GaN功率半導(dǎo)體市場(chǎng)發(fā)展提速，行業(yè)首波整合潮出現(xiàn)

自去年以來(lái)，氮化鎵（GaN）功率半導(dǎo)體市場(chǎng)可謂熱鬧非凡。英飛凌、瑞薩電子、格芯等頭部大廠(chǎng)紛紛開(kāi)始并購(gòu)GaN技術(shù)公司，強(qiáng)化在GaN領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備。雖然GaN在快充領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)日漸成熟，但隨著新興產(chǎn)業(yè)如電動(dòng)汽車(chē)、人工智能、機(jī)器人等逐漸發(fā)展，對(duì)更高功率更低能耗的要求，將促發(fā)氮化鎵器件逐漸取代傳統(tǒng)硅基器件，氮化鎵在這些高價(jià)值場(chǎng)景的商業(yè)化應(yīng)用漸次鋪開(kāi)，也因此驅(qū)使半導(dǎo)體大廠(chǎng)在氮化鎵領(lǐng)域紛紛積極布局。

GaN有何優(yōu)勢(shì)？

作為第三代半導(dǎo)體的代表，氮化鎵（GaN）是由氮和鎵組成的極其穩(wěn)定的化合物半導(dǎo)體，也稱(chēng)為寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有更高的擊穿強(qiáng)度、更快的開(kāi)關(guān)速度、更高的導(dǎo)熱效率、高電子漂移速度和遷移率、更低的導(dǎo)通電阻，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的散熱性能、更低的能耗、更小的器件體積。

在制造方面，GaN晶體可以在各種襯底上生長(zhǎng)，包括藍(lán)寶石、碳化硅（SiC）和硅（Si）。在硅上進(jìn)行GaN外延層生產(chǎn)可以使用現(xiàn)有的硅制造設(shè)施，從而無(wú)需使用高成本的特定生產(chǎn)設(shè)施，而且可采用低成本、大直徑的硅晶片。

氮化鎵的這些特性，使其可以廣泛應(yīng)用于高功率器件、5G射頻、微波電子器件、發(fā)光二極管（LED）領(lǐng)域，相比硅基器件、乃至第二代半導(dǎo)體材料（比如砷化鎵GaAs）擁有更出色的性能優(yōu)勢(shì)。

GaN行業(yè)掀起并購(gòu)潮，未來(lái)或出現(xiàn)更多整合

近年來(lái)，氮化鎵技術(shù)的價(jià)值越發(fā)受到半導(dǎo)體廠(chǎng)商的重視，開(kāi)始積極參與該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，期望通過(guò)布局抓住功率器件新的增長(zhǎng)契機(jī)。

2023年3月，英飛凌宣布將以8.3億美元收購(gòu)加拿大GaN技術(shù)廠(chǎng)商GaN Systems，雙方已簽署最終協(xié)議。這也是目前為止行業(yè)內(nèi)金額最大的一筆收購(gòu)。英飛凌還將斥資20億歐元擴(kuò)大在馬來(lái)西亞居林和奧地利菲拉赫工廠(chǎng)的氮化鎵和碳化硅芯片的產(chǎn)能。英飛凌功率和傳感器系統(tǒng)總裁懷特表示，英飛凌特別看好氮化鎵（GaN）芯片。該公司預(yù)測(cè)，到2027年，氮化鎵芯片市場(chǎng)將以每年56%的速度增長(zhǎng)。

2024年6月20日，汽車(chē)芯片大廠(chǎng)瑞薩電子宣布已完成對(duì)GaN功率半導(dǎo)體全球供應(yīng)商Transphorm的收購(gòu)。根據(jù)協(xié)議，瑞薩子公司將以每股5.10美元現(xiàn)金收購(gòu)Transphorm所有已發(fā)行普通股，該公司估值約為3.39億美元。隨著收購(gòu)的完成，瑞薩電子將立即開(kāi)始提供基于GaN的功率產(chǎn)品和相關(guān)參考設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足對(duì)寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求。

2024年7月，晶圓代工大廠(chǎng)格芯（GlobalFoundries）宣布收購(gòu)Tagore Technology的功率GaN技術(shù)及知識(shí)產(chǎn)權(quán)組合，后者的工程師團(tuán)隊(duì)將加入格芯。格芯表示，此次收購(gòu)擴(kuò)大了公司的電源IP產(chǎn)品組合，并拓寬GaN IP的獲取渠道。

行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，未來(lái)氮化鎵企業(yè)將更多轉(zhuǎn)向IDM模式，即覆蓋從設(shè)計(jì)到制造的全產(chǎn)業(yè)流程，從而更好借助規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)協(xié)同的效應(yīng)推動(dòng)商業(yè)化發(fā)展。這也意味著，半導(dǎo)體大廠(chǎng)如果想要盡快開(kāi)展相關(guān)布局，最佳的方法即是整合現(xiàn)有成熟GaN功率半導(dǎo)體企業(yè)，借助已有專(zhuān)利和成熟產(chǎn)品迅速進(jìn)入該領(lǐng)域。

GaN市場(chǎng)前景廣闊，多種場(chǎng)景全面“開(kāi)花”

行業(yè)內(nèi)的并購(gòu)興起，一定程度上也反映出半導(dǎo)體大廠(chǎng)對(duì)氮化鎵技術(shù)應(yīng)用前景看好。早在2010年3月，EPC就交付了第一款商用eGaN FET。目前，氮化鎵已經(jīng)在智能手機(jī)、家電等消費(fèi)電子市場(chǎng)領(lǐng)域擁有較高滲透率，正在加速向高功率的工業(yè)、服務(wù)器及汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展。

自2023年生成式人工智能（AI）爆發(fā)以來(lái)，AI服務(wù)器的需求大漲。而高性能的AI服務(wù)器也對(duì)服務(wù)器電源功率密度、能效提出了更高的要求。

數(shù)據(jù)中心采用GaN功率器件不僅可以實(shí)現(xiàn)更高功率規(guī)格，更可以減少功率轉(zhuǎn)換中帶來(lái)的能耗，據(jù)估計(jì)，如果現(xiàn)在全球采用硅器件的數(shù)據(jù)中心都升級(jí)為氮化鎵器件，那么全球數(shù)據(jù)中心的能源浪費(fèi)將減少30至40%，相當(dāng)于減少了1.25億噸的二氧化碳排放。

另外，人形機(jī)器人由于運(yùn)動(dòng)模式更為復(fù)雜，它的電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要更高的功率密度、效率和響應(yīng)速度，氮化鎵能夠更好地滿(mǎn)足這些需求。

正因如此，多家氮化鎵廠(chǎng)商如TI、英飛凌以及EPC等推出了針對(duì)AI服務(wù)器和人形機(jī)器人的產(chǎn)品。例如EPC已經(jīng)在數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)上累計(jì)了數(shù)十億小時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)數(shù)據(jù)中心推出了40余款產(chǎn)品，幫助工程師減少產(chǎn)品的上市時(shí)間和開(kāi)發(fā)成本。今年4月，EPC推出了針對(duì)機(jī)器人領(lǐng)域電機(jī)驅(qū)動(dòng)的EPC9193，幫助實(shí)現(xiàn)更高精度的控制以及更大的扭矩。

電動(dòng)汽車(chē)是另外一個(gè)氮化鎵大有可為的市場(chǎng)。隨著汽車(chē)電動(dòng)化、自動(dòng)駕駛等技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)對(duì)于功率器件的轉(zhuǎn)換效率要求也越來(lái)越高，而電池系統(tǒng)從400V平臺(tái)向800V平臺(tái)遷移，也帶動(dòng)了眾多汽車(chē)功率器件開(kāi)始轉(zhuǎn)向具備更耐高壓、更高功率的材料。

雖然目前電動(dòng)汽車(chē)大多在高壓場(chǎng)景下應(yīng)用碳化硅器件，但是氮化鎵在速率和效率方面相對(duì)于碳化硅具有顯著優(yōu)勢(shì)。特別是在高頻應(yīng)用方面，氮化鎵因?yàn)榫哂休^高的電子遷移率和較低的損耗而表現(xiàn)出色。因而在電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域與碳化硅呈現(xiàn)互補(bǔ)態(tài)勢(shì)。

EPC聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Alex Lidow認(rèn)為，氮化鎵技術(shù)將主要在以下四個(gè)方面推動(dòng)車(chē)載系統(tǒng)的發(fā)展，也即車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換、無(wú)刷直流汽車(chē)電機(jī)、激光雷達(dá)、以及48V輕混動(dòng)力（MHPV）汽車(chē)。作為率先開(kāi)發(fā)出車(chē)規(guī)級(jí)氮化鎵技術(shù)的企業(yè)之一，EPC在去年2月就推出了80V、通過(guò)AEC-Q101認(rèn)證的GaN FET EPC2252，為設(shè)計(jì)人員提供比硅基MOSFET更小和更高效的解決方案，可用于車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)、48V/12V DC/DC轉(zhuǎn)換和低電感電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

作為MOSFET技術(shù)的共同發(fā)明者，Alex 表示硅基器件已經(jīng)走到了技術(shù)極限，而新興的氮化鎵技術(shù)則來(lái)到了發(fā)展的臨界點(diǎn)，工程師在已經(jīng)成熟的應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)中認(rèn)識(shí)到了氮化鎵的價(jià)值，從而推動(dòng)氮化鎵進(jìn)入更多領(lǐng)域。

市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Yole Group 的報(bào)告《功率氮化鎵（2024 年版）》預(yù)計(jì)，得益于氮化鎵在汽車(chē)和服務(wù)器等高端應(yīng)用場(chǎng)景中的應(yīng)用，到 2029 年功率GaN市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò) 25 億美元。

面對(duì)需求興起帶來(lái)的商機(jī)，GaN廠(chǎng)商顯然也在采取行動(dòng)，通過(guò)各種技術(shù)路線(xiàn)抓住機(jī)會(huì)，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。據(jù)悉，本月底在深圳舉辦的PCIM Asia 2024將會(huì)匯聚包括長(zhǎng)飛先進(jìn)半導(dǎo)體、英飛凌、EPC等國(guó)內(nèi)外一線(xiàn)GaN廠(chǎng)商，他們將展出最新的產(chǎn)品組合，同時(shí)揭示氮化鎵領(lǐng)域的最新趨勢(shì)。PCIM是專(zhuān)注電力電子器件產(chǎn)業(yè)鏈的世界級(jí)綜合性展會(huì)。EPC屆時(shí)將展出最新一代的GaN FET和IC，作為業(yè)內(nèi)全面的基于氮化鎵的電力轉(zhuǎn)換解決方案，其產(chǎn)品涵蓋了針對(duì)AI服務(wù)器、自動(dòng)駕駛以及人形機(jī)器人場(chǎng)景等的應(yīng)用。英飛凌則將通過(guò)3大展區(qū)（綠色能源與工業(yè)、電動(dòng)交通和電動(dòng)出行、高能效與智能家居）展示120多件展品。

編輯：芯智訊-浪客劍