划专家朱廷刚博士领衔的，由留美留澳留日归国团队创办的一家专业设计、研发，生产、制造和销售以氮化镓为代表的复合半导体高性能晶圆、以及用其做成的功率器件、芯片和模块的高科技公司。5、华功半导体江苏华功半导体有限公司成立于2016年5月，注册地在苏州吴江区汾湖高新技术开发区。公司注册资本5亿元人民币，核心业务涵盖以第三代半导体氮化镓、碳化硅为主的电力电子器件全产业链产品。包含GaN材料和芯片，半导体功率器件和模块封装以及终端应用的开发、推广，开展研发、生产、销售和服务。公司由国内著名机构北京大学、中山大学、中国电子信息产业集团(CEC)下属彩虹集团合肥蓝光公司以及东莞中镓半导体集团公司合作，共同投入专有技术和研发力量；由国广资本和大丰集团投入资金共同组建。6、英诺赛科英诺赛科是2015年12月由海归团队发起创办，从事宽禁带半导体电力电子器件的研发与生产，一期项目位于珠海市国家级高新区，已完成投资10.9亿元，建设8英寸增强型硅基氮化镓外延与芯片大规模量产生产线。公司商业模式将采用IDM全产业链模式，打造集研发、设计、外延生长、芯片制造、测试于一体的生产平台。7、大连芯冠大连芯冠科技有限公司是一家半导体集成电路高新技术企业，主要从事第三代半导体功率器件的研发、设计、生产和销售。公司于2016年3月在大连高新技术产业园区辽宁省集成电路设计产业基地成立，注册资本人民币4000万元。公司研发生产产品包括第三代半导体氮化镓外延以及氮化镓功率器件，主要应用于电源管理、太阳能逆变器、电动汽车以及马达驱动等商业